/
Author: Горбов В.М. Артемов Г.А.
Tags: енергетика навчальний посібник енциклопедія підручник суднові установки суднобудування енергетичні установки
ISBN: 5-87848-075-1
Year: 2002
Text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Український державний морський технічний університет
імені адмірала Макарова
100-річчю кораблебудівної освіти
на Україні присвячується
Г.А.АРТЕМОВ, В.М.ГОРБОВ
СУДНОВІ ЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ
Рекомендовано Міністерством освіти і
науки України як навчальний посібник для
студентів вищих навчальних закладів, які
навчаються за спеціальністю "Суднові
енергетичні установки та устаткування "
та спорідненими спеціальностями
4 Миколаїв
УДМТУ
2002
ББК 39.455.3
А 86
УДК 629.12.03
РекомендованоМіністерством освіти і науки України
як навчальний посібник, лист № 14/18.2-600 від 27.03.02р.
Рецензенти:
В.Г.Івановський, доктор технічних наук, професор, завідувач
кафедри суднових енергетичних установок та технічної
експлуатації Одеського державного морського університету;
С.А.Ханмамедов, доктор технічних наук, професор, завідувач
кафедри суднових енергетичних установок та експлуатації
Одеської державної морської академії
Артемов Г.А., Горбов В.М.
А 86 Суднові енергетичні установки: Навчальний посібник. -
Миколаїв: УДМТУ, 2002. - 356 с.
І8ВМ 5-87848-075-1
Наведені сучасні схеми та варіанти виробництва, трансформації та ви-
користання енергії на борту судна, розглянуті склад та компоновка пропуль-
сивних комплексів суден з енергетичними установками різних типів, допо-
міжних енергетичних установок та систем, які їх обслуговують. Значну увагу
приділено питанню взаємодії судна як джерела забруднення з навколишнім
середовищем.
Навчальний посібник призначений для студентів кораблебудівних вузів
та факультетів, які навчаються за спеціальностями "Суднові енергетичні ус-
тановки та устаткування" та "Турбіни" напрямку "Енергетика". Може бути
корисним для студентів спеціальностей "Експлуатація суднових енергетич-
них установок", "Двигуни внутрішнього згоряння", "Кораблі та океанотех-
ніка", "Електричні системи і коплекси транспортних засобів" при вивченні
дисципліни "Суднові енергетичні установки", а також для спеціалістів у га-
лузі проектування і експлуатації суднових енергетичних установок.
ББК 39.455.3
УДК 629.12.03
І8ВМ 5-87848-075-1
© Артемов Г.А., Горбов В.М., 2002
© Д.Старощук, оформлення обкладинки, 2002
© Видавництво УДМТУ, 2002
ЗМІСТ
ПЕРЕДМОВА................................................ 6
ПРИЙНЯТІ СКОРОЧЕННЯ...................................... 7
Глава 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО СУДНОВІ ЕНЕРГЕ-
ТИЧНІ УСТАНОВКИ.......................................... 9
1.1. Суднова енергетична установка. Її склад.......... 9
1.2. Типи суднових енергетичних установок............ 12
1.3. Техніко -економічні показники СЕУ............... 15
1.4. Управління ЕУ та її автоматизація.......... 22
Глава 2. ДИЗЕЛЬНІ УСТАНОВКИ........................ 26
2.1. Узагальнений цикл дизелів. Індикаторні та ефективні
роботи дизеля........................................ 26
2.2. Загальні відомості про конструкції дизелів...... ЗО
2.3. Дизельні установки з малообертовими двигунами. Теп-
лова схема ДУ........................................ 37
2.4. Дизель-редукторні установки з СОД та ВОД........ 41
2.5. Підвищення теплової економічності дизельних устано-
вок 44
Глава 3. ПАРОТУРБІННІ УСТАНОВКИ......................... 50
3.1. Цикли ПТУ....................................... 50
3.2. Теплові схеми СЕУ з паротурбінними двигунами. 57
3.3. Характеристики суднових ПТУ..................... 61
3.4. Парові котли ПТУ................................ 65
3.5. Шляхи удосконалення ПТУ......................... 68
Глава 4. СУДНОВІ УСТАНОВКИ З ГТД........................ 74
4.1. Теплові схеми та цикли газотурбінних установок . 74
4.2. Характеристики суднових ГТД закордонних фірм. 81
4.3. Характеристики суднових ГТД, побудованих в Україні 85
З
4.4. Застосування газотурбінних двигунів на суднах та ко-
раблях ........................................... 89
4.5. Підвищення ефективності ГТУ та їх модернізація.... 97
Глава 5. КОМБІНОВАНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ................ 101
5.1. Класифікація комбінованих енергетичних установок .... 101
5.2. Суднові парогазотурбінні установки............ 102
5.3. Газотурбінні установки з ТУК (газопаротурбінні уста-
новки) .......................................... 104
5.4. Комбіновані установки з газопаровим робочим тілом та
утилізацією теплоти випускних газів ГТД.......... 112
5.5. Комбіновані установки з форсажною частиною........ 117
Глава 6. ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ............... 123
6.1. Споживачі електроенергії на суднах.......... 123
6.2. Основи розрахунку СЕС....................... 125
6.3. Типи та склад електроенергетичних установок. Комп-
лектування СЕС генераторними агрегатами.......... 130
6.4. Первинні двигуни та електрогенератори СЕС......... 132
6.5. Способи економічного вироблення та витрачання елек-
тричної енергії на суднах........................ 135
Глава 7. ДОПОМІЖНІ КОТЕЛЬНІ УСТАНОВКИ. ОПРІСНЮ-
ВАЛЬНІ УСТАНОВКИ.................................... 139
7.1. Споживачі теплової енергії на суднах........ 139
7.2. Допоміжні парові котли ..................... 141
7.3. Утилізаційні парові котли .................. 146
7.4. Утилізаційні водогрійні котли............... 153
7.5. Схеми парогенераторних установок теплоходів....... 155
7.6. Випарювально-опріснювальні установки........ 158
Глава 8. СПОСОБИ ТА УСТАНОВКИ ЗАХИСТУ НАВКОЛИШ-
НЬОГО СЕРЕДОВИЩА НА СУДНАХ.......................... 168
8.1. Види та характеристики суднових відходів.... 168
8.2. Обладнання для очистки нафтовмісних вод..... 171
8.3. Обладнання для знищення нафтових та твердих залиш-
ків на суднах.................................... 174
Глава 9. СУДНОВІ ПЕРЕДАЧІ ТА МУФТИ.................. 180
9.1. Характеристики передач...................... 180
9.2. Механічні передачі.......................... 182
9.3. Гідравлічні передачі........................ 188
9.4. Електричні передачі. Рушійно-рульовий комплекс.... 192
9.5. З'єднувальні та з'єднувально-роз'єднувальні муфти. 198
4
Глава 10. СУДНОВИЙ ВАЛОПРОВІД..................... 205
10.1. Призначення та основні конструктивні особливості
суднового валопроводу.......................... 205
10.2. Конструкції основних елементів валопроводу........ 208
10.3. Навантаження, які діють на валопровід. Розрахунок
валів.......................................... 215
10.4. Системи змащення та охолодження дейдвудних під-
шипників, які знижують витікання масла......... 218
Глава 11. ПАЛИВНІ ТА МАСЛЯНІ СИСТЕМИ.............. 221
11.1. Палива та масла, які використовують в СЕУ......... 221
11.2. Паливні системи.......................... 227
11.3. Визначення запасів палива................ 234
11.4. Масляні системи.......................... 236
11.5. Основне устаткування систем.............. 241
Глава 12. ПОВІТРЯНО-ГАЗОВІ ТА ВОДО-ПАРОВІ СИСТЕМИ 248
12.1. Системи охолодження...................... 248
12.2. Системи підведення повітря до двигунів та котлів . 254
12.3. Системи газовідводу...................... 256
12.4. Системи стисненого повітря............... 259
12.5. Конденсатно-живильні та парові системи... 262
12.6. Основне устаткування систем.............. 267
Глава 13. РЕЖИМИ РОБОТИ СЕУ....................... 271
13.1. Загальна характеристика режимів.......... 271
13.2. Характеристики пропульсивного комплексу........... 273
13.3. Спільна робота двигунів та рушіїв у сталих режимах 276
13.4. Робота двигунів та рушіїв на перехідних та змінних
режимах........................................ 283
Глава 14. ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ СУДНОВИХ ЕНЕР-
ГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК................................ 289
14.1. Організаційні засади проектування СЕУ.... 289
14.2. Вибір типу суднової енергетичної установки........ 290
14.3. Розташування устаткування у МВ .......... 294
14.4. Методи проектування розташування СЕУ..... 300
14.5. Основи автоматизованого проектування компоновок
енергетичних установок......................... 306
14.6. Приклади розташування механізмів та устаткування
СЕУ у приміщеннях МВ........................... 310
ДОДАТОК 1......................................... 319
ДОДАТОК!.......................................... 351
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ................................. 353
5
ПЕРЕДМОВА
Ця книга є навчальним посібником для підготовки бакалаврів з
напрямку "Енергетика" за спеціальністю "Суднові енергетичні уста-
новки та устаткування". В ній знайшли відображення основні питан-
ня конструктивних рішень та теоретичних положень стосовно суд-
нових енергетичних установок. При створенні навчального посібника
використано досвід та методику викладання курсів "Суднові енер-
гетичні установки та устаткування", "Проектування суднових енер-
гетичних установок" в Українському державному морському техні-
чному університеті, а також сучасні матеріали щодо нових схем та
конструктивних рішень СЕУ. Ці матеріали використовуються у
вітчизняному та зарубіжному суднобудуванні в останні роки.
Навчальний посібник є базою для наступного вивчення спеціаль-
них питань будови, теорії та проектування суднових енергетичних
установок різноманітних типів.
В книзі не надаються подробиці при описуванні конструкцій
елементів, схем установок та систем, зокрема відсутні дані про ре-
зервні гілки та устаткування, спрощені конструкції апаратів та ме-
ханізмів. Це полегшує вивчення матеріалу та дозволяє зосередити
увагу на принципових питаннях
Матеріал систематизовано по розділах таким чином, щоб читач
легше орієнтувався при самостійному вивченні дисципліни. З цією ж
метою в кінці кожної глави наводяться контрольні питання.
Підручник створений авторами канд. техн. наук, проф. Г.А.Ар-
темовим та канд. техн. наук, проф. В.М.Гербовим спільно. В напи-
санні глави 14 брала участь канд. техн. наук О.Г.Бідніченко.
Автори щиро вдячні д-ру техн. наук, професору В.Г.Івановсько-
му та д-ру техн. наук, професору С.А.Ханмамедову за цінні поради
та зауваження, які були висловлені ними при рецензуванні рукопису.
Поряд з цим автори висловлюють подяку співробітникам видав-
ництва УДМТУ ЕЮ.Цицюрі, Т.М.Чередніченко та Н.О.Шайкіной
за велику працю по підготовці навчального посібника до видання, а
також Т.В.Луценко та С.В.Онуфрієвій за допомогу в підготовці ру-
копису.
З вдячністю будуть спрійняті всі відзиви, зауваження та пропо-
зиції, які просимо направляти на адресу: 54025, м.Миколаїв, пр.Ге-
роїв Сталінграда, 9, видавництво УДМТУ.
6
ПРИЙНЯТІ СКОРОЧЕННЯ
ВБК - випарник брудних конденсатів
ввп - високов'язке паливо
ВГ - валогенератор
ВГС - валогенераторна система
ВОД - високообертовий двигун
ВОУ - водоопріснювальна установка
ВПК - високонапірний паровий котел
ГД - головний двигун
ГЕД - гребний електродвигун
ГЕУ - головна енергетична установка
ГК - головний конденсатор
ГПТУ - газопаротурбінна установка
ГРК - гвинт регульованого кроку
ГРЩ - головний розподільний щит
ГТ - газова турбіна
ГТГ - газотурбогенератор
ГТД - газотурбінний двигун
ГТЗА - головний турбозубчастий агрегат
ГТУ - газотурбінна установка
ГУП - головний упорний підшипник
ГУТ - глибока утилізація тепла
ГФК - гвинт фіксованого кроку
ДАУ - дистанційне автоматичне управління
ДВЗ - двигун внутрішнього згоряння
ДГ - дизель-генератор
ДД - допоміжний двигун
ДЕУ - дизель-електрична установка
ДК - допоміжний котел
ДРА - дизель-редукторний агрегат
ДРУ - дизель-редукторна установка
ДУ - дизельна установка
ЕУ - енергетична установка
КВТ - компресор високого тиску
КЕУ - комбінована енергетична установка
КНТ - компресор низького тиску
КСТ - компресор середнього тиску
7
МВ - машинне відділення
мвп - малов'язке паливо
МЗК - механізм зміни кроку
МКВ - машинно - котельне відділення
МОД - малообертовий двигун
ОНП - охолоджувач наддувного повітря
ПГТУ - парогазотурбінна установка
ПК - пропульсивний комплекс
пнвт паливний насос високого тиску
ППВ - проміжний перегрівник води
ППП - проміжний перегрів пари
ПТ - парова турбіна
ПТГ - паротурбогенератор
ПТД - паротурбінний двигун
ПТУ - паротурбінна установка
ПУ - пропульсивна установка
СВП - середньов'язке паливо
СЕС - суднова електростанція
СЕУ - суднова енергетична установка
СОД - середньообертовий двигун
СПК - судно на підводних крилах
СПП - судно на повітряній подушці
ТВТ - турбіна високого тиску
ТГ - турбогенератор
ТЗХ - турбіна заднього ходу
ТНА - турбонаддувний агрегат
ТНТ - турбіна низького тиску
ТСТ - турбіна середнього тиску
ТУК - теплоутилізаційний контур
УК - утилізаційний котел
УПК - утилізаційний паровий котел
УТГ - утилізаційний турбогенератор
ФГО - фільтр грубого очищення
ФТО - фільтр тонкого очищення
ЦПУ - центральний пост управління
8
Глава 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО СУДНОВІ
ЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ
1.1. Суднова енергетична установка. її склад
Суднова енергетичнаустановка (СЕУ) - складний комплекс функ-
ціонально взаємопо'вязаних елементів енергетичного устаткування,
машин та механізмів, призначених для вироблення механічної, елек-
тричної, теплової та інших видів енергії, необхідної для задоволення
всіх суднових потреб.
До складу СЕУ входять головний та допоміжний комплекси і
установки.
Головною енергетичною установкою вважають ту частину СЕУ,
що забезпечує рух судна. Цю частину називають також пропульсив-
ною установкою (ПУ). Головна установка складається з машин та
механізмів, за допомогою яких енергія виробляється та передається
судновому рушію для забезпечення руху судна.
На транспортних суднах та кораблях на рух може витрачатися
80...90 % всієї виробленої енергії. На суднах технічного флоту (зем-
лечерпалках, землесосах, плавучих самохідних кранах та ін.) сумар-
на потужність основних технічних засобів (рефулерних насосів,
підйомних кранів) може перевищувати потужність, необхідну для
руху судна. В цих випадках головною є ЕУ, що виробляє енергію для
основних технічних засобів.
Основні елементи, що входять до складу головної ЕУ, назива-
ються головними. Таким чином, головна енергетична установка скла-
дається з: головних двигунів, головних установок для вироблення
пари, головних передач, суднових валопроводів, суднових рушіїв,
системи дистанційного автоматичного управління (ДАУ) головни-
ми двигунами та електрогенераторами; механізмів автоматизовано-
го централізованого контролю параметрів; механізмів, теплообмін-
них апаратів та інших пристроїв, які забезпечують роботу головних
генераторів робочих тіл та головних двигунів ПУ (наприклад, насо-
си, маслоохолодники та ін.).
Як головні можуть бути використані дизельні, газотурбінні та
паротурбінні двигуни. У табл.ЕІ наведені дані про характерне
співвідношення між різними типами головних двигунів, які вста-
9
новлюються на морських суднах. В одній установці можуть застосо-
вуватися як головні двигуни різних типів.
Таблиця 1.1. Головні двигуни суден дедвейтом більше 2000 т, побудованих
у 1996 році*’
Тип двигуна Кількість суден Кількість двигунів Сумарна по- тужність, МВт % від загальної потужності
Двз 974 1080 10216,6 96,18
ГТД 4 12 205,6 1,94
Паротурбінні агрегати 8 11 199,6 1,88
Усього 986 1103 10621,8 100
Паростворюючими установками на суднах звичайно виступа-
ють парові котли, що працюють на органічному паливі, та пароге-
нератори в ядерних установках.
Передачами називають пристрої, через які енергія головних дви-
гунів передається судновому валопроводу. Передачі бувають меха-
нічними, гідравлічними та електричними.
Судновий валопровід передає механічну енергію від кормового
фланця передачі або двигуна до рушія. Валопровід складеться з упор-
ного, проміжного, дейдвудного та гребного валів; упорного, опор-
ного та дейдвудного підшипників; переборкових ущільнень; галь-
ма, спеціальних пристроїв.
Як рушії застосовуються гребні гвинти фіксованого (ГФК) та
регульованого кроку (ГРК), водометні та крильчасті рушії.
Допоміжні ЕУ виступають як комплекси, необхідні для задо-
вольняння потреб в енергії будь-якого виду та забезпечення задано-
го функціонування ПУ і загальносуднових споживачів. До них нале-
жать допоміжна котельна, водоопріснювальна, холодильна установ-
ки та ін.
Крім зазначених комплексів, до складу СЕУ обов'язково входять
суднова електроенергетична установка - суднова електростанція
(СЕС). Це автономний комплекс, що забезпечує електричною енер-
гією судно під час його руху, на стоянці та при виконанні швартов-
них та вантажно-розвантажувальних операцій судновими засобами.
До складу СЕС входять допоміжні первинні двигуни (дизелі, га-
зові та парові турбіни), електричні генератори, головний та місцеві
розподільні щити, спеціальні пристрої (трансформатори, випрямлячі,
*) ТЬе Моіог 8Еір. - .Ішіс 1997. - Р.45.
10
перетворювачі та ін.), кабелі для підводу живлення до споживачів і
систем: ДАУ, аварійно-попереджувальної сигналізації та захисту.
Потужність СЕС може бути значною. Вона залежить від типу та
призначення судна. Особливо велику потужність СЕС мають паса-
жирські, промислові, дослідницькі судна та бази. Вона може склада-
ти 60...70 % потужності ГД. На універсальних суховантажних суднах
і танкерах потужність СЕС звичайно складає 15.. .25 % потужності ГД.
Допоміжна котельна установка забезпечує судно та енергетич-
ну установку парою та гарячою водою. До складу допоміжної ко-
тельної установки входять допоміжні, утилізаційні та комбіновані
котлоагрегати, допоміжні машини та механізми (насоси, вентилято-
ри тощо). Вона також складається з теплообмінних апаратів та іншого
обладнання, приладів і систем обслуговування котлів, ДАУ, аварій-
но-попереджувальної сигналізації та захисту.
Водоопріснювальна установка (ВОУ) використовується для ви-
роблення прісної води з морської на суднах із значною автономні-
стю плавання.
Установка комфортного кондиціонування призначена для підтри-
мання необхідних комфортних параметрів повітря в приміщеннях
СЕУ та інших приміщеннях, де можливе перебування людей.
Крім ПУ та допоміжних комплексів до складу СЕУ входить та-
кож устаткування, яке забезпечує її нормальну експлуатацію та ре-
монт. До такого устаткування належать настил площадки, трапи,
поручні та захисні споруди, підйомне і транспортне обладнання,
майстерні та комори з запасними частинами та матеріалами. До цього
ж належать системи вентиляції МВ, шумозахисні вигородки та по-
криття, ізоляція нагрітих та холодних поверхонь.
Системи СЕУ об'єднують головні та допоміжні механізми в єди-
ний енергетичний комплекс судна.
Системою суднової енергетичної установки називається су-
купність трубопроводів, механізмів, апаратів, приладів, пристроїв
та ємкостей, що призначені для виконання певних функцій щодо за-
безпечення експлуатації СЕУ.
Системи СЕУ за призначенням поділяються на паливні, мас-
тильні, охолодження, стисненого повітря, повітропостачальні, га-
зовідводу, конденсатно-живильні, парові.
Паливна система призначена для приймання, зберігання, вида-
вання, перекачування, очищення, підігрівання та подавання палива
до котлів, газотурбінних та дизельних двигунів.
11
Масляна система призначена для приймання, видавання, збері-
гання, перекачування, очищення та подавання масла для змащуван-
ня і охолодження машин та механізмів.
Система охолодження призначена для подавання води на охо-
лодження механізмів, пристроїв, приладів, робочих середовищ в теп-
лообмінних апаратах СЕУ.
Система стисненого повітря забезпечує СЕУ та судно стисне-
ним повітрям необхідних параметрів, яке застосовується для пуску
та реверсу головних дизелів, пуску допоміжних двигунів, роботи си-
стем автоматики і керування, продувки кінгстонів, господарських
потреб тощо.
Повітропостачальні системи призначені для очищення і поста-
чання до двигунів та котлів повітря, необхідного для спалювання
палива, а також охолодження двигунів.
Газовідвідні системи мають своїм призначенням відвід відпра-
цьованих газів від двигунів та котлів.
Конденсатно - живильна система призначена для відбору кон-
денсату з головного та допоміжного конденсаторів, приймання, ви-
дачі, зберігання, підготовки та подавання живильної води до паро-
створюючих установок та агрегатів, а також до органів регулюван-
ня та керування.
Парові системи призначені для підведення перегрітої або наси-
ченої пари від паростворюючих установок та агрегатів до головних
парових турбін і допоміжних механізмів, апаратів і обладнання, а
також для відведення відпрацьованої пари в парових турбінах до теп-
лообмінних апаратів.
1.2. Типи суднових енергетичних установок
Суднові енергетичні установки зручно розглядати стосовно типу
головного двигуна. Згідно з цим розрізняють дизельні, паротурбінні,
газотурбінні та комбіновані СЕУ.
Дизельні установки являють собою найбільш поширений тип ЕУ
завдяки їх високій економічності і прийнятним іншим показникам. В
цих установках головним двигуном виступає двигун внутрішнього
згоряння - дизель. Розрізняють малообертові дизелі - МОД (п =50...
...250 об/хв), що приєднуються безпосередньо до валопроводу (пряма
передача); середньообертові - СОД (п - 250...750 об/хв) з передачею
потужності на гвинт через зубчасту або гідравлічну передачу та висо-
12
кообертові - ВОД (п - 750...2500 об/хв) з зубчастою або електричною
(через ГЕД) передачею потужності на гвинт. Разом з зубчастою пере-
дачею дизель утворює дизель-редукторний агрегат (ДРА), а сама ДУ
в цьому випадку має назву дизель-редукторна (ДРУ). Разом з електро-
генератором дизель складає дизель-генератор (ДГ). Комплекс, що
складається з ДГ, гребного електродвигуна, електричних мереж та
систем управління, називають дизель-електричною установкою.
Паротурбінна установка (ПТУ) являє собою сукупність двигунів,
агрегатів та пристроїв, об'єднаних єдиною тепловою схемою. Робо-
че тіло - водяна пара - готується в окремому паростворюючому аг-
регаті (котлі або парогенераторі). Водяна пара певних параметрів
подається на паротурбінну установку, яка звичайно складається з
декількох турбін: турбіни високого, середнього і низького тиску
(відповідно ТВТ, ТСТ та ТНТ). Відпрацьована в турбінах пара над-
ходить в конденсатор, де конденсується, а конденсат використовуєть-
ся для живлення котла. Парові турбіни приєднуються до зубчастої
передачі. Парові турбіни, зубчаста передача та конденсатор об'єдну-
ються у єдиний головний турбозубчастий агрегат (ГТЗА), який в го-
ловній установці приєднують до суднового валопроводу.
Парову турбіну з конденсатором, з'єднану з електрогенератором,
називають турбогенератором. Турбогенератори в залежності від
призначення можуть бути головними (в установках з електрорухом)
та допоміжними (що використовуються в суднових електростанці-
ях). Паротурбінні установки відрізняються високою надійністю та
відносною простотою ремонту.
Головний двигун газотурбінноїустановки - газотурбінний (ГТД).
В ньому робоче тіло - газ необхідних параметрів - готується в само-
му двигуні. На відміну від паротурбінної установки тут відсутній
такий громіздкий елемент, як паровий котел. Ця обставина дозволяє
створити компактний і легкий двигун, який має велику одиничну по-
тужність. Така позитивна якість ГТД широко використовується в
СЕУ, незважаючи на його меншу економічність. Проте потужність
ГТД, також, як і в ПТУ, може бути передана судновому валопроводу
тільки через проміжну передачу (звичайно зубчасту, гідравлічну або
комбіновану). Відомо, що турбінні двигуни мають високу частоту
обертання, яка не дозволяє приєднати їх до суднового валопроводу
напрямки. Газотурбінний двигун, з'єднаний напрямки з електроге-
нератором, зветься газотурбогенератором, який може виступати як
головним, так і допоміжним у складі суднової електростанції.
13
Комбінованою установкою вважається така, в якій як головні
застосовані два типи двигунів і використовуються ті або інші пере-
ваги кожного з них. Відомо, що в ГТД гази, які відходять від нього,
мають високу температуру (450...550 °С), а їх кількість значна. За
допомогою тепла випускних газів можна отримати водяну пару в
утилізаційному котлі, встановленому за газотурбінним двигуном,
пару спрямувати в паротурбінну установку і отримати додаткову
потужність в СЕУ без додаткової витрати палива. Суднова енерге-
тична установка, що складається з газотурбінної та паротурбінної
частин з термодинамічно зв'язаними циклами роботи, називається
комбінованою газопаротурбінною установкою (ГПТУ) або газотур-
бінною установкою з теплоутилізаційним контуром (ГТУ з ТУК). В
цій установці основним циклом є газотурбінний. Якщо основним
циклом буде паровий, а додатковим газовий, то таку установку на-
зивають комбінованою парогазотурбінною (ПГТУ).
Комбінованою може бути і дизель-паротурбінна установка, якщо
дизель має ТУК, потужність парової турбіни якого передається на
гребний вал.
Застосування комбінованих установок дозволяє підвищити ККД
СЕУ, тобто зменшити питому витрату палива (збільшити потужність
установки без додаткових витрат палива).
В тих випадках, коли СЕУ повинна мати два ходових режими,
які різко відрізняються за потужністю та тривалістю, використову-
ють комбіновану установку з різнотипними двигунами з термодина-
мічно незв'язаними циклами (наприклад, дизель-газотурбінну). В
таких установках більш економічні маршові двигуни (звичайно ди-
зелі) забезпечують помірні (економічні, маршові) рухи, а повний
форсажний рух СЕУ розвиває за допомогою більш потужних ГТД -
форсажних. Такі комбіновані установки називають установками
змішаного типу.
До комбінованих можна віднести установки, які складаються з
однотипних, наприклад газотурбінних, двигунів різної потужності
та призначені для забезпечення малих та повних рухів.
В комбінованих установках маршові та форсажні двигуни мо-
жуть працювати одночасно і нарізно. При одночасній роботі уста-
новка ускладнюється. Останнім часом такі схеми СЕУ не використо-
вуються.
14
1.3. Техніко-економічні показники СЕУ
Показники потужності. До абсолютних показників потужності
(кВт) належать: сумарна потужність головних двигунів пропульсив-
ної установки ХУ';'; ефективна потужність ГЕУ, що передається ва-
лопроводам, УеУ; потужність, що підведена до рушіїв, тУ; потужність
суднової електростанції УСЕС.
Для СЕУ з прямою передачею від ГД до рушія ефективна по-
тужність ГЕУ /У та тУ складають
Уу=ЕУта; Уу = Уур ,
е е 7 р е *вп’
де г|вп - ККД валопроводу.
Для СЕУ з непрямою передачею
У = ЕУгдр ,
е е 1п’
де Г|п - ККД передачі від ГД до валопроводу.
Буксирувальна потужність або потужність корисної тяги для
судна в цілому визначається виразом
У, = Уу н ті = ХУД] ті ті ті ,
К е *вп 1 е *п *вп *р *к’
де г| - пропульсивний коефіцієнт; т| - ККД рушія; т|к - коефіцієнт
впливу корпуса судна на роботу гвинта.
Відносними показниками потужності СЕУ виступають:
енергонасиченість судна а.у= У/£> або алг= УД>, де О - повна
водотоннажність судна, т;
відносна потужність СЕС а, = УСЕС/У;
ступінь електрифікації судна аец = УСЕС/Г>пор, де £>пор - водотон-
нажність судна порожнем, т.
Орієнтовні значення показників с^; ае; аец наведені в табл.Е2.
Показники енергоефективності та автономності. Показники
енергоефективності СЕУ такі:
питома витрата палива %е, кг/(кВт-год),
= Су/(У+УГЕУ + У ),
де У - сумарна витрата палива на СЕУ на основному розрахунко-
вому режимі, кг/год. Це витрата палива на рух судна та технологічні
потреби, пов'язані з умовами перевезення та зберігання вантажу,
15
обслуговування пасажирів та ін.; УдЕЕУ, Ус - потужності, необхідні
для роботи допоміжних механізмів ГЕУ та загальносуднових спо-
живачів;
ефективний ККД установки
п/ = [36ОО( /Vу + мЕУ + уду (С?пуе;) = 3600/(^2/),
де (У - нижча теплота згоряння палива, кДж/кг;
ефективний ККД ГЕУ
пгау = з6оо^/(<?геу2;),
де (7ГЕУ - сумарна витрата палива на ГД та на обслуговуючі їх до-
•П • • • А т ГЕУ
поміжш механізми потужністю 7удм ;
пропульсивний ККД установки
пГЕУ = 3600УД (єГЕУе;) = пеГЕУпвпп = п.ІЕУпВІ[прп,
Орієнтовні значення Г|ГЕУ для різних типів суден: ДУ з МОД та
СОД-0,47...0,50; ПТУ-0,30...0,38; ГТУ водотоннажних транспорт-
них суден з розвинутим ТУК - 0,40...0,42;
питома витрата палива на одиницю здоланого шляху, кг/миля,
§ =£ШуІУ,
°М °е Є №
де Е - швидкість руху судна, уз.
Таблиця 1.2. Відносні показники потужності ау, ае та аец для окремих
типів морських суден
Типи суден кВт/т ае, кВт/кВт аец, кВт/т
Пасажирські та вантажно-пасажирські судна та автомобільно-пасажирські па- 0,8...1,7 0,2...0,3 —
роми Універсальні суховантажні судна 0,3...0,7 0,15...0,25 0,15...0,3
Судна з горизонтальним способом ван- тажообробки 0,5...1,0 0,2...0,3 0,25...0,5
Швидкісні контейнеровози 0,8...1,5 0,15...0,25 0,25...0,4
Судна льодового плавання 0,41...0,56 0,19...0,45 —
Криголами 1,3...2,5 0,12...0,22 0,3...0,4
Танкери та судна для навалочних ван- 0,1...0,3 0,1...0,2
тажів
Середні морозильні риболовні траулери 0,55...0,81 0,4...0,5 -
Великі морозильні риболовні траулери 0,30...0,52 0,7...1,3 -
Промислово-виробничі рефрижератори 0,39...0,41 0,57...0,7 -
16
Цей показник характеризує властивість гідродинамічного ком-
плексу корпус судна - рушій - двигун.
Залежність відносних показників від
потужності наведено на рис. 1.1. Як ба-
чимо, максимум ККД установки т|у та
мінімум питомої витрати палива %еу
відповідають навантаженням, близьким
до номінальних, тобто Пе - 0,8...1,0.
Мінімум £м розташовується на дільниці
значно менших навантажень і відповідає
Рис. 1.1. Залежність віднос-
них показників енергоефек-
тивності СЕУ від її потуж-
ності
швидкості, що називається економічною
Иек. Судно, рухаючись з цією швидкістю,
пройде найбільшу відстань при задано-
му запасі палива.
Під автономністю СЕУ розуміється сумарна тривалість ходових
та стоянкових режимів роботи, що забезпечена запасами палива,
масел і технічної води
Т = У Тхі +У Т •, Т = 8.IV.,
а хі х] хі і і?
/=1 і=1
де Тх. та Т - тривалість ходових та стоянкових режимів, год; 8. -
дальність плавання, милі, при йму ходовому режимі зі швидкістю
Е, уз.
Показники маси. До абсолютних показників маси СЕУ належать:
Сус - суха маса установки, тобто маса всіх її елементів без води,
масел та палива, т;
Су - маса в робочому стані, тобто маса установки, готової до дії
(з водою, паливом, маслами в елементах та трубопроводах), т;
С3 - маса запасів палива, масел та технічної води для СЕУ, т;
Суз - повна маса установки з запасами, т.
До повної маси установки з запасами входять такі складові:
маса машинної установки, яка включає маси теплових двигунів,
генераторів робочого тіла, передач, валопроводів та рушіїв пропуль-
сивного комплексу, допоміжних механізмів, теплообмінних апаратів,
трубопроводів, систем управління та контролю, запасних частин СЕУ;
маса рідини в механізмах, апаратах та трубопроводах СЕУ;
маса предметів постачання СЕУ (інструмент, витратні матеріа-
ли та вироби);
маса енергетичних запасів (паливо, масла, технічна вода).
17
2-341
Найчастіше використовуваним відносним показником маси ус-
тановки є питома маса СЕУ те, кг/кВт: т - 0^1
Орієнтовні дані питомої маси СЕУ різних типів наведено нижче:
Тип СЕУ т , кг/кВт
е’
Дизельна з МОД і прямою передачею 80... 100
Дизель-редукторна з СОД 60...70
Дизель-редукторна для СПК 5...7
Дизель-електрична криголамів 90... 110
Турбоелектрична криголамів та пасажирських суден 70...90
Паротурбінна транспортних суден 50... 60
Паротурбінна спецсуден 12.. .20
Газотурбінна:
з регенерацією для транспортних суден 25... З 5
водотоннажних бистрохідних суден 5...10
суден на повітряній подушці 2...З
суден на підводних крилах 1,2...1,5
Питома маса, кг/кВт, основних елементів СЕУ складає:
Дизелі:
МОД, двотактні 18...35
СОД, чотиритактні 8... 15
ВОД, чотиритактні 2,7...4,0
Дизель-редукторні агрегати 22...27
Дизель-генератори:
головні 12... 15
допоміжні 18...25
Головні парові турбіни з конденсаторами 4...5
Головні котли 10... 13
ГТЗАПТУ 9,5...11
Зубчасті редуктори:
одноступінчасті 7... 8
двоступінчасті 5...7
ГТД легкого типу 0,3.. .0,5
ГТД важкого типу з редуктором 11... 13
Іншим відносним показником є відносна маса енергетичних за-
пасів
а = С/П.
З з
Маса енергетичних запасів суден дальнього плавання звичайно
перевищує масу СЕУ, але, як правило, складає не більш як 20 % во-
дотоннажності судна.
Габаритні показники. Основними габаритними показниками
СЕУ є площа Емв, м2, та об'єм Емв, м3, приміщень для механізмів та
обладнання, а також протяжність цих приміщень по довжині судна
18
Лмв, м. Машинне відділення звичайно розташовується в основному
корпусі судна. Об'єм приміщень для СЕУ визначається з урахуван-
ням особливостей установки, її типу, а також типу головної пере-
дачі. Для морських транспортних суден з ДУ та ПТУ питомий об'єм
приміщень СЕУ звичайно складає 0,35...0,7 м3/кВт, для неводотон-
нажних суден він, як мінімум, на порядок менший.
Відносними габаритними показниками СЕУ можуть виступати:
відносна довжина МВ
І у ~ ^МВ^П’
енергонасиченість приміщень СЕУ по довжині п , кВт/м, площі
підлоги пр кВт/м2, та об'єму пр кВт/м3:
«т =«+лижмв; «г=«+«г=«+
де Ь - довжина судна між перпендикулярами, м.
Залежність енергонасиченості приміщень від типу СЕУ така:
СЕУ пу, кВт/м3 и„, кВт/м2 п кВт/м
Дизелі з МОД транс- портних суден 1,3...2,2 15...30 220...480
Паротурбінна з ГТЗА транспортних суден 2,06...2,65 22...37 370...550
Паротурбінна легка суднова 18,5...26 130...185 —
Газотурбінна транс- портних суден — 60...90 —
Г азотурбінна легкого типу — 185...370 —
Показники надійності. Під надійністю розуміється властивість
об'єкту зберігати в установленних межах часу значення всіх пара-
метрів, які характеризують здатність виконувати певні функції в за-
даних режимах і умовах використання, технічного обслуговування,
ремонтів, зберігання і транспортування. Надійність є комплексною
властивістю, що включає безвідказність, довговічність, ремонтопри-
датність та збережність.
Основними показниками безвідказності є імовірність безвідказ-
ної роботи, середня наробка до відказу та на відказ, інтенсивність
відказів та ін. Середня наробка на відказ визначається конкретно
для головних та допоміжних механізмів СЕУ в експлуатації і складає
декілька тисяч годин.
19
2*
Якісним показником довговічності виступає призначений строк
служби та ресурс. Для СЕУ та її елементів розрізняють середній ре-
сурс до капітального ремонту та повний середній ресурс (строк служ-
би). До строку служби входить тривалість всіх видів ремонтів СЕУ.
Строк служби та ресурс звичайно виступають визначальними показ-
никами, які характеризують якість двигуна, механізма, системи та їх
здатність задовольнити необхідні вимоги для конкретного судна.
Наприклад, середній ресурс СОД, що працює на високов'язкому па-
ливі, до заводського (капітального) ремонту складає 35...40 тис. год.
Це означає, що такий двигун може відпрацювати на судні 14... 16 років
при одному капітальному ремонті.
Окрім показників надійності для СЕУ, важливе значення має така
властивість, як живучість, тобто пристосованість до зберігання пев-
ного ступеня працездатності під впливом зовнішніх факторів руйн-
івного характеру. Живучість СЕУ забезпечується такими основни-
ми конструктивними заходами:
розділенням СЕУ на автономні групи, що розміщуються в окре-
мих відсіках;
резервуванням найбільш відповідальних елементів СЕУ;
розміщенням електрообладнання в місцях, найменш схильних
до затоплення та заливання водою;
застосуванням амортизуючих пристроїв для захисту найбільш
відповідальних елементів від струсу;
застосуванням вогнетривких конструкційних матеріалів та спеці-
альних протипожежних захисних конструкцій.
Показники маневреності. Під маневреністю судна розуміють його
здатність виконувати маневри в експлуатації, яка забезпечується СЕУ.
В свою чергу, маневрені якості СЕУ повинні відповідати призначен-
ню судна. До них належать: тривалість підготовки справної СЕУ до
пуску; тривалість пуску і наступного переходу до режиму повної по-
тужності; тривалість переходу з одного режиму на інший; тривалість
реверсу; діапазони можливих режимів роботи установки; характе-
ристика обертального моменту, що передається рушію.
Тривалість підготовки СЕУ до пуску в основному визначається
часом, необхідним для рівномірного прогрівання двигунів, агрегатів,
а у випадку ПТУ також для підняття тиску пари в котлах, включаю-
чи час на провертання механізмів, підготовку до дії систем.
Час підготовки до пуску ПТУ транспортних суден складає не
менше 4 год. Прогрівання перед пуском важких МОД потребує
20
2,0...2,5 год. Пуск легких ВОД та ГТД при температурі масел і охо-
лоджуючої води від 15 °С і вище виконують без попереднього про-
грівання. Тривалість підготовки до пуску в цьому випадку складає
5...10 хв.
Час, необхідний для доведення потужності до повної після пус-
ку, орієнтовно складає 1,0... 1,5 год для паротурбінних агрегатів та
МОД, близько ЗО хв для СОД, 3...5 хв для ВОД та легких ГТУ.
Тривалість реверсу характеризує час від початку виконання ма-
невру реверсування до початку роботи рушія в режимі, що забезпе-
чує зміну напрямку упору. Тривалість реверсу залежить від характе-
ристик інерції пропульсивного комплексу, від способу реверсування
та від режиму роботи пропульсивного комплексу до здійснення ре-
версу.
За умовами безпеки руху судна потужність ПК при роботі на
задній хід повинна бути досить великою, а тривалість реверсу - по
можливості меншою. Правилами Регістру, зокрема, передбачено такі
вимоги: час перекладання органів керування маневровим пристроєм
ПТУ при реверсі повинен складати не більше 15 с; ТЗХ повинна роз-
вивати потужність не меншу як 40 % повної потужності переднього
ходу протягом не менше 15 хв, причому обертальний момент, що
розвиває ТЗХ, повинен складати не менш як 80 % моменту на перед-
ньому ходу при частоті обертання не менше 50 % номінальної для
переднього ходу; реверсивні дизелі при роботі на задній хід повинні
розвивати потужність не менш як 85 % повної потужності передньо-
го ходу; час перекладання лопатей ГРК з повного переднього на пов-
ний задній хід не повинен перевищувати 20 с при діаметрах ГРК до
2 м та 30 с - при більших діаметрах.
Час від початку реверсу установки до початку руху судна в проти-
лежному напрямку (тривалість реверсу судна) в десятки разів переви-
щує тривалість реверсу безпосередньо СЕУ, тобто гребного гвинта,
а тим більше ГД. Довжина і час вибігу судна залежать від водотон-
нажності, обводів корпуса, початкової швидкості та потужності зад-
нього ходу. Час вибігу для середньо- та великотоннажних суден на
повному ходу складає 10...20хв,апротяжністьвибігу-2,5...5,0 тис. м.
Вважається, що судно має хорошу маневреність, якщо забезпечуєть-
ся його зупинка з повного переднього ходу на відстані, що не пере-
більшує 4...8 довжин корпусу.
Маневреність СЕУ та судна в значній мірі залежить від кількості
валів, кількості ГД, типу передачі та ступеня автоматизації СЕУ.
21
Маневреність судна покращується застосуванням активних рулів та
підрулюючих пристроїв.
1.4. Управління ЕУ та її автоматизація
Під управлінням розуміють такі умисні діяння на об'єкт управ-
ління, які забезпечують досягнення певних цілей. Цілями управлін-
ня ЕУ є підтримання на заданому рівні швидкості судна та її зміна у
відповідності до прийнятої програми, а також виконання операцій:
підготовка до пуску, пуск, зупинка та реверсування головного дви-
гуна.
Управління здійснюється за допомогою пристроїв: пускових,
паливорегулюючих, реверсивних. На керувальні органи діють за
допомогою командних органів: рукояток, штурвалів, кнопок.
Управління двигуном полягає в зміні режимів його роботи, тоб-
то у змінах навантаження та частоти обертання.
Способи управління установкою залежать від її складу та особ-
ливостей устаткування, що входить до неї. При прямій передачі по-
тужності на ГРК управління ГД відповідає управлінню ПУ. Якщо
як рушій використовується ГРК або в лінію вала входять пристрої,
що визначають режим роботи ГРК, управління установкою містить
у собі управління і цими пристроями.
Двигунами, рушіями і елементами передач керують з постів та
пультів управління. Пост управління об'єднує органи керування та
пов'язані з ними задавальні, розподільні та блокуючі пристрої. На
пульті управління знаходяться органи управління установкою, на які
безпосередньо впливає оператор. Пульт обладнують контрольно-
вимірювальними приладами (індикаторами) та апаратурою аварій-
но-попереджувальної сигналізації, які розташовуються на спеціаль-
них щитах. Пости управління повинні мати належний двосторонній
зв'язок (звичайно два види зв'язку - наприклад, машинний телеграф
та переговорний пристрій) з ходовим містком та іншими постами уп-
равління.
Розрізняють місцеве та дистанційне управління.
Місцеве управління (МУ), що здійснюється з місцевих постів управ-
ління, призначене для агрегатів ПУ, котлів, електро-енергетичних
установок та систем, які розташовані в приміщеннях ЕУ. При МУ
пульт встановлюють на об'єкті або поблизу нього з урахуванням зруч-
22
ності його обслуговування. У випадку роботи декількох двигунів на
один рушій необхідний один (загальний) місцевий пост управління.
Дистанційне управління здійснюється з ЦПУ та постів управлін-
ня на ходовому містку.
Пости управління місцевий, центральний та на ходовому містку
зв'язані таким чином, що управління рухом судна можливо викону-
вати тільки з одного поста. Домінуючими будуть місцевий пост уп-
равління по відношенню до ЦПУ, а ЦПУ - по відношенню до поста
управління на ходовому містку.
На пультах місцевих постів управління ГД розташовані органи
керування: штурвали, рукоятки або кнопкові пристрої, тахометр,
покажчик напрямку обертання вала та необхідна кількість приладів-
вимірювачів для контролю роботи об'єкта і обслуговуючих систем.
В ходовому режимі судна вахту в ЦПУ несе механік.
Центральний пост управління обладнують органами управління
агрегатами ПУ та обслуговуючими їх допоміжними механізмами,
засобами управління СЕС, судновими системами зв'язку, а також
пультами діагностики двигунів.
ЦПУ може бути відкритим, розташованим у звукоізоляційній
вигородці поблизу ГД, або закритим, розташованим в спеціальних
приміщеннях, звичайно на платформах МВ або поблизу ГД. В закри-
тому посту управління повинні бути передбачені вікна для огляду МВ.
Ходовий місток судна оснащений приладами зв'язку та контро-
лю, технічними засобами судноводіння, пультами ДАУ ГД та аварій-
но-попереджувальною сигналізацією, що спрацьовує при відхиленні
найважливіших параметрів СЕУ від допустимих. Цей пост управління
комплектують мінімальною кількістю приладів. При наявності ДАУ
та ЦПУ його обладнують тахометрами; приладами сигналізації, що
вказують на готовність до роботи головних механізмів і систем ДАУ;
покажчиком поста, з якого ведеться управління; пристроєм для не-
гайної зупинки головних механізмів та ін.
Система управління елементами СЕУ повинна забезпечувати такі
операції: підготовку до пуску, пуск, зупинку, реверсування та зміну
частоти обертання вала. В установках з ГРК система забезпечує зміну
кута повороту лопатей за допомогою дістанційної дії на МЗК, з
ДАУ - слідкуючий зворотній зв'язок.
Розрізняють дистанційне неавтоматизоване управління та дис-
танційне автоматизоване управління.
Системи автоматизованого управління СЕУ формуються за прин-
23
ципом триступінчастої ієрархічної структури: перший рівень - пост
ДАУ на ходовому містку, другий рівень - ЦПУ і третій рівень - пости
управління окремими двигунами та механізмами.
Автоматизація всього комплексу операцій з управління техно-
логічним процесом, його контроль та захист являють собою комп-
лексну автоматизацію. При комплексній автоматизації СЕУ центра-
лізований автоматизований контроль проводиться з ЦПУ, а управ-
ління двигунно-рушійним комплексом - з рульової рубки. При висо-
кому ступені автоматизації судна до системи управління приєднується
електронна обчислювальна машина (ЕОМ).
Регістр встановлює для автоматизованих суден три класи авто-
матизації: А1, А2, АЗ. Клас А1 надають судну, якщо його ЕУ може
обслуговуватися при русі без постійної вахти в МВ та в ЦПУ. Клас
А2 надається в тому випадку, якщо при русі судна передбачається
вахта одного механіка - оператора в ЦПУ (в МВ постійна вахта не
несеться), а на стоянці обслуговування безвахтове. Процес управління
зводиться до зміни завдань або програм, за якими працюють двигу-
ни або механізми в автоматичному режимі.
Клас автоматизації АЗ мають судна з системами, які дозволяють
керувати головними та допоміжними механізмами тільки з місцевих ПУ.
Більшість суден, що перебувають в експлуатації, мають клас ав-
томатизації А2. Нові судна проектуються на клас автоматизації А1.
Розроблено спеціальні вимоги щодо обсягу автоматизації А1 в сим-
волі класу Регістру. Відповідно до цих вимог в установці повинні
бути передбачені: дистанційне управління ГД з рульової рубки та з
ЦПУ; дистанційне автоматизоване та автоматичне управління ДГ,
охолоджувальними та масляними насосами, допоміжними та утил-
ізаційними котлами, сепараторами палива і компресорами стисне-
ного повітря; дистанційний пуск та зупинка вентиляторів та пожеж-
них насосів; дистанційне вимірювання рівнів рідин в цистернах та
осушення колодязів; автоматичне регулювання в'язкості і темпера-
тури важкого палива; автоматична сигналізація та регістрація кон-
трольованих величин в СЕУ; дистанційне автоматизоване і автома-
тичне управління швартовними та буксирними лебідками, насосами
та клінкетами вантажних систем танкерів; дистанційне вимірюван-
ня довжини витравленого якірного ланцюга, рівня вантажу в танках
і параметрів системи трюмного кондиціонування повітря.
24
Контрольні завдання і питання
1. Наведіть означення СЕУ.
2. Охарактеризуйте склад пропульсивного комплексу.
3. Які допоміжні комплекси входять до СЕУ? Назвіть їх призначення.
4. Поясніть склад суднової електростанції. Які первинні двигуни можуть забез-
печити отримання електричної енергії?
5. Яке призначення допоміжної котельної установки? Охарактеризуйте елемен-
ти, що входять до її складу.
6. Наведіть означення системи СЕУ.
7. За допомогою яких систем забезпечується функціонування СЕУ?
8. Охарактеризуйте основні типи суднових енергетичних установок стосовно
типу головного двигуна.
9. Яка суднова енергетична установка називається комбінованою?
10. Наведить основні абсолютні показники потужності.
11. Які показники потужності є відносними?
12. Охарактеризуйте показники енергоефективності СЕУ.
13. Як визначається автономність СЕУ?
14. Наведіть характеристику масових показників СЕУ.
15. Сформулюйте означення надійності СЕУ.
16. Наведіть якісний показник довговічності.
17. Яким чином забезпечується живучість СЕУ?
18. Які складові належать до маневрених якостей СЕУ?
19. Чим визначається тривалість підготовки СЕУ до пуску?
20. Як визначається і від чого залежить тривалість реверсу СЕУ?
21. Які фактори здійснюють визначальний вплив на маневреність СЕУ?
22. Поясніть цілі управління судновою енергетичною установкою.
23. Охарактеризуйте поняття "пост управління" та "пульт управління".
24. Сформулюйте принципи реалізації місцевого та дистанційного управління.
25. Поясніть призначення та обладнання ЦПУ (центрального поста управлін-
ня) судновою енергетичною установкою.
26. Які операції повинна забезпечувати система управління елементами СЕУ?
27. Наведіть характеристику класів автоматизації СЕУ.
Глава 2. ДИЗЕЛЬНІ УСТАНОВКИ
2.1. Узагальнений цикл дизелів. Індикаторні та ефективні роботи
дизеля
Критерієм оцінки реальних суднових двигунів із самозапалюван-
ням палива від стиснення є узагальнений ідеальний цикл, який наве-
дений на рис.2.1. Цикл без урахування процесів у газотурбонагні-
тачі та при відведенні газів у атмосферу складається з процесів адіа-
батного стиснення ас, змішаного підведення теплоти спочатку д' за
ізохорою С2,'а потім за ізобарою 2'2, адіабатного розширення гЬ
та відведення теплоти г/2 за ізохорою Ь/ та ізобарою /а.
Рис.2.1. Узагальнений ідеальний цикл ДВЗ
Термічний ККД циклу визначається відношенням теплоти, що
перетворилася на роботу, до кількості підведеної теплоти:
д = [(ч'+ ч") - чЖ + ч")= 1 - чЖ + ?і")> С2-1)
де кількість підведеної та відведеної теплоти буде:
Ч'ЖЖП ^’-ср(Т-Г)-, д’2 = су(Ть-Т^); д’^ср(ТгТа).
Якщо підставити ці значення до рівняння (2.1) та замінити к =
= с /су, то одержимо
^^І-^-^+кС^-Т^Г-Т+кСТ-Т)]. (2.2)
26
Цикл двигуна характеризують наступні параметри:
ступінь стиску є - відношення об'єму на початку стискування
И до об'єму у кінці стискування И; є = И /И;
ступінь підвищення тиску X - відношення найбільшого тиску у
циклі рг до тиску у кінці стискування ру
ступінь попереднього розширення р - відношення об'єму в кінці
підведення теплоти И до об'єму в кінці стискування И;
ступінь наступного розширення 5 - відношення об'єму в кінці
розширення V до об'єму в кінці підведення теплоти V.
Оскільки 5 = Уь/У2 - УаІУ2 - УСІУ2 - УаІУ2 - є/р, то є = 5р.
Щоб виразити термічний ККД циклу через відносні параметри,
необхідно визначити температури у характерних точках циклу.
Для процесу адіабатного стиснення ас запишемо відношення
ТсІТа= (рсІра)^ =(УаІУ)к~\
звідкіля знайдемо Т = Та(Уа ІУ)к^ - .
Для ізохорного процесу с-х' з рівняння стану (рУ- 7?7) записуємо:
= рг/рс = Т2/Т = X, тоді Т = ТХ = Т№~\
За аналогією для ізобарного процесу г-г:
ТІТ ,= VIV ,= V IV = р;Т = Т ,р = Т Лє/ 'р.
Для адіабатного процесу розширення х-Ь
Т^Т(У/У^ = Т(УІУ-УІУь)к-^ Т(р/£)к-\
або 7; = 7Д АєЛІр(р/є)ЛІ = Ткрк.
Підставивши значення температур до формули (2.2) та скоро-
тивши на Т, знайдемо
= 1 -(ХрЛ - 1)/є* 1 [(X -1) + кЦр -1)] = (0,6...0,7).
Із цього видно, що термічний ККД циклу підвищується з підви-
щенням є і зменшується з підвищенням р.
Параметри циклу дизеля залежать від його типу та швидкісних
параметрів, способу сумішоутворення, наддування, конструктивних
особливостей та ін.
27
Звичайно суднові дизелі мають такі параметри:
є=12...18; р = 1,5...1,8; Х= 1,4...1,7.
Термодинамічні процеси, які відбуваються в реальних двигунах
внутрішнього згоряння, є необоротними. Отже, корисна робота ре-
ального двигуна менше корисної роботи двигуна, що працює за іде-
альним циклом, на величину, еквівалентну втратам, які не урахову-
ються термічним ККД.
Індикаторні показники. Показники економічності роботи дви-
гуна поділяються на індикаторні та ефективні. Індикаторні показ-
ники характеризують досконалість робочого процесу двигуна з ура-
хуванням теплових втрат в циліндрі. Ефективні показники характе-
ризують роботу двигуна в цілому, тобто з урахуванням як теплових,
так і механічних втрат.
Основні індикаторні показники: питома витрата палива у,
ККДп та середній тиск р. газів у циліндрі двигуна.
Індикаторна питома витрата палива кг/(кВт-год), розрахо-
вується за виразом
£;=бж=збоо/п;е;,
де N. - внутрішня або індикаторна потужність двигуна, кВт; О - ви-
трата палива на двигун, кг/год; 3600 кДж/(кВт-год) - тепловий екві-
валент 1 кВт-год; 0'- теплота згоряння палива, кДж/кг.
Індикаторний ККД характеризує відношення кількості тепло-
ти, яка перейшла в індикаторну роботу £., до усієї підведеної тепло-
ти, яка була здобута при згорянні палива,
п; = д/е; = збоо/^е;.
Відношення г| /т| = т| = 0,75...0,85 показує ступінь наближення
дійсного циклу до теоретичного.
Ефективні показники двигуна. Індикаторний ККД ураховує тільки
внутрішні втрати у двигуні, а механічний ККД - механічні втрати:
Пм = ^Ж = Л/Л, (2.3)
де Ие - ефективна потужність двигуна на вихідному фланці колінча-
стого вала, кВт; р, р. - середній ефективний та індикаторний тиск
газів, МПа.
28
Середній індикаторний тиск р. визначається за індикаторними
діаграмами, які отримані на циліндрах під час іспитів двигуна за
допомогою індикаторів. Це умовний постійний тиск, який давить на
поршень під час одного робочого ходу та виконує індикаторну ро-
боту за один цикл.
Величина механічних втрат залежить від конструкції двигуна,
його швидкоходності, якості монтажу, кількості допоміжних ме-
ханізмів, які працюють від двигуна, та ін. Пересічно для суднових
дизелів т|м = 0,85...0,96.
У цілому теплову економічність двигуна характеризує ефектив-
ний ККД
пе = 3600/^е;,
де %е - б/У - ефективна питома витрата палива, кг/(кВт год).
Усі ККД двигуна пов'язані залежністю
= п ДПМ.
Для суднових дизелів %е та г|е пересічно складають:
Дизелі кг/(кВт год)
малообертові 0,165...0,205 0,54...0,42
середньообертові 0,170...0,215 0,52...0,40
високообертові 0,210...0,225 0,41...0,38
Потужність ДВЗ. Індикаторна робота газів за цикл у циліндрі
двигуна Л.ц, МДж,
= р.тФДЩ = 0,785Г>25р.,
дер. - середній індикаторний тиск, МПа; £> діаметр циліндра, м; 5і -
хід поршня, м.
В загальному випадку за п, об/хв, колінчастого вала дизеля при
коефіцієнті тактності г відбувається ~п циклів, де г = 1 у двотакт-
ного дизеля та 2 = 0,5 у чотиритактного.
Індикаторна циліндрова потужність двотактного дизеля N. , кВт,
визначається як
= Ь.пг = 0.785О25/г 106иД60 103 = 13,1П25р.и;
для чотиритактного дизеля
Уц = 6,55£>25р.и.
29
Індикаторна потужність дизеля А, кВт, з кількістю циліндрів і
N = 18. і.
і гц
З виразу (2.3) випливає
N = Nн та р = р и .
Є І *М 1 Є 1 І *м
Замінивши р. на р , одержимо А, кВт:
для двотактного дизеля
А = 13,1Г>25реш;
для чотиритактного
Ае = 6,55Б28репі.
2.2. Загальні відомості про конструкції дизелів
Малообертові дизелі. Як головні двигуни на транспортних суд-
нах світового флоту широко використовуються малообертові дво-
тактні крейцкопфні реверсивні двигуни, які постачаються фірмами
МАН-Бурмейстер та Вайн (Данія, Німеччина), Нью Зульцер дизель
(Швейцарія), Міцубісі хеві індастріес (Японія).
Дизелі фірми МАН-Бурмейстер та Вайн. Особливості конст-
рукції МОД фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн" розглянемо на при-
кладі дизеля Б60МС (рис.2.2).
Двигун двотактний, крейцкопфний, реверсивний, з прямоточ-
но-клапанним продуванням. Фундаментна рама 1, станина та ци-
ліндровий блок стягнені між собою анкерними зв'язками 3. Втулка
циліндра 4 обпирається на блок циліндрів, причому верхню її части-
ну виведено з блоку та охоплено тонкою рубашкою 5, що створює
порожнини охолодження. Штуцери для підведення циліндрового
масла розташовані у верхній частині втулки. Кришку циліндрів б ви-
конано з отворами для охолоджуючої води. В кришці розміщується
корпус випускного канала з клапаном 7, дві форсунки (без спеціаль-
ного охолодження), а також пусковий та запобіжний клапани. Ви-
пускний клапан має гідропневматичний привід. Кришка циліндра
ковпачкового типу, тому при перебуванні поршня у верхній мертвій
точці головка поршня розташовується вище району ущільнення
кришки та втулки циліндра. Поршень 8 з хромомолібденової сталі
ЗО
охолоджується маслом, яке підводиться по телескопічному пристрою
до штоку поршня 10 у районі крейцкопфного з'єднання 11. Шатун 12
має порівняно короткий стержень, що сприяє зниженню загальної
висоти двигуна. Колінчастий вал 13 зварного типу, причому зва-
рення здійснене посередені рамових шийок. Упорний вал становить
Рис. 2.2. Поперечний розріз дизеля серії ЬбОМС
31
одне ціле з колінчастим валом. Розподільний вал 9, який приводить-
ся до обертання від колінчастого вала ланцюговою передачею, ру-
хає золотникові паливні насоси високого тиску та поршні гідравлі-
чних приводів випускних клапанів. Наддув здійснюється ізобарни-
ми турбінами. Оригінально вирішено питання реверсування двигу-
на (без реверсування розподільного вала). При зміні напрямку обер-
тання двигуна реверсуються тільки повітророзподільник та привод
ПНВТ. Реверсування ПНВТ здійснюється шляхом перестановки
ролика штовхана плунжера у нове положення.
Середньообертові дизелі. Поряд з малообертовими на різних
транспортних суднах як головні широко використовуються серед-
ньообертові дизелі відомих фірм: "МАН-Бурмейстер та Вайн", "Зуль-
цер", "Пілстік", "Вяртсіля", "МаК". Середньообертові двигуни ви-
пускаються у рядному та У-подібному виконанні. Вони, як і МОД,
експлуатуються на важких сортах палива.
Дизелі серії Ь40/54. Конструктивні особливості СОД розгляне-
мо на прикладі рядного чотиритактного СОД з газотурбінним над-
дувом серії Б40/54 фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн" (рис.2.3).
В дизелі Б40/54 товстостінна втулка циліндра 3 обпирається бур-
том на проставочне кільце, яке встановлено між блоком циліндрів та
буртом. Верхня частина втулки інтенсивно охолоджується водою,
яка протікає через порожнину між кільцем і втулкою, що забезпечує
помірний рівень температури в районі бурта та невеликі амплітуди
коливань напруг у стінках протягом циклу. Випускний клапан б вста-
новлено у змінному охолоджуваному корпусі 5 за сідлом, яке також
охолоджується. Для забезпечення рівномірності температури поса-
дочного поясу передбачено обертання клапана під час роботи дизе-
ля струменем відпрацьованих газів, що впливає на лопатки, які за-
кріплено на стержні клапана. В дизелі застосовано ізобарну систему
газотурбінного наддуву. Випускні патрубки кожного циліндра при-
єднано до спільного випускного колектора 2, з якого гази надходять
до газової турбіни 1. Паливопостачання здійснюється індивідуаль-
ними для кожного циліндра паливними насосами високого тиску зо-
лотникового типу з комбінованим регулюванням.
Дизелі фірми "СЕМТ Пілстік". На рис.2.4 наведено попереч-
ний переріз СОД серії РС фірми "СЕМТ Пілстік". Дизель чотиритакт-
ний, У-подібний, з газотурбінним наддувом.
Остов дизеля 1 має монолітну конструкцію (відпивається з сіро-
го чавуну або зварюється зі сталі); циліндри, які містять циліндрову
32
втулку і водяну рубашку, вставля-
ються у гнізда остова; колінчастий
вал суцільнокований, підвісного
типу, шатуни складаються з трьох
частин зі змінною нижньою голов-
кою; поршні 4 складені, вони мають
стальне днище та тронк з алюмініє-
вого сплаву. Днище поршня охо-
лоджується маслом, яке підводить-
ся від рамових підшипників по свер-
длінням у кривошипі, шатуні, пор-
шневому пальці та бобишці порш-
ня. На поршні установлені чотири
компресійних та два маслознімаль-
них кільця. Маслознімальне кільце
розміщено у верхній частині трон-
ка і піджато пружиною, чим забез-
печується добре змащування порш-
ня і циліндрової втулки та змен-
шується витрата масла. Поршневий
палець - вільноплаваючий.
Рис.2.3. Поперечний розріз
дизеля серії Р40/54
33
3-341
Рамові підшипники довгими шпильками кріпляться до остова
двигуна. Рубашки циліндрів З обпираються своїми фланцями на пли-
ту картера. Анкерні зв'язки зтягують між собою кришку циліндра б,
рубашку з втулкою 5 та верхню частину картера. Нижня частина
втулки в рубашці та картері ущільнюється синтетичними кільцями,
а наявність кільцевої порожнечі а усуває можливість попадання води
у картер. Поверхнева частина втулки охолоджується по отвору б. В
кожній кришці змонтовано по два впускних 7 та випускних 9 клапа-
ни однакової конструкції. Випускні клапани розташовані у спеціаль-
них корпусах з водяним охолодженням.
Шатуни 2 із кованої сталі мають Н - образний перетин, склада-
ються з трьох частин зі знімною нижньою головкою.
Колінчастий вал 11 суцільнокований, підвісного типу; до щок
кривошипів кріпляться противаги. Реверс розподільного вала вико-
нується за рахунок його осьового переміщення. Паливні насоси 10
золотникового типу, форсунки 8 охолоджуються водою. Наддув
виконується імпульсними турбінами.
Дизелі фірми "Вяртсіля Середньообертові двигуни Ваза фірми
"Вяртсіля" спроектовані з урахуванням стабільної роботи в широко-
му діапазоні навантажень на будь-яких видах палива - від важких
мазутів до природного газу. Двигуни Ваза відзначаються високою
економічністю та достатньою надійністю. За своїми конструктивни-
ми особливостями вони відповідають сучасним вимогам, які пред'яв-
ляються до суднових дизелів.
Двигуни Ваза 20 - це поєднання компактності сучасної конст-
рукції і високої ефективності при помірній вартості у порівнянні з
іншими типами подібних двигунів. В двигуні Ваза 22, який успад-
кував конструкцію Ваза 32, поєднуються якості великого двигуна з
компактністю конструкції, що забезпечує високу питому потужність
при високій паливній економічності і збільшенні термінів між про-
філактичними оглядами та ремонтами.
Двигун Ваза 32 є одним із популярних середньообертових ди-
зелів у світі, що пояснюється, в першу чергу, рядом конструктивних
рішень, які полегшують технічний догляд.
Двигуни Ваза 46 поєднують у собі компактність, малу масу, до-
сить велику потужність і високу ефективність, низький рівень шуму
і вібрації, що забезпечується за рахунок модульної конструкції.
Двигун Ваза 64 - самий потужний середньообертовий двигун у
світі.
34
В дизелі Ваза 32 (рис.2.5) блок циліндрів 1 відлито монолітно з
чавуну. Трубопроводи для подачі води, що охолоджує циліндри,
підшипники розподільного вала та ресивер
наддувного повітря виготовлено разом з бло-
ком. Колінчастий вал 3 підвішений.
Кришки підшипників виготовлені з
чавуну. В масляному піддоні 5 роз-
ташовується гідравлічний домкрат,
за допомогою якого можна опускати
та піднімати кришки рамових
підшипників. Масло для змащуван-
ня надходить у підшипники та у пор-
шень через цей домкрат. Масляний
піддон легкої зварної конструкції
встановлено у блок 4 знизу. Він ущ-
ільнюється кільцями круглого пере-
різу. Залежно від типу установки
існує два варіанти піддону: з мокрим
або сухим картером. Колінчастий
вал 3 суцільнокований. Він обладна-
ний противагами 6.
Шатуни 2 викувані з легованої
сталі. Нижня головка розрізана діа-
гонально. Масло надходить у голов-
ний підшипник та поршень через
свердлення у шатуні. Втулки цилінд-
рів 7 відлиті зі спеціального чавуну. Поршень 8 моноблоковий або
складеного типу зі сталевою головкою та юбкою із чавуна з куляс-
тим графітом. Юбка поршня та втулка змащуються системою зма-
щення поршня через чотири отвори в канавці юбки поршня. Голов-
ка поршня охолоджується методом збовтування. Кришка циліндрів
9 виготовлена з сірого чавуну. Вогневе днище охолоджується водою.
Впускні та випускні клапани 10 взаємозамінюються. Кулачки відко-
вано разом з розподільним валом. Приводом розподільного вала є
колінвал через шестеренну передачу.
В системі наддуву застосовуються турбонагнітачі типу "Броун
Бовері" з осьовими турбінами.
Паливні насоси високого тиску виконано одноплунжерними з
вбудованими штовханами. Форсунка розташована у середині криш-
ки циліндра.
з*
Рис.2.5. Поперечний розріз
дизеля серії Ваза 32
35
Дизелі фірми "МаК". Основну увагу у розробках та у вироб-
ництві середньообертових двигунів фірма "МаК" приділяє рядним
двигунам. Всі двигуни фірми "МаК" відзначаються високою міцністю
і низькими питомими параметрами навантаження. З появою двигунів
типу М282/М332С з'явилася конструктивна серія, яка завдяки ком-
пактності конструкції виявилась найбільш придатною до суден з низь-
кими машинними відділенями. Двигуни серії М60/С виявили себе як
надійна альтернатива для двотактних крейцкопфних двигунів. Для
них характерні: компактність і висока потужність, міцність, просто-
та профілактики і обслуго-
вування завдяки рядній
конструкції, мале спожи-
вання палива.
На рис.2.6 наведено
дизель серії М601. До скла-
ду двигуна входять: стани-
на 2 на фундаментній рамі
1 з вкладним колінчастим
валом 3; блок циліндрів 4 з
високою жорсткістю; азо-
товані втулки циліндрів 5;
випускні клапани 6 в го-
ловці циліндрів 7, які ма-
ють інтенсивне охолод-
ження; зносостійкі поршні
8 зі спеціально оброблени-
ми канавками для поршне-
вих кілець; поршневі
кільця з хромованою робо-
чою поверхнею.
Високообертові дизелі
Рис.2.6. Поперечний розріз двигуна
серії 601 фірми "МаК"
застосовуються на легких швидкісних суднах і катерах, а також на
суднах на підводних крилах. Конструкція такого дизеля зображена
на рис.2.7. Дизель 12ЧСН 18/20 - чотиритактний, У-подібний, з га-
зотурбінним наддувом і реверсивною муфтою (рис.2.7).
Картер 1 складається з верхньої та нижньої частин, відлитих із
алюмінієвого сплаву. На картері розташовані два шестициліндро-
вих моноблоки 3. Моноблок виконано із алюмінієвого сплаву, він
об'єднує кришку та блок циліндрів. В шість отворів кожного моно-
36
блока запресовані стальні втулки, внутрішня поверхня яких азото-
вана, а на зовнішню поверхню напресована стальна рубашка. На
наружній поверхні втулки нарізані гвинтові канавки для протоку охо-
лоджувальної води. В головці моноблока на кожному циліндрі змон-
товано по два впускні та два випускні клапани і форсунка. Клапани
відчиняються за допомогою кулачків розподільних валів 5.
Поршень 6 штампований із легованої сталі; двигун має шість
головних 2 та шість причепних 7 шатунів. Колінчастий вал 8 кова-
ний із легованої сталі, азотований. Па-
ливний насос високого тис-
ку 4 блочний, його плун-
жерні пари золотникового
типу. Наддув здійснюється
двома імпульсними турбо-
компресорами. На двигун
навішані насоси прісної та
забортної води, а також
масляний насос.
Рис.2.7. Поперечний розріз
дизеля 12ЧСН 18/20
2.3. Дизельні установки з малообертовими двигунами. Теплова
схема ДУ
Розрізняють дизельні установки з прямою, редукторною, гідрав-
лічною та електричною передачами.
Дизельні установки з прямою передачею належать до найбільш
поширених типів суднових ЕУ. Головний двигун в цьому випадку
жорстко зв'язаний з судновим валопроводом. Упор гвинта сприй-
мається спеціальним упорним підшипником, який встановлено на
лінії вала (звичайно ближче до ГД) або вмонтовано в кормовому
торці двигуна.
Дизельні установки з МОД. Усі елементи ДУ з'єднані в єдину теп-
лову схему, спрощене зображення якої наведено на рис.2.8. Пропуль-
сивна частина установки складається з ГД, упорного підшипника,
37
валопроводу з підшипниками та гребного гвинта. До схеми включе-
но утилізаційний котел, до якого подаються відхідні від турбонад-
дувного компресора ГД гази, що мають температуру 250...З50 °С.
УК генерує пару тиском 0,5... 1,0 МПа і температурою 220...260 °С.
Гази покидають утилізаційний котел з температурою приблизно
180 °С. Ця температура може бути знижена, що дозволить створити
додаткову кількість пари та підвищити її параметри в УК. Однак
подальше зниження температури відхідних газів буде сприяти роз-
витку сірчастої корозії на хвостових поверхнях котла. Проте відомі
утилізаційні установки на суднах японської побудови, які мають тем-
пературу відхідних газів за УК 140 °С. В цьому випадку для газо-
відводу необхідно застосовувати нержавіючі матеріали та антико-
розійні покриття.
До теплової схеми установки входить й інше устаткування, а саме
допоміжний котел (ДК), водоопріснювальна утилізаційна установ-
Рис.2.8. Принципова теплова схема ДУ з прямою передачею:
1 - гребний гвинт; 2 - валопровід; 3 - головний упорний підшипник; 4 - підведення
палива; 5-ДВЗ; 6-ТНА; 7-УК; 8,9,11 -глушник; 10 -допоміжний котел; 12 -ДГ;
13, 27 - масляний насос; 14, 28 - насос охолоджувальної прісної води; 15 - ТГ; 16,
29 - водоводяний охолоджувач прісної води; 17, 26- охолоджувач масла; 18, 24 -
насос охолоджувальної забортної води; 19 - компресор стисненого повітря; 20 -
теплий ящик; 21, 23 - відповідно конденсатний та живильний насоси; 22 - конден-
сатор; 25 - охолоджувач наддувного повітря; ЗО - вакуумний опріснювач
38
ка, компресорна станція, агрегати суднової електростанції, тепло-
обмінні апарати і механізми систем, що обслуговують ЕУ.
Принцип роботи всієї теплової схеми можна зрозуміти з рис.2.8
і під рисункових підписів до нього.
З усіх елементів установки найбільш важливим є ГД, від якого
залежать компоновка, маса, габарити і вартість установки. Мало-
обертові двигуни мають значні розміри і масу, у зв'язку з чим вима-
гають розміщення їх в центральній частині МВ у відповідності до
розташування ліній валопроводів. МОД здебільшого застосовуються
в одновальних установках. В цьому випадку вісь двигуна розташо-
вується в ДП судна паралельно основній площині або з незначним
ухилом в бік гребного гвинта.
Рідше зустрічаються двовальні установки з МОД. В практиці
суднобудування відомий випадок побудови тривального контейне-
ровоза (Японія) з МОД фірми "Міцубісі". На цьому судні встановле-
но два МОД з А = 18,5 МВт по бортах і один МОД з А. = 26 МВт -
по ДП.
Треба мати на увазі, що багатовальна установка багато в чому
поступається одновальній за такими основними показниками, як
маса, габарити, складність, капітальні затрати, затрати на обслуго-
вування та ін. В багатьох випадках багатовальну установку з МОД
навряд чи варто вважати виправданою, тим більше, що зараз макси-
мальна потужність цих двигунів досягає 70 МВт при високій еконо-
мічності. Наприклад, довгоходові дизелі фірми "Зульцер" типу КТА
в дванадцятициліндровому виконанні.
У виробництві МОД за період з 1994 по 2000 роки лідируюче
положення займає компанія "МАН-Бурмейстер та Вайн", яка разом
зі своїми ліцензіатами випускала більше 60 % всіх ДВЗ. Друге місце
по випуску МОД за цей період посідає швейцарська компанія "Нью
Зульцер дизель", яка постачає на світовий ринок близько 30 % ди-
зелів. Третім, практично єдиним конкурентом цим двом великим
компаніям по випуску МОД власної конструкції, починаючи з 80-х
років, є японська компанія "Міцубісі хеві індастрієс", постачання
МОД якою останнім часом коливається у межах 8...10 %.
Параметри дизелів основних фірм світу, що виробляють суднові
МОД, наведено в дод.1, табл.ІД-ЗД.
Спільно зі своїми ліцензіатами ці фірми в останні роки будують
100 % за потужністю всіх МОД, що установлюються на морських
суднах дедвейтом 2000 рег.т та вище.
39
Агрегатна потужність дизелів типу МС та МСЕ змінюється від
1600 до 68520 кВт, дизелів типу КТА від 1480 до 65880 кВт, а дизелів
типу ИЕС-ЬА від 2060 до 46780 кВт. Дизелі типу МСЕ, на відміну від
дизелів МС, мають знижену циліндрову потужність, але більш висо-
ку економічність. Крім того, в цих дизелях є можливість установлю-
вати утилізаційну силову газову турбіну, що використовує частину
енергії відпрацьованих газів. Це стало можливим завдяки підвищен-
ню загального ККД турбокомпресорів, який досягає 70...72 %, що
призводить до зниження енергозатрат. На двигунах МС та МСЕ
передбачається також установка одного або двох електрогенераторів
з приводом від колінчастого вала. Спеціальна передача забезпечує
постійну частоту обертання генератора при зміні частоти обертання
колінчастого вала в межах 70...104 % від встановленої потужності.
Використання валогенераторів дає можливість скоротити ви-
трати на паливо для СЕУ, бо при русі судна відпадає необхідність в
роботі дизель-генераторів суднової електростанції.
В дизелях типу КТА також передбачена можливість установки
силової турбіни, яка передає свою потужність колінчастому валу.
Вона вмикається при навантаженні 50 % і вище, при цьому витрати
палива знижуються на 5,4 г/(кВт-год). На режимі < 0,5 N всі
відпрацьовані гази спрямовуються в турбокомпресор, що підвищує
тиск наддувного повітря, внаслідок чого підвищується надлишок
повітря при згорянні палива, та забезпечує зниження витрат палива
на 4,8...6,8 г/(кВт-год), порівнюючи з дизелями типу КТА без цієї
системи.
Схема пропульсивної установки з двотактним крейцкопфним
двигуном і з гвинтом регульованого кроку зображена на рис.2.9. У
Рис.2.9. Схема пропульсивної системи з МОД та ГФК:
а - з МОД фірми "Вяртсиля НСД"; б з МОД фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн"
40
табл .4Д, 5Д (див. дод. 1) наведено параметри пропульсивних устано-
вок з МОД фірм "Вяртсіля НСД" та "МАН-Бурмейстер та Вайн".
2.4. Дизель-редукторні установки з СОД та ВОД
Дизельні установки з середньообертовими двигунами застосо-
вуються на морських суднах транспортного, технічного, допоміж-
ного та промислового флоту, на суднах змішаного плавання, річко-
вих та спеціальних. Вони посідають друге місце після МОД по роз-
повсюдженню на суднах.
До СОД звичайно відносять двигуни, частота обертання яких
складає 250...750 об/хв. Це перевищує необхідні обороти гребного
гвинта, і тому до складу дизельної установки з СОД необхідно вво-
дити передачу. Передачі можуть бути механічні, гідравлічні або ком-
біновані. Сукупність встановлених на загальній фундаментній рамі
головних двигунів та механічних або гідравлічних передач, а також
з'єднувально-роз'єднувальних або пружних муфт називається дизель-
редукторним агрегатом (ДРА). До передачі ДРА звичайно приєдну-
ють один або два валогенератори, що трохи ускладнює кінематичну
схему установки, але дає виграш в економії палива для вироблення
електроенергії при роботі головного двигуна. Крім того, таке рішення
дозволяє зменшити кількість дизель-генераторів суднової електро-
станції та економити їх ресурс.
Редуктори та з'єднувально-роз'єднувальні муфти збільшують
масу (на 25...60 %) та габарити (на ЗО...50 %) ДРА, однак в цілому
вони в 1,5...2 рази менші, ніж для установки з МОД. Довжиною та
шириною ДРА та МОД майже не відрізняються, однак МОД мало
не двічі вищий. Незначна висота СОД дозволяє використовувати їх
на суднах, які перевозять довгомірні вантажі та на яких необхідні
палубні проїзди для колесної техніки (наприклад, судна з горизон-
тальною вантажообробкою).
За конструкцією головні установки з СОД і механічними переда-
чами бувають одно-, дво-, три- та чотиримашинні, що приєднані до
одного редуктора (рис.2.10). Вони можуть бути одно- та багатоваль-
ними.
У виробництві середньо- та високообертових дизелів лідирую-
че місце посідають такі фірми, як "СЕМТ Пілстік", "МАН-Бурмей-
стер та Вайн", "Вяртсіля", "Крупп МаК", які разом зі своїми ліцен-
зіатами випускають близько 80 % за сумарною потужністю від світо-
41
вих поставок СОД і ВОД власної конструкції. У табл.бД-ІОД (див.
дод.1) наведено параметри цих дизелів.
Рис.2.10. Типові схеми дизель-редукторних установок:
а - одномашинна; б - двомашинна; в - тримашинна; г - чотиримашинна; 1 - ГФК;
2 - гребний вал; 3 - дейдвудний пристрій; 4 - опорний підшипник; 5 - проміжний
вал; 6 - головний упорний підшипник; 7 - редуктор; 8 - еластична роз'єднальна
муфта; 9 - ГД; 10 - електрогенератор
Суднові СОД виготовляються у рядному та У-подібному вико-
нанні. При рядному виконанні кількість циліндрів двигуна складає
від 6 до 10, а при У-подібному - від 10 до 18. Останнім часом спосте-
рігається також, як і у МОД, тенденція збільшення відношення хода
поршня до діаметра циліндра. У дизелях "СЕМТ - Пілстік" типу РС2,
як приклад, воно збільшено з 1,15 до 1,38 (дизель РС20Ь), а у дизелях
"Зульцер" типу 240 - з 1,2 до 1,4 (дизель 2А408). У СОД із значними
циліндровими потужностями (наприклад: 2А408. РС40,2А40. РСЗО
та ін.) почали застосовувати силові турбіни, внаслідок чого знизи-
лися витрати палива у середньому на 3 г/(кВт-год).
Установки з середньообертовими двигунами, що передають по-
тужність на гребний вал через редуктор, у порівнянні з установками,
в яких застосовуються малообертові дизелі з безпосередньою пере-
даною потужності гребному валу, мають ряд переваг.
42
В установках з СОД машинне відділення може мати меншу висо-
ту, значно зменшується маса та габарити установки. Наявність ре-
дуктора дозволяє використовувати двигуни та гребний вал при ча-
стотах обертання, які відповідають найбільшому ККД гвинта.
Крім того, поліпшуються експлуатаційні характеристики уста-
новки. При зниженні швидкості ходу судна деякі двигуни можна
відключити, а останні будуть працювати більш ефективно.
Несправність одного з двигунів не призводить до зупинки суд-
на; можливість вимикання будь-якого двигуна дозволить виконува-
ти його ремонт під час рейсу.
Слід ураховувати і недоліки установок з СОД у порівнянні з ус-
тановками з МОД. Моторесурс СОД значно менший моторесурсу
МОД. Через наявність додаткових втрат в редукторі та муфтах ме-
ханічний ККД також нижчий. Експлуатація установок з СОД уск-
ладнюється внаслідок збільшення кількості циліндрів. Ці установки
мають підвищений рівень шуму, що викликає необхідність застосу-
вання додаткових заходів для його зниження, а це веде до збільшен-
ня вартості установки.
На рис.2.11 зображена схема пропульсивної установки з чоти-
ритактним середньообертовим двигуном, в табл. 1 ІД (див. дод. 1) на-
ведені параметри установок з СОД фірми "Вяртсіля НСД" і ГРК, а в
табл.12Д (див. дод.1) - параметри пропульсивних установок з СОД
фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн".
а б
Рис.2.11. Схема пропульсивної установки з СОД та ГРК:
а - з СОД фірми "Вяртсиля НСД"; б- з СОД фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн"
Високообертові двигуни застосовують на риболовних сейнерах
річкового флоту, портових буксирах, суднах забезпечення, катерах,
суднах на підводних крилах та на повітряній подушці. До цього кла-
су двигунів належать такі, у яких частота обертання більша за
750 об/хв. Тому в пропульсивній установці необхідно застосовувати
43
понижуючу передачу на рушій. Звичайно використовують механічні,
гідравлічні, гідромеханічні та електричні передачі. Принципові схе-
ми ДРА з ВОД не відрізняються від схем ДРА з СОД (див. рис.2.10).
Високообертовідвигуни мають менші масогабаритні показники,
ніж СОД, меншу вартість та хорошу ремонтнопридатність. Однак
вони поступаються СОД економічністю, ресурсом та вимагають ви-
користання легкого палива (дизельного).
Суднові енергетичні установки з СОД та ВОД відрізняються між
собою різноманітністю конструктивних та компонувальних схем, які
більш за все визначаються типом та призначенням суден. У них ча-
стіше, ніж в установках з МОД, застосовуються навішені допоміжні
механізми (електрогенератори, компресори стисненого повітря, на-
соси: паливні, масляні, охолодження, осушні, протипожежні), а це
спрощує компоновку систем та зменшує навантаження СЕС. У той
же час навішані у великій кількості механізми можуть знизити
надійність та ремонтопридатність установки.
ВОД широко застосовуються в установках з електропередачею.
Це дозволяє створити компактні ЕУ, бо дизель-генератори можли-
во розташувати в будь-якому місці судна включаючи платформи та
верхню палубу. При наявності кутової колонки для передачі потуж-
ності на гребний гвинт в таких установках відмовляються від судно-
вого валопроводу.
2.5. Підвищення теплової економічності дизельних установок
Дизельні установки мають найбільшу економічність порівняно
з установками інших типів. Це досягнено завдяки їх вдосконаленню
і часто за рахунок ускладнення теплової схеми та конструкції. Перед-
усім введено глибоку утилізацію теплоти відхідних газів, охолоджу-
ючої води, наддувного повітря та масел.
ДВЗ мають досить високий ККД, який в кращих зразках досягає
50... 54 % в МОД і 48... 52 % в СОД. Але в них губиться значна кількість
теплоти. Про це можна судити з теплового балансу різних двигунів,
що наведений на с.45.
Аналіз теплових балансів дизельних установок транспортних
суден свідчить, що 80...85 % палива витрачається на вироблення ме-
ханічної енергії, необхідної для руху судна, 8... 12 % - на вироблення
електроенергії, а решта - на вироблення теплової енергії у допоміж-
них котельних установках. Природно, що вироблення електричної
44
та теплової енергії не за рахунок спалювання пального, а завдяки
утилізації теплоти різних середовищ, є суттєвим резервом підвищен-
ня економічності установок.
Втрати теплоти, %:
з випускними газами
з охолоджуючою прісною водою
теплота, що відбирається від над-
дувного повітря
з маслом у вузлах тертя
розсіювана до навколишнього се-
редовища
МОД сод вод
28...32 ЗО...35 32...40
10...12 10...14 10...14
7...8 7...8 8...10
4...5 4...6 4...7
1,5...2 1,5...2 1,5...2
Проте утилізація теплових втрат обмежується температурами
середовищ, що підлягають утилізації. Так, температура масел на ви-
ході з двигуна не повинна перевищувати 70...80 °С, а охолоджуючої
води - 75...90 °С. Ці обмеження визначають можливі зони утилізації
теплових втрат з маслами та водою: отримання гарячої води для
систем водопостачання, підігрівання палива середньої в'язкості, на-
грівання морської води для її опріснювання в вакуумній ВОУ.
Сучасні ДВЗ мають високий тиск наддуву (до 0,35...0,40 МПа),
що підвищує температуру повітря за компресором до 150...180 °С.
Потенціал теплоти наддувного повітря сповна можна використати
на отримання пари низьких параметрів (0,1 ...0,2 МПа) та підігріван-
ня важкого палива. Найбільший потенціал має теплота випускних
газів (260...350 °С), що дозволяє використовувати її для вироблення
насиченої або навіть перегрітої пари тиском до 1,5 МПа. В той же
час для сучасних ДВЗ (особливо довгоходових МОД) характерне
зниження температури випускних газів, що значно зменшує можли-
вості вироблення пари в ТУК.
Досвід експлуатації свідчить про високу економічну ефективність
систем утилізації вторинних енергоресурсів, оскільки пари, що гене-
рується в УК, достатньо, щоб при потужності 6...7 МВт повністю
задовольнити всі загальносуднові потреби і виключити з роботи в
ходовому режимі допоміжний котел. Ресурси теплоти випускних
газів, стисненого повітря, води та масел називають вторинними тому,
що головне призначення ДВЗ - вироблення механічної енергії (пер-
винного ресурсу), а теплова енергія є побічним продуктом транс-
формації хімічної енергії пального в механічну. При більш високих
потужностях ГД з'являється надлишок пари, яка після перегріву в
УК використовується для приводу утилізаційного паротурбінного
генератора електричної енергії. Це дозволяє повністю або частково
45
(в залежності від типу судна, типу ГД та його потужності) замінити
в ходовому режимі ДГ. Така утилізація отримала назву глибокої.
Однак найбільший ефект досягається при застосуванні комплекс-
ної системи утилізації, що дозволяє істотно скоротити витрати наси-
ченої пари на загальносуднові потреби та збільшити виробіток пе-
регрітої пари в УК (рис.2.12). З цією метою використовують три-
секційні охолоджувачі наддуваного повітря (ОНП). Так, фірма "Зуль-
цер" виготовила такий ОНП для двигуна потужністю 17650 кВт при
п = 102 об/хв. Температура прісної води, що циркулює під тиском, на
виході з першої секції ОНП складає 100... 150 °С, в залежності від
експлуатаційної потужності. Вона іде на підігрівання важкого пали-
Рис.2.12. Схема утилізації теплоти вихідних газів та наддувного повітря:
1 - циркуляційний насос УК; 2 - сепаратор пари високого тиску; 3 - дросельний
клапан; 4 - УК; 5 - сепаратор пари низького тиску; б - УТГ; 7 - загальносуднові
споживачі пари; 8 - теплий ящик; 9 - підігрівник води; 10 - живильний насос; 11 -
споживачі гарячої води; 12 - напірна цистерна прісної води; 13 - конденсатор; 14 -
конденсатний насос; 15 - насос охолоджувальної прісної води; 16 - охолоджувач
прісної води з самопротоком забортної води; 17 - споживачі теплоти; 18 - насос
охолоджувальної забортної води; 19 - охолоджувач наддувного повітря ГД три-
секційний; 20 - ГД; 21 - електрогенератор
46
ва в цистернах основного запасу та витратних, а також на опалення
суднових приміщень. Друга секція ОНП використовується для
підігрівання живильної води ТУК до 90...105 °С, третя секція - для
охолодження наддувного повітря забортною водою до необхідної
температури.
Система охолодження наддувного повітря дозволяє генерувати
на 60...70 % більше електричної енергії порівняно з системою утилі-
зації, що використовує тільки теплоту відхідних газів. Це значно
розширює діапазон експлуатаційних навантажень ГД (практично до
50 % від номінальної), при якому можливе повне задоволення по-
треб в тепловій та електричній енергії в ходовому режимі виключно
за рахунок вторинних енергоресурсів.
В системах глибокої утилізації тепла для підігрівання живильної
води окрім теплоти, що відбирається від ОНП, використовується
теплота охолоджуючої прісної води.
Фірмою "Міцубісі'’ розроблено комплексну систему утилізації
теплоти стосовно до двигуна типу 6ИЕС68НА (6 ДКРН 68/170) по-
тужністю 10700 кВт. Особливістю цього двигуна є перерозподіл тем-
ператур в системі охолодження. На виході з ДВЗ прісна вода має
температуру 90 °С при перепаді температур прісної води від 10 до
30 °С. Це призвело до перерозподілу статей теплового балансу. Теп-
ловідвід у прісну воду системи охолодження дизеля зменшився на
19 %, а її витрата - на 11 %. Одночасно збільшилася на 10 % кількість
теплоти, що відводиться з відхідними газами, а їх температура підви-
щилася на 30 °С. Крім того, в ТУК прісна вода системи охолодження
на виході високотемпературної секції ОНП має в середньому темпе-
ратуру 110 °С і використовується загальносудновими споживачами.
В ТУК застосовано утилізаційний котел двох тисків. Викорис-
тання цієї системи дозволило додатково підвищити електричну по-
тужність УТГ на 30...46 % порівняно з системами, в яких УК та УТГ
працюють на парі одного тиску. У схемі передбачено використання
самопроточної системи охолодження забортною водою водо-водя-
ного охолоджувача прісної води та відбір потужності до 300 кВт на
привод валогенератора від ГД. Збільшення потужності УТГ еквіва-
лентне зниженню питомої витрати палива ГД на 3 %.
Система ГУТ використовується в СЕУ контейнеровоза дедвей-
том 30 тис.т з ГД типу 7КЕВ90 потужністю 16400 кВт при 95 об/хв.
Вона включає УК двох тисків з паропродуктивністю секцій 1200 та
4800 кг/год з тиском відповідно 0,4 та 0,7 МПа. Температура газів на
47
вході в котел 260 °С. УТГ потужністю 1100 кВт змішаного тиску спо-
живає разом з перегрітою насичену пару низького тиску. Застосу-
вання системи ГУТ дозволяє знизити порогову потужність, при якій
УТГ забезпечує всіх споживачів електроенергії в ходовому режимі
при потужності ГД від 13000 до 7350 кВт в зимових умовах та від
9550 до 6620 кВт - влітку.
При великих потужностях дизелів реальні можливості викорис-
тання вторинних енергоресурсів перевищують потреби судна в теп-
ловій та електричній енергії. В цих випадках доцільна глибока ути-
лізація теплоти з метою використання її не тільки для задоволення
загальносуднових потреб в тепловій та електричній енергії, а також
для вироблення механічної енергії, що передається на гребний вал та
гвинт. Таким чином необхідна потужність установки може бути за-
безпечена головним двигуном меншої потужності і меншими будуть
витрати палива.
Зниження витрат пального головним двигуном на 2...З % можна
досягти за допомогою силової газової турбіни. Це стало можливим
завдяки вдосконаленню системи наддуву та підвищенню до 70. ..72 %
ККД газової турбіни для приводу наддувного компресора дизеля, у
зв'зку з чим з'явився надлишок відхідних газів, що забезпечують над-
дув. Тому частину випускних газів (близько 15 %) можна спрямувати
в силову турбіну, потужність якої передається через спеціальну пере-
дачу на колінчастий вал двигуна (рис.2.13). Силова газова турбіна в
таких двигунах звичайно працює в діапазоні навантажень 50... 100 %
номінального значення. Вона дозволяє підвищити ефективний ККД
двигуна до 55 %.
Введення силової газовоі турбіни, однак, істотно ускладнює кон-
струкцію двигуна, який повинен мати додаткову механічну переда-
Рис.2.13. Схема двигуна з утилізацій-
ною газовою турбіною:
1 - ДВЗ; 2 - вал відбору потужності ДВЗ; З -
механічна передача; 4- гідромуфта; 5 - сило-
ва газова турбіна; 6- клапан; 7- відвід газу;
8 - газова турбіна та компресор ТНА; 9 -
підвід наддувного повітря; 70-газовідвідний
та повітропідвідний ресивери
48
чу та додаткову систему газовідводу. Можливий варіант, коли сило-
ва газова турбіна буде приводити в дію електрогенератор. Але тоді
необхідно вирішити питання про споживачів додатково виробленої
електричної енергії в ЕУ.
Силова газова турбіна може бути встановлена на всіх великих
дизелях фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн" типу МС та МСЕ, фірми
"Зульцер" типу КТА.
Вирішуючи питання підвищення ефективності дизелів, фірмою
"Зульцер" розроблено пропульсивний комплекс МОД - гребний
гвинт - напівтунельна корма. МОД працює через редуктор з часто-
тою обертання 50 об/хв на гребний гвинт збільшеного діаметру, який
розташовується в напівтунельному кормовому підзорі. Завдяки цьо-
му вдалося як збільшити ефективність дизеля, так і підвищити про-
пульсивний ККД.
Контрольні завдання і питання
1. Назвіть складові термодинамічні процеси узагальненого ідеального циклу
реального суднового двигуна із самозапалюванням палива.
2. Як визначається термічний ККД суднових дизелів?
3. Які параметри характеризують цикл дизельного двигуна?
4. Від яких чинників залежать параметри циклу дизеля?
5. Поясніть, у чому полягає схожість і відмінність індикаторних та ефективних
показників ДВЗ.
6. Проаналізуйте основні індикаторні показники ДВЗ.
7. Як визначається середній індикаторний тиск у ДВЗ.
8. Проаналізуйте формулу для визначення індикаторної потужності дизеля.
9. Які фірми постачають двотактні малообертові двигуни на світовий ринок?
10. Охарактеризуйте особливості реверсування дизелів фірми "МАН-Бурмей-
стер та Вайн"
11. Назвіть основні фірми-постачальники середньообертових суднових двигу-
нів.
12. Яка система наддува застосовується у середньообертових ДВЗ фірми "МАН-
Бурмейстер та Вайн"?
13. Як забезпечується рівномірність температури сідла випускного клапана
середньообертового ДВЗ фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн"?
14. Які особливості виготовлення блока циліндрів, трубопроводів охолоджу-
вальної води та ресивера наддувного повітря в двигунах Ваза 32?
15. Охарактеризуйте основні властивості середньообертових двигунів серії М60
фірми МаК.
16. Обгрунтуйте склад елементів теплової схеми дизельної установки з МОД.
17. Назвіть принципи розташування головних МОД у машинному відділенні.
18. Який сенс у введенні валогенератора до складу дизельної енергетичної уста-
новки?
49
4-341
19. Назвіть характерні особливості суднових дизельних установок з СОД.
20. Проаналізуйте типові схеми дизель-редукторних установок.
21. Назвіть основні переваги та недоліки суднових енергетичних установок з
середньообертовими двигунами порівняно з установками, до складу яких
входять МОД.
22. Обгрунтуйте особливості та сфери застосування СЕУ з ВОД.
23. Проаналізуйте втрати теплоти ДВЗ різних типів.
24. Що є суттєвим резервом підвищення економічності суднових енергетичних
установок з ДВЗ?
25. Обгрунтуйте можливості утилізації різних вторинних енергоресурсів дизе-
льних двигунів.
26. Як впливає підвищення ефективного ККД дизельного двигуна на можливо-
сті утилізації енергії його відхідних газів? Наведіть приклади.
27. Наведіть схему комплексної утилізації теплоти відхідних газів і наддувного
повітря, проаналізуйте її склад та взаємозв'язок елементів.
28. Обгрунтуйте доцільність введення утилізаційних газових турбін до складу
суднової СЕУ з ДВЗ, розгляньте можливості та існуючі обмеження.
Глава 3. ПАРОТУРБІННІ УСТАНОВКИ
3.1. Цикли ПТУ
Паротурбінна установка працює за закритим циклом. Її робо-
чим тілом виступає вода та водяна пара. Здійснення відкритого цик-
лу в ПТУ можливо при умові відведення відпрацьованої пари в ат-
мосферу, що призведе до втрат робочого тіла і тепла. Довелося б
возити на судні запас прісної води або готувати дистильовану воду
з забортної у випарниках. Розрахунки показують, що необхідний
запас води буде порівняним з вантажопідйомністю судна. Якщо ж
застосувати випарники, то на вироблення корисної потужності пари
практично не залишиться. З цих причин турбінний двигун відкрито-
го циклу на суднах не використовується.
В закритому (конденсаційному) циклі конденсат багаторазово
використовується для живлення котлів. При цьому зберігається і
теплова енергія. Так, для початкових параметрів пари від 3 до 8 МПа
та 360...510 °С при тиску в конденсаторі рх - 0,0049 МПа ККД кон-
50
денсаційного двигуна приблизно в 1,5 рази більший, ніж ККД дви-
гуна відкритого циклу.
До складу найпростішої ПТУ (рис.3.1 ,а) входять паровий котел,
парова турбіна Т, конденсатор Кр та живильний насос Н. Пара
утворюється в котлі, в турбіні її теплота перетворюється на енергію
обертання ротора; ця енергія передається через редуктор Р судново-
му рушію. Відпрацьована пара з турбіни надходить в конденсатор,
де охолоджується та конденсується: конденсат насосом подається
до котла. Конденсатор прокачується забортною водою.
Рис.3.1. Принципова схема (а) та цикл (б) найпростішої ПТУ
У зв'язку з термодинамічними особливостями води та пари за
ідеальний цикл ПТУ приймають цикл Ренкіна (рис.3.1,1?) (з ізоен-
тропійним розширенням 1-2 і сталістю тисків /?1 та /?2 підводу та
відводу теплоти в циклі). В паровому котлі за рахунок теплоти пали-
ва при /?1 = соп8І вода нагрівається до температури кипіння (процес
3’-4), кипить при постійних температурі та тиску (4-5), потім більша
частина пари подається в пароперегрівач котла, де перегрівається
до заданої температури Т\ (процесе 5-ї), а частина насиченої або
перегрітої пари надходить до допоміжних механізмів ДМ (турбоге-
нератор, вантажні насоси і т.д.). Питома теплота, витрачена на 1 кг
пари в котлі, кДж/кг, визначається залежністю
(з.і)
де г) та іу- ентальпія пари і води в точках 7 і 3’ цикла.
Перегріта пара з тиском /?1 і температурою Т\ надходить в тур-
51
біну, розширюється в ній (теоретично за ізоентропійним процесом
1-2, в дійсності - за політропним процесом 1-2д). Отримана меха-
нічна енергія від вала турбіни Т через редуктор Р передається на
гребний гвинт, упор якого сприймається ГУП, що забезпечує рух
судна.
Питома робота, кДж/кг, турбіни, визначена через відповідні
ентальпії, в ідеальному циклі дорівнює
/т = ?! - /2,
а у реальному
І - і.- і, .
Д 1 2д
Внутрішні втрати в турбіні визначаються виразом
д/ = і _ і = і і
Д Т д 2д 2
Зрозуміло, що вони йдуть на збільшення ентальпії пари за тур-
біною, тому що г2д = /2 + Д/д.
Відпрацьована в турбіні пара надходить в конденсатор, де при
сталому тиску />2 конденсується (процес 2-3 або 2д-3), віддаючи за-
бортній воді питому теплоту:
в ідеальному циклі ?/2 = г2 - і3,
в реальному циклі д2д = г2д - і3 = <?2 - Д/д.
Конденсат (живильна вода) насосом Н з конденсатора подаєть-
ся до парового котла ПК.
Термічний ККД циклу ПТУ (циклу Ренкіна)
П, = (^ - <?,)/<?! = /т = (?! - ?;)/(?! - /3) = (?! - ?;)/(?! - /3). (3.2)
Індикаторний ККД реального циклу ПТУ
П, = /д = (?! - /^/(Ї! - Д) = (?! - ДУО) - у. (3. 3)
У виразах (3.2) та (3.3) заміна г) - і3, на г) - і3 можлива тому, що
питома робота /н живильного насосу зневажливо мала у порівнянні
з підведеною теплотою в циклі або з роботою /т (вважаємо, що
і3,~ і3, у насосі підвищується тиск води від р2 до р, і практично не
змінюються ЇЇ температура та ентальпія).
Термічний ККД циклу Ренкіна складає ц, = 0,35...0,45. Його зна-
чення перебуває в прямій залежності від початкових параметрів пари
та в зворотній - від тиску у конденсаторі.
52
З урахуванням граничної вологості пари в останніх ступенях тур-
біни для кожного зі значень температури перегріву Іпе і тиску в кон-
денсаторі рх існує оптимальне значення початкового тиску рпк, при
якому кінцева вологість не перевищує зазначеної величини. Такі
параметри - тиск перегріву і температура - мають назву спряжених.
Для Іпе = 510...520 °С спряжений тиск рпк = 6...8 МПа, для Іпе = 450...
...480 °С відповідно рак = 4...5 МПа.
Термічний ККД циклу Ренкіна враховує тільки одну неминучу
втрату енергії у вигляді <? , що відводиться до так званого нижнього
джерела (в конденсаторі). Реальні процеси перетворення енергії в
ПТУ супроводжуються втратами енергії в різних її елементах.
Внутрішні втрати в турбіні враховують відносним індикаторним
(внутрішнім) ККД
пв/ = = - г2ДЖ - О’
а добуток г|ґ т|в;. являє собою абсолютний індикаторний ККД ПТУ
Д= ДПВ,-
До складу турбозубчастого агрегату входять турбіна і зубчаста
передача. Його відносну ефективність можна оцінити відносним
ефективним ККД г|ве = г|мг|п, де Г|м - механічний ККД турбіни; т|п -
ККД передачі.
Крім того, слід враховувати втрати енергії в паровому котлі Г|п к,
а також втрати тиску і теплоти в пароперегрівачі, паропроводах та
конденсатно-живильному трубопроводі, витік пари, витрати енергії
на привід допоміжних механізмів коефіцієнтом т|д .
Тоді ККД ПТУ визначатиметься залежністю
ну = гін ті ті ті = П П п ,
Іе Ч *п.к *в? *ве *д.у Іе *п.к *д.у7
де ефективний ККД головного турбозубчастого агрегату
Т = ДПв,Пве-
ККД суднового пропульсивного комплексу з ПТУ
П.К у у
'е Іе 1вп 1 Іе 1вп 1р 1к Іе 1п.к 1д.у 1вп 1р 1к’
де Г| - пропульсивний коефіцієнт; г|вп - ККД валопроводу; Г|р - ККД
рушія; т|к - коефіцієнт впливу корпусу.
Реальні суднові ПТУ більш складні, ніж ідеальна. В них передба-
53
чаються заходи і відповідне додаткове устаткування для підвищен-
ня енергетичної ефективності: регенеративний підігрів живильної
води, проміжний перегрів пари і т.ін. Більш складні і термодинамічні
цикли для таких ПТУ.
Ідеальний регенеративний цикл. Як відомо, ідеальний цикл Кар-
но відрізняється вищою термодинамічною досконалістю. Він відоб-
ражується двома ізотермами та двома адіабатами (рис.3.2,а, цикл
аЬсії). Його ККД Г|к = (То - Т^І де То та 7\ - температура гарячого
та холодного джерел. На базі циклу Карно паровий двигун побуду-
вати неможливо, бо підігрів води до кипіння відбувається за ізобар-
ними процесами. Однак на основі циклу Ренкіна можна отримати
певний ідеальний цикл з ККД, що перевищує ККД циклу Ренкіна.
Такий цикл називають узагальненим циклом Карно (аЬе/ на
рис.3.2,а). Він складається з двох ізотермічних процесів аЬ і е/ та
двох інших процесів, відображених еквідистантними кривими Ье і
а/. Як відомо з термодинаміки, ККД такого циклу при заданих То та
7\ дорівнює ККД циклу Карно.
Рис.3.2. Ідеальні цикли паротурбінного двигуна:
а - основний аЬссІа та узагальнений аЬе/а цикли Карно; б - граничний регенера-
тивний цикл з насиченою (1-2-3-3-Г) та в - перегрітою (1-2-5-4-3-3"-Г) парою
Для паротурбінного двигуна, що працює на сухій перегрітій парі,
узагальнений цикл Карно 3-3"-1-2-3 можна отримати з циклу Рен-
кіна 3-3'-1-2-3. Для цього достатньо замінити процес 3-3' іншим,
що відображується кривою 3-3 ", еквідистантною лінії 1-2 (рис.3.2,^).
В свою чергу, крива 3-3" може бути зображена ламаною лінією
3-4-4-5-5' і т.д., що зображує процеси у регенеративному циклі.
Регенеративним називають такий цикл, що відбувається в паровому
двигуні за умов використання для підігріву живильної води пари,
що частково здійснила роботу розширення в турбіні. Припустимо,
54
що в 1-му ступені турбіни пара розширюється від точки 3 до точки 4
(рис.3.2,б). Спрямуємо всю пару після першого ступеня в перед-
останній підігрівач. При рівноважному теплообміні температуру
води в ньому можна довести до Т4а. Після повернення в турбіну пара
має параметри, що визначаються точкою 4'. Розширення в 2-му сту-
пені відбудеться за адіабатою 4-5. У відповідному підігрівані ця пара
нагріє воду до Тй, а її параметри перед 3-м ступенем дає точка 5 і т.ін.
Таким чином, при нескінченно великій кількості підігрівачів та
при відсутності втрат можна підігріти живильну воду до точки ки-
піння 2 в котлі. Розглянутий ідеальний цикл має назву граничний ре-
генеративний цикл.
З умови рівності кількості теплоти, що віддана парою і сприйня-
та водою при підігріві, площі 1-2-2-Г-1 та 3-6-7-3”-3 надиаграмі
5 Урівні, а лінії 1-2 та 3-3” еквідистантні. Підведена теплота в циклі
витрачається тільки на випаровування води в процесі 2-3.
Тоді кількість теплоти, витраченої в циклі на отримання 1 кг пари,
- Т(53-52) = пл.2-3-6-2-2, а кількість теплоти, відданої 1 кгпари
в процесі 3”-1 в конденсаторі, ц2 - Т(5Г-лД = пл.З”-7-1 -1-3”.
Оскільки 53„-51 = 53 -52, то термічний ККД ідеального регенера-
тивного циклу для насиченої пари
пґ = (^-^Ж = і-(Є/гн)
буде дорівнювати ККД циклу Карно при тих самих значеннях
мінімальної і максимальної температур.
При роботі на перегрітій парі позитивний ефект регенерації мен-
ший (рис.3.2,в). Граничний регенеративний цикл в цьому випадку
буде мати конфігурацію 1-2-5-4-3-3”-!. Корисна робота в гранич-
ному циклі менша, ніж у циклі Ренкіна, на величину, що визначаєть-
ся ділянкою 3-3 -З'-3, а витрати теплоти зменшуються на величину,
що відповідає площі ділянки 1-2-2-Г-Ц котра більша за площу
3-3'-З''-З. В цілому ККД граничного регенеративного циклу з пере-
грітою парою менший, ніж ККД циклу Карно, але все ж більший,
ніж ККД циклу Ренкіна.
В реальних умовах кількість ступенів підігріву живильної води
обмежена (в суднових установках вона не перевищує 5). Окрім того,
в системі регенерації мають місце втрати: дроселювання гріючої пари,
гідравлічні опори, витікання пари і води, тепловіддача до навколиш-
нього середовища та ін. Застосування регенерації в ПТУ дозволяє
55
знизити витрати палива на 5...12 %, що цілком окупає витрати, що
пов'язані з ускладненням та подорожчанням установки.
Цикл з проміжним перегрівом пари. В ПТУ використовують тільки
перегріту пару. В порівнянні з насиченою парою це дозволяє змен-
шити загальні витрати пари на установку, а також масогабаритні
показники обладнання установки та підвищити її ККД. Термічний
ККД циклу можна підвищити ступінчастим підведенням теплоти.
Після розширення пари в групі ступенів можна знов перегріти її, а
потім вторинно перегріту пару спрямувати на подальші ступені тур-
біни. При цьому збільшується загальний перепад ентальпії в ступе-
нях, що використовують вторинно перегріту пару. Вологість пари в
цих ступенях знижується, що підвищує їх ККД і загальний ККД тур-
біни.
В суднових ПТУ використовують проміжний перегрів пари
(ППП), суть якого полягає в тому, що пара після розширення в ТВТ
знову надходить в пароперегрівач котла, вторинно перегрівається в
ньому при сталому тиску, а потім подається до ТСТ та ТНТ, де роз-
ширюється до кінцевого тиску.
Ідеальний цикл ПТУ з ППП відтво-
рено на рис.3.3. Це складний цикл
1-2-3-4-5-6-7-1, що складається з двох
простих: основного 1-2-3-4-5-1 (циклу
Ренкіна) та додаткового 5'-5-6-7-5'.
Корисна робота цих циклів
А7' = (г6- г7)-(/5-/5,).
Тоді термічний ККД ідеального цик-
лу з ППП буде
ПГ = (!'ок + (К - г'і) + (гб - У] =
Тут - повна кількість теплоти, підведена в циклі до 1 кг робо-
чого тіла, в тому числі в основному циклі дІК та додатковому Д<7Г З
наведеного виразу отримаємо
п;іп=дЛі + (п^/гідл^жі + ммк)},
де Г|(Л і Т|ґД- ККД відповідно до основного та додаткового циклів.
56
Рис.3.3. Ідеальний цикл
ПТУ з проміжним пере-
грівом пари
З останньої формули витікає, що ККД циклу з ППП вище ККД
основного циклу за умови ДЛ > ДА-
Проміжний перегрів різко знижує вологість пари в ТНТ, що
підвищує її ККД. При проміжному перегріві продуктивність котлів
і витрати пари та палива менші, тому конденсатний, живильний, цир-
куляційний, паливний насоси і котельний вентилятор споживають
меншу потужність.
Температура проміжного перегріву пари ? звичайно прий-
мається рівною температурі перегріву /пе.
Тиск проміжного перегріву має термодинамічний оптимум. На
практиці р визначають виходячи з умов
І — і , р = (0,165. ..0,25)р ;
п.п пе’ 1 п.п 47 ’ 'г п.к’
і <1 , р = (0,1 ...0,143)/? .
п.п пе’ 1 П.П 4 ’ ’ 'г п.к
З підвищенням тільки початкового тиску пари економічність
установки зростає на 3...8 %, а температура - на 2,5...5 %.
Економічність циклу залежить також від способу перегріву пари,
температури ППП, тиску в проміжному перегрівані, потужності тур-
біни та кількості проміжних перегрівів. Один проміжний газовий
перегрів пари дає економію палива 4...5 %, а другий - Е..1,5 %. В
судновій енергетиці застосовують одноразовий ППП.
3. 2. Теплові схеми СЕУ з паротурбінними двигунами
Паротурбінна установка поряд з паровим двигуном має в своє-
му складі допоміжні парові турбіни та електричні двигуни для при-
воду насосів і вентиляторів; теплообмінники: підігрівані (води, па-
лива та ін.) і охолоджувачі; допоміжні конденсатори; системи:
підігріву, охолодження, герметизації ущільнень, циркуляції, дренажні
та ін. Усе це устаткування складає єдиний енергетичний комплекс.
Для вивчення та розрахунку теплоекономічних властивостей ЕУ ко-
ристуються її тепловою схемою. Під тепловою схемою розуміють
умовну схематизовану модель реальної установки та взаємозв'язки
між її частинами, необхідними для здійснення робочого процесу і
виконання її функцій.
В залежності від поставлених цілей теплова схема може бути
виконана принциповою або розгорнутою. Принципова теплова схе-
57
ма відображує послідовне з'єднання елементів ПТУ; тип термодина-
мічного циклу; спосіб здійснення регенеративного процесу; спосіб
забезпечення енергією головних і допоміжних двигунів та загально-
суднових споживачів; спосіб використання надлишків відпрацьова-
ної пари та гарячих дренажів; відновлення втрат живильної води,
принципово важливу арматуру та ін.
На розгорнутій схемі, крім того, показуються кількість та вклю-
чення одноіменних механізмів і апаратів, ємкості, резервні механіз-
ми, автомати та ін. Розгорнуті схеми бувають більш або менш по-
вними.
Всі теплові схеми можна поділити на нерегенеративні та регене-
ративні. Схеми з регенерацією, в свою чергу, поділяються на схеми
1-го, 2-го та 3-го роду.
Схеми 1-го роду передбачають регенеративний підігрів живиль-
ної води парою з відборів головної турбіни. В суднових ПТУ кількість
відборів досягає п'яти. Схеми першого роду використовують в уста-
новках транспортних суден, які мають більш як 90 % ходового часу.
В установках, що тривалий час працюють на часткових наван-
таженнях (наприклад, криголами), використовують схеми 2-го роду,
в яких регенеративний процес здійснюється відпрацьованою парою
допоміжних турбін.
В теплових схемах змішаного типу (3-го роду) для регенерації
використовується відпрацьована пара одночасно від головних та до-
поміжних турбін.
Нерегенеративна теплова схема (рис.3.4) застосовується на суд-
нах з жорсткими масогабаритними обмеженнями. ККД установки,
Рис.3.4. Нерегенеративна теплова
схема ПТУ
що працює за таким ци-
клом, на 6...10 % ниж-
чий за ККД регенера-
тивної ПТУ. На схемі
зазначено, що потуж-
ність головної турбіни
(головного двигуна
ГД) через редуктор Р
передається рушію РУ.
Головний двигун (ГД)
працює на перегрітій
парі, що генерується в
паровому котлі (ПК).
58
Парою таких саме параметрів живляться допоміжні парові двигуни
(ДД) та теплообмінні апарати (ТА). Пара, що відпрацювала у всіх
механізмах і апаратах, скидається в спільний для них конденсатор
(К ), де відбувається її конденсація. Конденсат забирається конден-
сатним насосом Кн і подається в теплий ящик (ТЯ), що виконує роль
акумулятора живильної води при змінах навантаження установки.
Теплий ящик через вентиляційну трубу сполучається з атмосфе-
рою, тому в живильній воді можуть знаходитися в надлишковій
кількості агресивні гази. Така система живлення котла має назву
відкритої. Живильний насос (ЖН) приймає воду з теплого ящика і
нагнітає її до котла. Відкриті системи живлення застосовуються в
установках тиском пари не більш як 2 МПа.
В регенеративних схемах підігрів живильної води здійснюється
теплотою пари, що частково відпрацювала в турбіні. За рахунок
цього зменшується кількість відпрацьованої пари, що надходить до
конденсатора, отже зменшуються втрати теплоти, що відводяться
забортною водою.
Теплова схема 2 -го роду
(рис.3.5) відрізняється від
нерегенеративної введенням
додаткового елементу-піді-
грівана живильної води змі-
шувального типу, що одно-
часно виступає і деаерато-
ром Де. Один кінець магіст-
ралі відпрацьованої пари
ДД приєднаний до деаера-
тора, а другий - через наван-
Рис.3.5. Теплова схема ПТУ з регене-
рацією теплоти відпрацьованої пари
допоміжних двигунів (2-го роду)
тажений незворотний клапан НК до конденсатора. Тиск в магіст-
ралі відпрацьованої пари більший, ніж в конденсаторі, тому надли-
шок відпрацьованої пари автоматично перепускається в конденса-
тор. Необхідна кількість відпрацьованої пари з досить високою тем-
пературою надходить до підігрівана живильної води, де і конден-
сується. При нагріванні води до температури насичення відбуваєть-
ся її деаерація, тобто виділення розчинених в ній газів.
Як бачимо, в цьому випадку використано закриту систему жив-
лення котла, в тракті відсутня можливість відкритого контакту води
та атмосферного повітря, гази видаляються у деаераторі. Останній
використовується як акумулятор і має місткість, достатню для піджив-
59
лення котла протягом 12... 15 хв при непрацюючому конденсатному
насосі.
Оскільки частина теплоти відпрацьованої пари використовується
корисно, затрати теплоти і палива на ПТУ, виконану за схемою 2-го
роду, зменшуються порівняно з установкою, яка працює за нереге-
неративною тепловою схемою. Однак цей висновок справедливий
при невеликому надлишку відпрацьованої пари або при його відсут-
ності.
З метою зниження кількості відпрацьованої пари, що надходить
до конденсатора, всі ДД поділяються на дві групи. До першої групи
добирають двигуни з підвищеним протитиском і такою загальною
кількістю пари, яка витрачається, щоб після відпрацювання в цих
механізмах вона була повністю сконденсована у підігрівані живиль-
ної води. Пара, що відпрацювала в другій групі ДД, скидається в
конденсатор і тому має більш низький тиск на вихлопі, через те буде
нижча витрата пари на ці механізми.
В тепловій схемі 1-го роду пара, що частково розширилася в ГД,
використовується для підігрівання живильної води, як правило, в
теплообмінниках поверхневого типу.
Теплова схема називається ідеалізованою (рис.3.6), тому що ГД
є єдиним споживачем свіжої пари, а пара, що від нього відбирається,
використовується тільки
для підігрівання живиль-
ної води. На цій схемі
відображено три проміжні
відбори пари (цифри І—III)
від ГД для трьох регенера-
тивних підігрівачів жи-
вильної води. Підігрівані
ПП1 та ПП3 - поверхнево-
го типу(низького і високо-
го тиску), а підігрівай се-
реднього тиску - деаера-
тор Де - змішувального
типу.
Конденсат гріючої пари з підігрівана ПП1 надходить до голов-
ного конденсатора Кр, а з теплообмінника ПП3 - до деаератора, де
він змішується з живильною водою і підігріває її. До деаератора та-
кож подається конденсатним насосом КН конденсат з головного кон-
60
Рис.3.6. Теплова схема ідеалізованої ПТУ з
регенерацією теплоти у циклі ГД (1-го роду)
денсатора. Живильна вода з деаератора насосом ЖН подається до
парового котла.
Кількість відборів пари впливає на економічність теплової схе-
ми. Зі збільшенням кількості відборів підвищується температура
живильної води на виході з останнього ступеня підігріву. В суднових
ПТУ виконують звичайно 4...5 ступенів відбору пари.
Як було зазначено, теплова економічність ПТУ може бути підви-
щена використанням проміжного перегріву пари, який може здійсню-
ватися за допомогою котлових газів, свіжої пари з котла, або про-
міжного теплоносія. На теперішній час застосовується виключно га-
зовий спосіб перегріву пари. Він дозволяє привести температуру пе-
регрітої пари до первісної, тоді як за допомогою парового перегріву
можна підвищити її тільки до температури насичення.
Газовий спосіб перегріву пари може бути реалізований в про-
міжному пароперегрівачі, розташованому в газоході котла, в окремій
топці цього ж котла або у вигляді спеціальних виносних паропере-
грівачів, оснащених топками із спалюванням палива в киплячому
шарі.
Газовий проміжний перегрів пари дозволяє підвищити ККД ус-
тановки на 4...5 %. Однак це призводить до ускладнення конструкції
парового котла, систем головної пари і автоматичного управління.
Зростають витрати тиску пари при її русі в елементах установки.
3.3. Характеристики суднових ПТУ
Паротурбінними установками оснащують великотоннажні суд-
на (танкери, нафторудовози, газовози, спеціальні та ін.), швидкохідні
(контейнеровози, суховантажні), великі пасажирські судна та криго-
лами.
Характеристики деяких суден з паротурбінними установками
наведені у табл.3.1.
Найбільш потужні ПТУ встановлено на таких суднах, що знахо-
дяться в експлуатації: пасажирському судні "Куін Елізабет 2" водо-
тоннажністю 58 тис.т та швидкістю 28,5 вуз (потужність ПТУ N -
- 2-40500 кВт), серія контейнеровозів типу "Сі Ленд" дедвейтом
27670 т та максимальною швидкістю 33 вуз (У - 2-44100 кВт) і тан-
керах типу "Батіллус" водотоннажністю 553662 т та швидкістю
16,7 вуз (У - 2-23850 кВт). Найпотужнішою ПТУ (чотири ГТЗА су-
марною потужністю 181 МВт) обладнано пасажирське судно "Юнай-
61
тед Стейтс" водотоннажністю 53330 т та експлуатаційною швидкі-
стю ЗО вуз.
Таблиця 3.1. Характеристики ПТУ деяких транспортних суден
Характеристики "Софія" "Силенд Маклеан" "Томас Кафе" "Крим" "Енеджі Транс- порт" "Ідеміцу Мару"
Тип судна Танкер Контей- неровоз Барже- воз Танкер Танкер Танкер
Рік побудови 1963 1972 1970 1974 1969 1966
Держава-виробник СРСР Голландія США СРСР Японія
Дедвейт судна, т 30900 27670 17686 150000 213700 210100
Швидкість ходу, вуз - зо 22,5 17 15,25 16,5
Кількість гребних валів 1 2 1 1 1 1
Кількість парогенера- торів 2 2 2 1,5 1,5 1
Тиск пари, МПа: за ПГ 4,0 5,5 5,9 7,65 10,25 8,58
за ППП - - - 1,46 1,93 0,7
Температура пари, °С: за ПГ 470 504 500 510 513 515
за ППП - - - 510 513 423
Тип установки Без проміжного перегріву 3 проміжним перегрівом
ТС-2 М8Т-19 ТС-3 М8Т-14 К-802
Потужність ГТЗА, МВт:
номінальна 15,35 2x44,1 - 22,0 22,0 24,3
максимальна 13,95 - 23,5 22,0 22,0 23,5
Кількість відборів пари від ГТЗА 3 2 - 5 5 5
Кількість ступенів пі- дігріву живильної води 2 2 2 5 5 4
Питома витрата палива на усі потреби судна, кг/(кВт-год) 0,325 0,290 - 0,258 0,242 0,265
На рис.3.7 наведено принципову теплову схему ПТУ з ППП тан-
кера типу "Крим".
Установка має високі параметри пари, проміжний газовий пе-
регрів до 510 °С при тиску 1,46 МПа і розвинуту систему регенерації.
Конденсат після головного конденсатора підігрівається в масло-
62
охолоджувачі, конденсаторі ВОУ, конденсаторі ежектора ВОУ, кон-
денсаторі системи відсосу від ущільнень ГТЗ А і до першого підігріва-
на надходить з температурою ЗО °С. Потім його підігрів здійснюєть-
ся в п'яти ступенях підігріву. Пара відбору з ТНТ використовується
для підігрівання води в ПЖВ-І і роботи водоопріснювальної уста-
новки. Відбори II та III здійснюються з ТСТ, звідки пара спрямо-
вується на живлення деаератора та ПЖВ-ІП. Споживачем пари відбо-
ру IV є ПЖВ-ІУ, а відбору V - ПЖВ-У та ВБК. Пара ВБК витра-
чається на підігрів палива, господарсько-побутові потреби та ін.
ГТЗА зкомпонований двокорпусним. ТВТ та ТСТ з'єднані, конден-
сатор розташований під ТНТ.
Рис.3.7. Принципова теплова схема ПТУ з ППП танкера:
1 - паровий котел; 2 - економайзер; 3 - пароохолоджувач; 4 - охолоджена пара; 5 -
ППП; 6 основний пароперегрівник; 7 ТВТ; 8 - ТСТ; 9 - муфта; 10 електрогене-
ратор; 11 - редуктор; 12 - резервна турбіна; 13 - головний живильний насос; 14 -
ТНТ; 15 - вакуумний насос; 16 головний конденсатор; 17 конденсатний насос;
18 - маслоохолоджувач; 19 - ВОУ; 20 - конденсатор ежектора ВОУ; 21 - конденса-
тор ВОУ; 22 - конденсатор системи відсосу ущільнень ГТЗА; 23 - цистерна дистиля-
ту; 24 - проміжний підігрівник І ст.; 25 - насос стічних конденсатів; 26 - деаератор
(ПЖВ II); 27- ПЖВ III; 28 ПЖВ IV; 29 ПЖВ V; ЗО турбіна резервного елек-
трогенератора; 31, 32 турбіни вантажних та зачисних насосів; 33 та 34 живиль-
ний насос та його турбіна; 35 та 36 атмосферний конденсатор та його насос;
37 цистерна ВБК; 39 випарник брудних конденсатів
63
Головний живильний насос та електрогенератор на повних ру-
хах приводиться від ГТЗА через роз'єднувальну муфту і передачу.
Цим досягається при повному русі найвищий ККД приводу допо-
міжних механізмів. При менших ходах муфта 9 відключає весь аг-
регат від ГТЗА, а живильний насос та електрогенератор приводять-
ся резервною турбіною 12.
Основні розрахункові характеристики установки такі:
Потужність на гребному валу, МВт 22
Паропродуктивність головного котла, т/год 80
Параметри пари перед швидкозапорним клапаном:
тиск, МПа 7,65
температура, °С 510
Температура, °С:
живильної води 233
випускних газів 120
Тиск у ГК, МПа 0,0051
Електрична потужність генератора, кВт 870
Ефективний ККД ГТЗА 80,7
ККД котла 96,0
Питома витрата умовного палива
(£Е = 41900 кДж/кг), кг/(кВт год) 0,249...0,256
На рис.3.8 наведена за-
гальна компоновка головно-
го турбозубчастого агрегату
типу ТС-3 танкерів серії
"Крим". До складу ГТЗА
входять ТВТ1 та ТНТ 2, три-
ступінчастий редуктор 3 пла-
нетарно-перебірного типу,
зубчаста муфта 4, головний
упорний підшипник 5, одно-
ходовий конденсатор 6, сис-
теми керування, регулюван-
ня та захисту. Головний кон-
денсатор розташовується під
турбінами перпендикулярно
Рис.3.8. Загальна компоновка
головного турбозубчастого аг-
регата
64
до їх осей. В корпусі ТВТ розташовані проточна частина власне ТВТ
та проточна частина ТСТ, які розділяються проміжною перегород-
кою. Пара підводиться до середньої частини корпуса, її потоки в
ступенях високого та середнього тиску спрямовані у протилежних
напрямках, що сприяє урівноваженню осьових зусиль ротора тур-
біни. ТВТ та ТСТ мають по п'ять ступенів активного типу. ТНТ де-
в'ятиступінчаста активна, однопроточна.
Головний конденсатор - одноходовий, двопучковий регенера-
тивного типу. Конденсатор монтують на пружинах, що зменшує на-
вантаження на корпус ТНТ.
Триступінчастий редуктор - змішаного типу. Ного перша сту-
пінь - планетарна, друга та третя - переборні. Зуб'я усіх шестерен та
колес - шевронні з евольвентними профілями.
Між редуктором та ГУП - ом установлена зубчаста муфта, яка
призначена для зменшення осьових вібрацій та переміщення вало-
проводу, які передаються на вал колеса третього ступеня. Головний
упорний підшипник розміщено в окремому цільнозваренному кор-
пусі. ГТЗА нереверсивний. Реверс судна забезпечується гвинтом ре-
гульованого кроку.
3.4. Парові котли ПТУ
Паротурбінні установки забезпечуються парою за допомогою
суднових парових котлів, яки входять до складу ПТУ.
Всі суднові парові котли за призначенням та конструкцією по-
діляють на головні, допоміжні та утилізаційні.
Головні парові котли в першу чергу забезпечують роботу голов-
них парових двигунів, а на ходовому режимі - також роботу усіх
парових споживачів. Головні котли транспортних суден мають один
або декілька пароперегрівників, вертикальне виконання та природ-
ну циркуляцію води. їх виконують здебільшого однопотоковими з
боку газів. Це викликано необхідністю зниження маси та габаритів
котлоагрегатів, полегшення компоновки котла та монтажу системи
газовипуска.
Для головних суднових парових котлів характерно таке вико-
нання: двоколекторні з П-подібною топкою та фронтальним розта-
шуванням форсунок; триколекторні з П-подібною топкою та боко-
вим розташуванням форсунок; шахтні зі стельовим розташуванням
форсунок. Перші дві конструкції характерні для установок без про-
65
5-341
міжного пароперегріву, а шахтні котли - для установок з проміжним
пароперегрівом.
Для головних котлів характерні такі основні параметри: тиск
пари 1О...15МПа; температура пари-783...823 К; витрата пари25...
... 100 т/год; відносна маса 3...6 кг/кВт; напруженість топкового об'є-
му 200...300 кВт/м3; ККД 0,93...0,96.
Найбільш характерну конструкцію має котел КВГ 80/80 шахт-
ного типу, установлений на танкері "Крим". Паропродуктивність
котла 80 т/год при Рп = 7,9 МПа та /иф = 510 °С з проміжним пере-
грівом пари до 510 °С. На рис.3.9 наведена схема його конструктив-
ного компонування. Маса котлоагрегата (без води) близько 300 т, а
його висота складає 18 м. Поперечні габаритні розміри 10x8 м. Па-
раметри елементів поверхні нагрівання головного котла шахтного
Рис.3.9. Схема компоновки головного парового котла КВГ 80/80
66
типу КВГ 80/80 [Г = 7613 м2] такі:
Елементи поверхні
нагрівання
Випарні труби
Основний пароперегрівник
Проміжний пароперегрівник
Економайзер
Повітронагрівач
Числові значення
абсолютні, м:
472
580
2016
1010
3535
відносні, %
6,2
7,6
26,5
13,3
46,4
Головний паровий котел має розвинуті хвостові поверхні - еко-
номайзер та газовий повітропідігрівник, який складає біля 50 % всієї
поверхні підігріву котла. Компактність випарних поверхонь підігріву
котлів досягається завдяки майже повному екрануванню топки та
збільшенню частини теплоти, яка сприймається випромінюванням.
До складу ПТУ танкеру "Крим" входить один головний котел,
який забезпечує необхідну паропродуктивність для роботи головної
силової установки.
Резервним джерелом пари для головної ПТУ на цьому судні є
допоміжний котел, який має високі параметри пари для забезпечен-
ня аварійного ходу. На стоянках при непрацюючому головному котлі
він постачає пару до турбогенератора та інших споживачів; може
використовуватися також для підігрівання вантажу при русі судна; у
випадку виходу з ладу головного котла при русі судна він забезпечує
парою головний турбозубчастий агрегат. Крім того, пара від котла
застосовується для підігрівання баласта та води для миття танків і
забезпечення інших загальносуднових споживачів. Пара може вико-
ристовуватися також для роботи допоміжних палубних механізмів з
паровим приводом.
Конструкція допоміжного котла
КВ 35/25 (його поперечний розріз) танке-
ра типу "Крим" наведена на рис.3.10. Па-
ропродуктивність котла 35 т/год насиче-
ної пари тиском 2,45 МПа, ККД = 85 %.
Рис.3.10. Допоміжний паровий котел
КВ 35/25 танкера типу "Крим":
7 -пароводянийколектор; 2-екран; 5 пучок опуск-
них труб; 4 - топочний пристрій пальника; 5 - водя-
ний колектор; 6 - конвективний пучок; 7 - сажеоб-
дувний пристрій; 8 - газовий повітропідігрівник
67
5*
Екранні труби 2 та труби конвективного пучка б - підйомні, а
безобігрівні, закриті екраном труби 3 - опускні.
3.5. Шляхи удосконалення ПТУ
Розглянемо розподіл потоків енергії в ПТУ на основному експ-
луатаційному режимі транспортного водотоннажного судна режимі
повного ходу (рис.3.11).
Процес перетворення химічної енергії палива 0 в паровому
котлі К на теплову енергію водяної пари супроводжується витрата-
ми (2 які визначаються ККД котла Г| . Перетворення потоку теп-
лоти пари на механічну роботу ГТЗА пов'язано з внутрішніми та зов-
нішніми витратами в турбінах 2тур та витратами теплоти у конден-
саторі <2кон. Витрати в конденсаторі визначаються термічним ККД
циклу Г|;, а в ГТЗА відносним внутрішнім (індикаторним) Г| та
ефективним Г|ве ККД. Абсолютний ефективний ККД ГТЗА
пе = п,пв/ пве-
Механічна енергія турбін передається гребному гвинту через суд-
новий валопровід, в якому втрачається частина енергії £>вп, що виз-
68
начає ККД валопроводу г|вп. Робота на переміщення судна су-
проводжується витратами енергії у комплексі рушія (гвинт - насад-
ка - руль - корма), які оцінюються пропульсивним коефіцієнтом
Г| = г|рг|к (де Г| - ККД гребного гвинта, Г|к - коефіцієнт впливу кор-
пуса).
Частина 0п у вигляді теплового потоку пари, яка генерується в
котлі, іде на задоволення допоміжних потреб на судні бД(1п- Одна
частина теплового потоку витрачається на роботу головного жи-
вильного насоса ЖТН (Д та турбогенератора, який виробляє елек-
троенергію для власних потреб ПУ 2еу, а також для суднових та
технологічних споживачів Друга частина потоку теплоти йде
на допоміжні потреби установки п (підігрів палива та води, саже-
обдувальне обладнання та ін.) та до суднових споживачів Сума
втрат енергії на допоміжні механізми та інші потреби ПТУ (включа-
ючи витрати тиску та витік пари у трубопроводах) ураховується ко-
ефіцієнтом т| .
Відношення корисної енергії бкор, яка витрачена на переміщен-
ня судна, до хімічної енергії палива 0п є ККД суднового пропуль-
сивного комплекса. Для ПТУ можна приблизно записати
Л™ ~ ^<2 № =[б ~ (б + б + б + б + б +
Іе ПТУ -^кор -^п |--г^п у-2-^к -^тур -^кон -^вп -^руш
+ б + б + б )]/б,
^ж.н ^е.у ^у.п7-1 ^п’
або
ЛПКтг™ = Л Л,л л л лл -л лл лл •
Іе ПТУ 1п.к ч Ів? Іве 1вп 1 1д.у 1п.к Іе 1вп 1 1д.у
Складові с та (). е звичайно важко визначити, тоді витрату
енергії на допоміжні потреби враховують частиною потоку теплоти
2доп, яка витрачається на усі допоміжні споживачі. Тоді останній вираз
запишемо так:
Лп* = Л Л Л Л Л ,
Іе ПТУ 1п.к Іе 1вп 1 1доп’
де г|доп - коефіцієнт, який враховує витрати бдоп-
З рис.3.11 видно, що тільки менша частина химічної енергії па-
лива переходить у корисну роботу, а більша - втрачається. Найбільші
втрати - при конденсації пари (50. ..60 % теплоти, яка підводиться до
ГТЗА).
Розглянемо основні шляхи удосконалення ПТУ. Підвищення
початкових параметрів завжди було одним з найголовніших на-
69
прямків розвитку парової енергетичної техніки. Основні стимули цьо-
го процесу - підвищення теплової економічності, зниження маси та
розмірів установки. Початкові параметри пари впливають на ККД
циклу Ренкіна, ефективний ККД турбоагрегату, характеристику теп-
лової схеми. Підвищення тільки початкового тиску пари дозволяє
зменшити температуру на 2,5...5 %, а питому витрату палива на 3...
...8 %. На теперішній час резерв підвищення потужності ПТУ за ра-
хунок збільшення початкових параметрів слід вважати вичерпаним.
Не дозволяють значно підвищувати їх і застосовувані конструктивні
матеріали та технологія.
Збільшення кількості ступенів регенеративного підігріву живиль-
ної води дозволило підняти температуру води на виході з останньо-
го перегрівана, що підвищує ККД циклу. При одноступінчастому
підігріві живильної води ККД циклу підвищується на 3,5. ..4,0 %, при
двоступінчастому - на 5,5...6,0 %, триступінчастому - на 7,0...7,5 %
і чотириступінчастому - на 8,0... 8,5 %. Збільшення кількості ступенів
підігріву більше п'яти не дає відчутного виграшу в підвищенні ККД
циклу. Високі параметри пари, що застосовуються в сучасних ПТУ
з ППП, дозволили довести кількість ступенів регенеративного
підігріву води до п'яти і отримати температуру живильної води на
виході з останнього ступеня до 250 °С.
Збільшення ККД головного котла до 96...98 % досягається удос-
коналенням процесів горіння палива (індивідуальний підвод повітря
до форсунок, використання раціональних топкових пристроїв, до-
цільна компоновка трубних пучків у топці, екранування топкового
об'єму, автоматизація управління тощо), а також зниженням втрат з
випускними газами (розвинення хвостових поверхонь нагріву).
Підвищення ефективності ГТЗА досягається шляхом вдоскона-
лення проточної частини, збільшення частоти обертання ротора,
застосування планетарних передач, відмови від турбіни заднього ходу
та її заміни на ГРК, підвищення агрегатної потужності, вдоскона-
лення аеродинамічних характеристик регулюючих органів тощо. Су-
часні ГТЗА потужністю 7,5...25 МВт, що передбувають в експлуа-
тації, мають ефективний (відносний) ККД 75...80 %.
Відмова від малопотужних турбоприводів з низьким ККД і за-
міна їх електродвигунами сприяє підвищенню ККД установки. В ПТУ
залишилися тільки два турбінних приводи - електрогенератора СЕС
та живильного насоса. В деяких установках і ці механізми приво-
дяться від ГТЗА. Застосування валогенератора, що приводиться від
70
ГТЗА, наприклад, підвищує ККД установки на 2,5...З %, а привод
всіх необхідних насосів - на 3,5...4,0 %.
Відчутний ефект в ПТУ дає самопроточна система охолодження
конденсатора замість примусової. Це дозволяє відмовитись від по-
тужного циркуляційного насоса і, природно, економити енергію і
затрати на устаткування.
Як відомо, з забортною охолоджуючою водою в ПТУ втрачаєть-
ся 50...60 % теплоти палива, що використовується в ПТУ. Тому зни-
ження втрат з охолоджуючою забортною водою - резерв підвищен-
ня економічності. Прокачування маслоохолоджувача або одного з
його ступенів (другий охолоджується самопротоком), а також кон-
денсатора випарної установки конденсатом знижує потреби у відборі
пари на наступний підігрівай.
Заміна ежекторів вакуумними насосами також дає значну еко-
номію теплоти.
Реалізація зазначених заходів в ПТУ дозволяє знизити питому
витрату палива на установку (в %): 0,2 - осьовий випуск пари в кон-
денсатор; 0,2 - заміна ежектора вакуумним насосом; 0,5 - прокачу-
вання маслоохолоджувача та конденсатора випарної установки кон-
денсатом; 0,9 - самопроточна система охолодження головного кон-
денсатора; 2,4 - привод електрогенератора і головного живильного
насоса від ГТЗА.
Подальше вдосконалення ПТУ іде шляхом вдосконалення теп-
лових схем та комбінованих парогазотурбінних установок, викори-
стання пари більш високих параметрів (15...25 МПа, 560...650 °С),
введення проміжного перегріву пари, багатоступінчастого регене-
ративного підігрівання живильної води (5. ..6 ступенів). Це можливо
здійснити тільки завдяки запровадженню у виробництво нових ма-
теріалів та технологій.
Важливого значення набуває вдосконалення ГТЗА, наприклад,
застосування двох силових турбін (основної та маршової, що вводяться
в дію на часткових режимах), працюючих на спільний редуктор.
Все частіше повертаються до можливості роботи парових котлів
на низькосортному та більш доступному вугільному паливі. Розгля-
дається спалювання палива в топках з киплячим шаром (ТКШ). Усе-
редині цієї топки знаходиться гранульована інертна речовина (на-
приклад, вапняк, доломіт) з додатком поглинача шкідливих домі-
шок. Паливо надходить до шару розігрітої інертної речовини, на
поверхні якої відбувається горіння. Частинки палива та інертної ре-
71
новини продуваються знизу зріджувальним середовищем (повітрям)
зі швидкістю, що забезпечує інтенсивне перемішування (псевдоки-
піння) частинок шару. Як наслідок досягається більш рівномірний
розподіл температури та інтенсифікується теплообмін між частин-
ками шару та водогрійними трубами, зануреними в нього. Частинки
шару нейтралізують шкідливі складові палива і, пересуваючись зі
швидкістю 2...4 м/с, очищують труби від відкладень.
В порівнянні зі звичайним котлом теплообмін випроміненням в
ТКШ збільшується на 25.. .35 %, а конвекційний теплообмін від шару
до занурених труб - в 5...10 раз. У зв'язку з високим коефіцієнтом
тепловіддачі зменшується поверхня теплообміну ТКШ.
В ТКШ можна спалювати різноманітні палива: вугілля, кокс,
мазут, відходи переробки нафти.
Серед ПТУ, які перебувають в експлуатації, можна назвати ПТУ
з ППП типу АР 79 потужністю 20 МВт (фірма "Сталь - Лаваль АВ"
та "Бабкокс і Вілкокс"). Параметри пари цієї установки: 13,2 МПа,
603 °С, промперегрів - 603 °С. Пароперегрівачі винесено до ТКШ,
п'ять ступенів підігріву живильної води.
Фірма "Дженерал електрик" розробила ПТУ з ППП (6 ступенів)
типу М8Т-23 потужністю 36,8 МВт на параметри пари 17 МПа та
568 °С. Питома витрата палива складає 0,226 кг/(кВт год) для танке-
ра і 0,228 кг/(кВт год) для контейнеровоза.
Цією ж фірмою розроблено ПТУ малої потужності з підвище-
ною ефективністю під час експлуатації на часткових режимах.
Наприклад, установка М8Т-21 потужністю 6,4... 14 МВт з тиском пари
5,9 МПа при температурі 510 °С.
Незважаючи на величезну роботу, яку проводили фірми щодо
вдосконалення ПТУ, вони до цього часу не знаходять широкого за-
стосування у транспортному флоті. Починаючи з кінця 70-х років
флот поповнюється одиницями суден з паротурбінними установка-
ми за рік.
Контрольні завдання і питання
1. Обґрунтуйте вибір конденсаційних циклів для суднових ПТУ.
2. Проаналізуйте термодинамічні процеси, які складають цикл Ренкіна.
3. Як визначається питома робота парової турбіни в ідеальному та реальному
циклах?
4. Як визначається термічний ККД циклу Ренкіна?
5. Які втрати енергії враховує термічний ККД циклу Ренкіна?
6. Як ураховуються внутрішні втрати енергії в турбіні?
72
7. Запишіть співвідношення для визначення ККД суднового пропульсивного
комплексу з ПТУ.
8. Який цикл ПТУ є регенеративним, граничним регенеративним?
9. Як визначається термічний ККД ПТУ з проміжним перегрівом пару?
10. За яких умов визначається тиск проміжного перегріву?
11. Сформулюйте означення теплової схеми. Які теплові схеми відносяться до
принципових і які до розгорнутих?
12. Які складові елементи входять до нерегенеративної теплової схеми ПТУ?
Наведіть приклад такої схеми.
13. Яким чином забезпечується регенеративний підігрів живильної води в реге-
неративних схемах 1 -го роду? Наведіть приклад такої схеми.
14. Які чинники сприяють зниженню втрат теплоти і палива в ПТУ, виконаних
за схемою 2-го роду? Наведіть приклад такої схеми.
15. На яких суднах встановлені найбільші в світі за потужністю ПТУ?
16. Проведіть співставлення за параметрами пари та енергоефективністю ПТУ
ТС-2 та ТС-3, встановлених, відповідно, на танкерах "Софія" та "Крим".
17. Проаналізуйте теплову схему ПТУ танкера "Крим". Визначте джерела піді-
гріву живильної води, тип приводу головного живильного, вантажних, за-
писних насосів.
18. Поясніть основні принципи та можливі варіанти загальної компоновки
суднового турбозубчастого агрегату.
19. Дайте характеристику головних суднових парових котлів за конструктив-
ним виконанням.
20. Назвіть основні параметри сучасних суднових головних котлів.
21. Охарактеризуйте конструктивні особливості головного парового котла
КВТ 80/80.
22. Наведіть схему використання теплоти в ПТУ.
23. Як визначається ефективний ККД суднової ПТУ?
24. Покажіть існуючі можливості удосконалення суднових ПТУ за рахунок
підвищення початкових параметрів пари.
25. Які чинники забезпечують підвищення ефективності ГТЗА?
26. Проаналізуйте можливості та обмеження в підвищенні ККД паротурбінно-
го циклу збільшенням кількості ступенів регенеративного підігріву води.
27. Який тип приводів насосів застосовується в сучасних суднових ПТУ? Обгрун-
туйте цей вибір.
28. Охарактеризуйте основні напрямки удосконалення суднових парових кот-
лів, які сприяють підвищенню ККД ПТУ. Які переваги котлів зі спалюван-
ням палива в топках з киплячим шаром порівняно зі звичайними котлами?
29. Обгрунтуйте ступінь зниження питомої витрати палива на ПТУ завдяки
реалізації різних конструктивних заходів, термодинамічних та схемних рі-
шень.
73
Глава 4. СУДНОВІ УСТАНОВКИ З ГТД
4.1. Теплові схеми та цикли газотурбінних установок
Простий цикл ГТД. Газотурбінний двигун є основною складо-
вою теплової схеми установки. Від його конструктивних особливо-
стей залежить ефективність паливовикористання у циклі та всьому
ГТД.
Газотурбінна установка (як і будь-яка інша енергетична уста-
новка) являє собою комплекс технічних засобів, в яких відбуваються
термодинамічні процеси перетворення теплоти в механічну роботу.
Замкнена сукупність цих процесів являє собою термодинамічний
цикл.
В більшості суднових ГТД здійснюється відкритий цикл при ста-
лому тиску газів в камері згоряння. ГТД можуть мати просту тепло-
механічну схему або ускладнену. Розглянемо спочатку найпростіший
цикл газотурбінного двигуна з одним ступенем стиску та розширен-
ня.
Термодинамічні процеси, що складають цикл газотурбінної ус-
тановки, відбуваються в її елементах, кожний з яких виконує цілком
певну функцію.
Компресор К всмоктує атмосферне повітря АП з параметрами
рх та Тх (точка 1 в циклі на рис.4.1,6), стискує його до тиску рг та
подає в камеру згоряння КЗ. Теоретично стискання ізоентропійне з
Рис.4.1. Теплова схема (а) ГТУ та цикл (б)
одновального блокованого ГТД
74
показником процесу к (процес 7-2% в дійсності воно політропне з
показником п (процес 1-2). Робота стиску, кДж/кг, в компресорі:
теоретична Гк = /2,- г) = с - 1);
дійсна /к = /2 - = сТ^-^ - 1),
де пк -ступінь підвищення тиску в циклі; с -ізобарна теплоємність,
кДж/(кг-К).
Разом з повітрям подається паливо П, при згорянні якого при
сталому тиску р = р, утворюються гази Г з необхідною темпера-
турою Т\ - 1200... 1500 К.
До КЗ підводиться теплота дкз = = і3 - іг
З КЗ гази надходять в турбіну Т, де роширюючись ізоентропій-
но (3-4) або політропно (3-4), виконують роботу
/, =/, '-Д.
Тут к = Т,ІТ} - ступінь підвищення температури в циклі.
Корисна робота циклу дорівнює різниці робіт турбіни та комп-
ресора:
“ ^К’
^0 “
де г|т, Г|к - внутрішні ККД турбіни та компресора.
Термічний ККД циклу г| являє собою відношення корисної
роботи циклу до витраченої енергії (теплоти):
П, — Ш — ~ О — ' Д™’
де т- (к- 1)Ік.
Внутрішній ККД реального циклу ГТД з урахуванням втрат теп-
лоти в камері згоряння (її ККД П І<3)
П;=(/Т-/К)тікз4-
Відносний внутрішній ККД газотурбінного двигуна
Вві (^т [< >/(% Iк) 9
75
а його ефективний ККД
н = ГІ Г) н ,
Іе ч 1м 1п’
де г|м - механічний ККД агрегату; т|п - ККД передачі (редуктора).
ККД енергетичної установки з ГТД
Т]у = ТІ ТІ .
Іе Іе Ід.у
ККД суднового пропульсивного комплексу з газотурбінним дви-
гуном
пк
Іе Іе Ід.у 1вп 1р 1К
Потужність турбіни Т передається рушію через редуктор Р.
Ефективність роботи установки можна підвищити її ускладнен-
ням. На практиці це вирішується введенням нових елементів. Замість
однієї турбіни, як зазначено на рис.4.1 ,а, роблять окремий привід на
компресор і на відбір потужності споживачу. В цикл вводять регене-
рацію, проміжне охолодження повітря (можливий і проміжний
підігрів газу), використовують утилізацію теплоти.
В енергетичних установках транспортних суден використовують
ГТД трьох основних типів: легкі ГТД авіаційного типу; ГТД про-
мислового типу (важкі, в яких реалізується складний цикл); ГТД, що
працюють з теплоутилізаційним контуром (ГТУ з ТУК). Легкі ГТД
звичайно працюють за простим циклом, а до циклу важких ГТД вво-
дять регенерацію.
Цикл ГТД з регенерацією теплоти випускних газів. В ГТД про-
стого циклу випускні гази мають високу температуру і уносять з со-
бою до атмосфери велику кількість невикористаної теплоти. Ці втра-
ти можна значно зменшити, якщо до циклу ввести регенерацію, тоб-
то теплоту випускних газів турбіни використовувати для підігріву
стисненого повітря після компресора. У цьому випадку в камеру зго-
ряння надходить повітря з більш високою температурою, що змен-
шує кількість палива для підігріву газу до заданої температури та
сприяє підвищенню ККД установки.
В ГТД регенерація практично здійснюється введенням поверх-
невого теплообмінного апарата - регенератора, що включений по
повітрю між компресором та камерою згоряння, а по газу - за остан-
ньою турбіною двигуна перед випускним трактом.
На рис.4.2 наведено схему та цикл ГТД, що працює за регенера-
76
тивним циклом. Повітря, стиснене компресором 8 (рис.4.2,а), спо-
чатку надходить до регенератора 3, а потім до камери згоряння 6,
куди підводиться і паливо 7. Гази з камери згоряння спрямовуються
послідовно до турбін 5 і 4, де розширюються до тиску, близького до
атмосферного. Далі гази, що відпрацювали в турбіні, надходять до
регенератора 3, де їх температура знижується внаслідок передачі теп-
лоти повітрю. Потужність, що розвивається турбіною 5, витрачаєть-
ся на привід компресора 8, а силовою
турбіною 4 - на привід гребного гвин-
та 1 через редуктор 2.
Рис.4.2. Теплова схема («) ГТУ та цикл ГТД (6) з регенерацією:
1 - рушій; 2 - редуктор; З - регенератор; 4 - силова турбіна; 5 - турбіна
компресора; 6 - камера згоряння; 7 - підведення палива; 8 - компресор
В дійсному регенеративному циклі (рис.4.2,6) відбуваються такі
процеси: 1-2 - стиснення в компресорі; 2-5 - нагрівання повітря в
регенераторі; 5-3 - підігрівання повітря (робочого тіла) в камері зго-
ряння; 3-4 - розширення газу в турбінах; 4-4т - охолодження газів в
регенераторі; 4Т-1 - відведення теплоти до атмосфери (процес умов-
ного замикання циклу).
Заштрихована площа а-2-5-Ь-а в масштабі діаграми являє со-
бою кількість теплоти , підведеної на 1 кг повітря в регенераторі
при підігріванні його від температури Г2 до Т5. Отже, загальну
кількість теплоти, яку треба підвести для підігрівання повітря в циклі
до температури Т, може бути зменшено на величину дп. Очевидно,
що при відсутності втрат у зовнішнє середовище повітря в регенера-
торі могло б нагрітися до температури Т4, а гази охолодитися до
температури Тг В реальних умовах це неможливо через кінцеві зна-
чення поверхні теплообміну регенератора і неминучі втрати тепло-
ти в навколишнє середовище. В реальному регенераторі можна ви-
користати лише частину тої різниці температур, що маємо, ДГ =
77
= Т4 - Т\, тобто можна нагріти повітря лише до температури Т. Тоді
гази зможуть віддавати повітрю кількість теплоти, еквівалентну
площі: 4 4, с '-сІ-4, яка менша за загальну площу 4-6-С-СІ-4, що яв-
ляє собою величину
Відношення кількості теплоти, отриманої повітрям в регенера-
торі, до тої, яку теоретично можливо було б передати, називають
ступенем регенерації г.
Якщо прийняти для повітря та газу приблизно однакові значен-
ня питомої теплоємності, то отримаємо
При порівнянні регенеративного циклу з простим видно, що всі
температури в циклі, роботи стиску і розширення залишаються не-
змінними, а зменшується кількість теплоти, підведеної з паливом, на
величину дп =
Аналіз впливу регенерації на основні характеристики реального
циклу дозволяє зробити такі висновки:
1. Регенерація підвищує ККД реального циклу та, відповідно,
зменшує питому витрату палива внаслідок збільшення температури
повітря, що надходить до камери згоряння, від Т2 до Т5.
2. Зі збільшенням г зменшується значення пк (ступеня підви-
щення тиску повітря в компресорі), при якому можна досягти макси-
мально можливої, при інших рівних умовах, величини Г|е.
3. Зменшуються витрати теплоти в зовнішнє середовище на ве-
личину, що відповідає кількості теплоти, яка повернена в цикл при
підігріванні повітря в регенераторі.
4. Втрати тиску повітря і газу в регенераторі зменшують корисну
роботу розширення в циклі, що призводить до збільшення питомої
витрати повітря в циклі.
5. Спільний вплив зменшення витрати палива за рахунок
підігрівання повітря в регенераторі та зменшення корисної роботи в
циклі при дроселюванні газу та повітря в теплообмінній поверхні
регенератора визначає граничне значення г, подальше збільшення
якого супроводжується зменшенням ККД циклу (внаслідок інтен-
сивного зростання втрат тиску в регенераторі).
6. Різниця (Т-Тр зменшується зі збільшенням ступеня підвищення
тиску повітря в циклі при інших рівних умовах. Тому ефективність ре-
генерації підвищується зі зменшенням (до відомих меж) величини П
Звичайно в реальних установках для транспортних суден г не
78
перевищує 0,80...0,85. Наближення г до одиниці збільшує до не-
скінченності поверхню теплообміну регенератора. Наприклад, підви-
щення г від 0,5 до 0,9 при інших рівних умовах призводить до
збільшення площі теплообмінної поверхні в дев'ять разів.
Регенерація є економічно ефективною, проте це досягається ус-
кладненням установки. Введення регенерації, окрім того, підвищує
гідравлічний опір в газоповітряному тракті, що призводить до зни-
ження ККД двигуна.
Цикл ГТД з проміжним підігрівом та проміжним охолодженням.
Корисну роботу ГТД, як уже зазначалося, отримуємо з роботи турб-
іни за винятком роботи компресора. Тому будь-який з заходів, направ-
лених на збільшення роботи розширення в турбіні або зменшення
роботи в компресорі, буде сприяти збільшенню корисної роботи ГТД.
В реальному двигуні робота стиску в компресорі може бути змен-
шеною, якщо застосувати двоступінчасте стискання повітря та про-
міжне охолодження його між ступенями при сталому тиску. При цьо-
му робота, витрачена у другому ступені стиску, зменшується про-
порційно зниженню абсолютної температури повітря в повітроохо-
лоджувачі, що буде сприяти зменшенню загальної роботи стиску
двоступінчастого компресора.
Роботу в турбіні можна також збільшити, якщо використати в
ній ступінчасте розширення газів з проміжним підігрівом їх між сту-
пенями.
Це може бути проілюстровано рис.4.3. Повітря стискається в
КНТ від р (точка 7) до /»2 (точка 2), потім охолоджується в охо-
Рис.4.3. Теплова схема (а) ГТУ та цикл ГТД(б) з проміжним охолод-
женням та підігрівом:
1 - рушій; 2 - редуктор; З - ТНТ; 4 - камера згоряння низького тиску; 5 - ТВТ;
б- камера згоряння високого тиску; 7- КВТ; 8 - КНТ; 9 - повітроохолоджувач
79
лоджувачі від температури Д (точка 2) до Т[ (точка 1') при сталому
тиску і надходить до КВТ. Тут відбувається подальше стискання охо-
лодженого повітря до тиску р' (точка 2'). Температура повітря на-
прикінці процесу проміжного охолодження може наближатися до
початкової Т\ але практично її не досягає.
Після КВТ повітря надходить до камери згоряння високого тис-
ку, де в результі спалювання палива його температура підвищується
від Т' (точка 2') до Г. (точка 3). Газ з параметрами />2 і Т3 (точка 3)
подається до ТВТ, де розширюється до тиску />4 = р2 (точка 4) і потім
спрямовується до камери згоряння низького тиску, в якій за рахунок
спалювання додаткового палива його температура підвищується від
7) до Т'3 (точка 3'). Підігрітий газ надходить на ТНТ, де розширюєть-
ся до тиску, близького до атмосферного/>' = р3 (точка 4'), і відво-
диться до атмосфери. В камеру згоряння низького тиску додатково
підводити повітря для спалювання палива не потрібно, тому що в
ГТД коефіцієнт надлишку досить високий (а = 4...6).
Проміжне охолодження повітря в суднових ГТД знаходить за-
стосування, а проміжний перегрів газів через складність та низьку
надійність практичного втілення в судовій енергетиці не знайшов.
Принципові схеми ГТД, зображені на рис.4.1 та 4.3, називають
блокованими, тому що в них компресор і споживач мають жорсткий
зв'язок. При такому з'єднанні спільна робота цих двох споживачів
енергії можлива тільки на одному режимі, коли частота обертання
споживача на будь-якому режимі ГТД постійна. Це означає, що бло-
кований двигун придатний для приводу електрогенератора, водо-
метного рушія або гвинта регульованого кроку (ГРК).
На практиці частіше розділяють приводи гвинтів та компресорів
і використовують, таким чином, в одному двигуні дві або три тур-
біни та один або два компресори. Пропульсивного виступає вільна
турбіна.
Найбільшого значення енергетичного ККД може бути отрима-
но в ГТУ, що працює за схемою: два послідовно розташовані в газо-
повітряному тракті компресори низького та високого тиску приво-
дяться двома послідовно розташованими турбінами. Третя, вільна,
турбіна виступає силовою. Така компоновка турбомашин дозволяє
зменшити втрати в проточній частині за рахунок прямоточного руху
робочого тіла (повітря і газу). ГТД подібного типу застосовуються
на суднах та кораблях різних класів та призначень, а також в народ-
ному господарстві для приводу електрогенераторів в блочно-транс-
портабельних установках та газоперекачувальних агрегатах.
80
4.2. Характеристики суднових ГТД закордонних фірм
На теперішній час газотурбінний двигун (ГТД) є основним ти-
пом головного двигуна надводних водотоннажних кораблів, а та-
кож кораблів та суден з динамічними принципами підтримання.
Ними оснащені більше 500 бойових кораблів, а загальна потужність
близько 2000 ГТД, які установлені на цих кораблях, перевищує
18000 МВт. Найбільшу кількість кораблів з ГТД (за станом на 1996 р.)
мали: США - 280, Великобританія, Японія та Південна Корея - по
40 кораблів. Програма переоснащення флотів передбачає будівниц-
тво більше 250 кораблів, для яких треба понад 700 ГТД. Серед ко-
раблів, які будуються, дві третини становлять водотоннажні кораблі
та майже одну третину - десантні кораблі на повітряній подушці.
Кількість кораблів на підводних крилах незначна.
Більшість закордонних суднових та корабельних ГТД побудо-
вані на основі конвертування прототипних авіаційних двигунів.
Практика конвертування набула такого широкого розповсюджен-
ня, що багато авіадвигуне будівних фірм мають спеціальні "морські"
підрозділи та при проектуванні нового авіаційного ГТД паралельно
на його основі проробляють варіант аналогічного двигуна, який
пристосовується для роботи в морських умовах.
Розробку та поставку морських ГТД у США проводять в основ-
ному фірми "Дженерал Електрик", "Лайкомінг", "Аллісон", "Пратт
та Уітні", в Великобританії - "Роллс-Ройс".
Серед ГТД, які найбільше замовлюють суднобудівні фірми,
ЕМ2500 ("Дженерал Електрик"), "Спей" ("Роллс-Ройс") та ТЕ40
("Лайкомінг").
В табл .4.1 наведені техніко-економічні характеристики сучасних
корабельних та суднових ГТД деяких іноземних фірм.
Газотурбінний двигун ГМ2500 застосовується на флоті з 1969 р.
на різних кораблях та в промислових умовах.
Двигун ЕМ2500 простого циклу двовальної конструкції скла-
дається із газогенератора та силової турбіни, потужність якої пере-
дається споживачу через пружну муфту. Вал відбору потужності
виходить через вихлопну камеру.
Газогенератор складається з шістнадцятиступеневого компре-
сора зі ступінем стиску 18, який має регульовані вхідний та перші
шість ступенів спрямного апарата, кільцеву камеру згоряння, дво-
ступінчасту ТВТ, коробку приводів допоміжних агрегатів та при-
81
6-341
Таблиця 4.1. Основні параметри деяких суднових ГТД іноземних фірм
Характеристики "СЕ Магіпе апсі ІпсІїїзІгіаІ", США "Коїіз-Коуз", Англія
і ЕМ1600 ЕМ1600 8Т1С БМ25008Т1С 1 + 1 I О § сс О § сс 2 £
Рік випуску 1980 1987 1991 1986 1969 1996 1984 1994 1987 1989 1997
Потужність, МВт: максимальна 4,48 14,92 41,03 41,93
номінальна 4,18 13,98 17,19 27,40 22,80 27,60 37,30 41,82 19,51 19,51 25,25
Питома витрата палива, г/(кВт-год): на максимальній потужності 269 226 218 210
на номінальній потужності 272 228 206 205 220 227 221 210 226 226 200
Коефіцієнт корисної дії (ККД),% 31,1 37,2 41,1 41,3 37,6 37,3 38,3 40,3 37,4 37,4 42,4
Температура газів, °С: на вході в силову турбіну 779 1243’’ 1243’’ 865 815 718 832 710 710 851
на виході з ГТД 565 503 446 500 552 508 443 471 457 457 355
Ступінь підвищення тиску Лі 14,4 22,2 22,2 19,3 19,3 22 26,1 29,6 21,9 21,9 16,2
Масова витрата повітря, кг/с 15,9 44,9 52,5 75,2 68,9 83 126 127 66,7 66,7 73
Частота обертання силової турбіни, об/хв 7000 7000 7000 3800 3600 3600 3600 3600 5500 5500 3600
Маса двигуна, кг 613 3430 3430 4682 4680 5030 14560 8210 24610 15880 54430
Габарити, м: довжина 2,1 4,5 4,52 6,5 6,52 6,9 8,25 7,2 7,4 6,0 7,95
ширина 0,9 1,9 1,96 2,1 2,1 2,1 2,85 2,5 2,25 2,25 2,6
висота 0,9 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,7 2,5 3,3 2,76 4,5
7 Температура газів на вході в ТВТ
строїв управління. Силова турбіна шестиступінчаста: вона зв'язана з
газогенератором тільки аеродинамічно. Робоча частота обертання
турбін газогенератора 4950...4800 об/хв, силової турбіни - 1000...
...3600 об/хв. Постійне удосконалення цього двигуна дозволяє фірмі
значно покращити характеристики ГТД та підвищити його надій-
ність. Призначений ресурс 8000 годин. Капітального ремонту дви-
гун не потребує. Під час поточного ремонту виконується заміна зіпсо-
ваних або тих, що виробили ресурс, вузлів та деталей.
Профілактичне обслуговування потребує невеликого часу. Три-
валість щорічного планово-запобіжного обслуговування усього
11 годин для двигунів, які працюють у берегових умовах, та 24 - у
морських.
Поставка ГТД на водотоннажні кораблі та судна виконується у
вигляді модулів (рис.4.4). Це спрощує проблеми розміщення облад-
нання у МВ, изолює двигун від ударів, сприяє зменшенню поширен-
ня шуму та вібрації. Рівень шуму на відстані 1 м від блоку ГТД не
Рис.4.4. Модуль ГТД типу ГМ2500:
1 - повітроприймальна камера; 2 - патрубок підводу повітря для охолодження
корпусу ГТД; З - кожух двигуна; 4 - газовипускна камера; 5 - панель кожуха
двигуна; 6 ГТД; 7- кріплення ГТД; 8 амортизатори
На рисунку зображено найпоширений двигун фірми "Дженерал
Електрик" ЕМ2500.
Газотурбіннаустановка УУК 21 фірми "Роллс-Ройс" (рис.4.5) має
83
б*
модульну конструкцію. До неї входять 16 конструктивних модулів.
Установка має проміжне охолодження та регенерацію.
Рис.4.6. Залежність питомої витрати
палива від потужності ГТД А¥К21 (су-
цільна лінія) та ГМ2500 (пунктирна
лінія)
Регенератор, проміжний охо-
лодник та поворотні сопла ГТД
- це основні фактори, що забез-
печують зниження питомої вит-
рати палива, що характерно для
ГТУ А¥К21 у порівнянні з двигу-
нами простого циклу.
На рис.4.6 показані залеж-
ності питомої витрати палива від
потужності ГТУ А¥К21 та
ГМ2500. Ці установки призна-
чені для фрегатів, амфібійних ко-
раблів та суден, великих суден до-
поміжного флоту ВМС, а також
для високошвидкісних комерцій-
них суден.
84
4.3. Характеристики суднових ГТД, побудованих в Україні
Розробкою нових зразків ГТД авіаційного типу в Україні зай-
мається НПП "Машпроект", а серійним їх виробництвом - ПО "Зоря".
Характеристики основних ГТД, які застосовуються на суднах та ко-
раблях, наведені в табл .4.2, а конструктивні особливості деяких з них
описані нижче.
Газотурбінний двигун ДЖ59 (рис.4.7) серійно випускається з
1989 року. Це багатоцільовий двигун, який застосовується як голов-
ний на морських суднах, а також для привода електрогенераторів пе-
ресувних та стаціонарних електростанцій, нагнітача компресорних
станцій. Він може працювати з паровим утилізаційним контуром.
Двигун двокаскадний з вільною силовою турбіною. Осьовий
КНТ семиступінчастий, КВТ-дев'ятиступінчастий. Компресор низь-
кого тиску приводиться двоступінчастою ТНТ, високого тиску - дво-
ступінчастою ТВТ. Обидва ступені ТВТ виконані з повітряно-кон-
вективним охолодженням лопаток. Трубчасто-кільцева КС забезпе-
чує прямоточний рух повітря та продуктів згоряння від входу в КНТ
до виходу із силової турбіни. До складу камери згоряння входить 10
жарових труб, які обладнані десятьма паливними форсунками, та
два пускові блоки-запальники. Запуск двигуна здійснюється роз-
круткою турбокомпресора високого тиску за допомогою електрич-
них стартерів загальною потужністю 210 кВт. Передбачена мож-
ливість його запуску і пневматичним стартером.
Цей двигун виготовляється нереверсивним (ДЖ59) або ревер-
сивним - ДЖ59К ("газовий реверс").
ГТД 8000 та ГТД 15000 мають загальну конструктивну схему
(рис. 4.8) та ідентичність проектного рішення багатьох вузлів. Вони
двокаскадні з вільною силовою турбіною, яка зв'язана з гребним гвин-
том через редуктор.
На відміну від конструкції двигуна ДЖ59, який має трьохопор-
ний ротор, у цих двигунів двохопорний ротор зменшеної довжини,
що дозволяє відмовитись від проміжного підшипника. Ротори тур-
бокомпресорів стали жорсткими завдяки застосуванню протиточ-
ної КС, яка розташована зовні корпуса КВТ. Потік повітря, який
надходить від компресора, здійснює в такій камері поворот на 360°.
Турбіна високого тиску одноступінчаста, а її ротор консольний.
ТНТ, також одноступінчаста, обпирається на однорядний ролико-
вий підшипник, розташований в опорному вінці поміж ТНТ та тур-
біною гвинта.
85
Таблиця 4.2. Основні параметри деяких ГТД, побудованих в Україні
Характеристики ГТД ГТД ГТД ГТД ГТД ГТД ГТД ГТД ГТД ГТД ДЖ ДЖ
2500 зооок 3200 6002 К 8000 10000 15000 15000С 15000 К 25000А 59 59К
Рік випуску 1994 1981 1998 1978 1978 1998 1988 1988 1988 1995 1989 1989
Потужність, МВт:
максимальна — — — — — — 18,9 — 17,9 31,6 20,66 19,40
номінальна 2,850 3,125 3,400 6,20 8,0 10,7 17,5 25,0 14,7 28,7 17,23 16,18
Питома витрата палива, г/(кВт-год):
на максимальній потужності — 268 268 275 — — 233 — 245 220 252 268
на номінальній потужнності - 280 280 288 - - 240 - 252 230 260 276
Коефіцієнт корисної дії 30,8
(ККД),% 28,5 31 31 29,4 34,5 36 35 41,8 33,6 37 31,6 31,6
Температура газів, °С:
на вході в ТВТ — 1020 1020 1015 — — 1035 1035 1035 1227 865 865
на виході з ГТД 435 452 460 428 490 470 433 449 428 475 365 365
Ступінь підвищення тиску 12 13,5 12,1 13,9 16,6 19,5 19,6 19,6 18,6 21,8 12,8 12,8
Масова витрата повітря, кг/с 14,9 16,5 15 31 33 36 71 72 70 93 98 98
Частота обертання силової 3000,
турбіни, об/хв 3000- 880 1000- 6400 3000- 4800, 3000 3000 4400 3700 3900 3500
-3600 -3000 -10000 6500 3600 3600 4670
Маса двигуна, кг 1500 2800 2000 3500 3500 5000 12800 15000 9000 16000 16000 16000
Габарити, м:
довжина 3,0 2,5 4,2 3,2 3,15 4,0 6,1 6,4 5.0 6,4 5,9 5,9
ширина 1,2 1,8 2,1 1,7 1,64 1,8 2,2 2,5 2,6 2,5 2,7 2,7
висота 2,0 1,8 2,3 1,8 1,75 1,7 2,5 2,7 2,8 2,7 3,1 3,1
Рис.4.7. Конструктивна схема ГТД ДЖ59:
1 - вихідний патрубок; 2 - КНТ; 3 - КВТ; 4 - КС; 5 - ТВТ; 6 - ТНТ; 7- силова турбіна;
8 - рама двигуна; 9 - електростартер; 10 - коробка приводів; 11 - маслоагрегат
Рис.4.8. Конструктивні схеми ГТД 8000 (а) та ГТД 15000 (б)
87
Звичайно запуск двигуна виконується розкруткою електричним
стартером ротора ТВТ. Потужність від стартерів передається через
центральний привід, розташований в перехіднику поміж компресо-
рами низького та високого тиску.
Уперше в ГТД 8000 застосовано запуск розкруткою ротора турбо-
компресора низького тиску. Обертання КВТ виконується за рахунок
надходження на його лопатки потоку повітря, який виходить з КНТ.
Осьовий КНТ ГТД 8000 має вісім ступенів, КВТ - дев'ять сту-
пенів. Силова турбіна може бути дво-, три-, чотири- та шестисту-
пінчастою. Залежно від цього частота обертання становить 10000,
7560, 5700 та 3000 об/хв. Двигун може випускатися у реверсивному
та нереверсивному виконанні.
До протиточної трубчасто-кільцевої КС входять десять жаро-
вих труб, десять форсунок та два пускові блоки. Потужність елект-
ричного стартера - 70 кВт. Призначений ресурс ГТД 8000 складає
40000 годин. Його габаритні розміри 3150 х 1640 х 1750 мм, маса -
3500 кг.
КНТ ГТД 15000 складається з дев'яти ступенів, КВТ - з десяти.
Одноступінчасті ТВТ та ТНТ виконуються охолоджуваними. До
складу силової турбіни може входити три-чотири ступені. В залеж-
ності від цього частота її обертання складає 5100 або 3000 об/хв, ча-
стота обертання силової турбіни реверсивного ГТД - 4400 об/хв. Про-
титочна КС складається з 16 жарових труб, кожна з яких оснащена
індивідуальною паливною форсункою, та двох пускових блоків. За-
пуск ГТД виконується електричним стартером потужністю 140 кВт.
Призначенням ГТД 8000 та ГТД 15000 є
привод суднових рушіїв та електрогене-
раторів.
Залежність ККД від потужності
різних двигунів наведена на рис.4.9.
Рис.4.9. Залежність ККД від потужності
різних ГТД:
1 - ГТД 2500; 2 - ГТД 3000; З - ГТД 6000;
4 - ГТД 15000; 5 - ГТД 25000
88
4.4. Застосування газотурбінних двигунів на суднах та кораблях
Газотурбінні двигуни почали застосовуватись в дослідному по-
рядку в морському флоті з другої половини 50-х років. У 60-ті роки
ними обладнували кораблі військово-морських флотів та стали ви-
користовувати на суднах. Цьому сприяли безперечні переваги ГТД:
малі масогабаритні показники; велика питома та одинична потуж-
ності; високий ступінь автоматизації і зручність обслуговування;
хороша маневреність, що дозволяє протягом 2...З хв після запуску
розвинути повну потужність; можливість швидкої агрегатної замі-
ни, що сприяє зменшенню трудомісткості при ремонті в суднових
умовах.
Досвід експлуатації суден з ГТД свідчить, що газотурбінні уста-
новки ефективні в основному на швидкохідних та спеціальних суд-
нах водотоннажного типу або з динамічними принципами підтри-
мання. Поява суден та кораблів на підводних крилах (СПК, КПК),
на повітряній подушці (СПП, КПП), а також контейнеровозів, бар-
жовозів, накатних суден стала поштовхом для більш широкого впро-
вадження ГТУ в морську практику на якісно новому рівні.
Газотурбінні установки можуть бути з ГТД промислового (інду-
стріального, важкого) типу, з ГТД легкого (авіаційного) типу та ком-
бінованими з теплоутилізаційним контуром.
Газотурбінні двигуни промислового типу мають складні теплові
схеми і цикли. Для них характерне застосування регенерації теплоти
відпрацьованих газів та проміжне охолодження повітря між комп-
ресорами. Суднові ГТД - це модифікація ГТД, що використовують-
ся в стаціонарній практиці на газоперекачувальних станціях та елек-
тростанціях. Маса таких двигунів велика. Так, двигун фірми "Дже-
нерал електрик" М8-5002В при потужності 14,7 МВт має масу разом
з фундаментом більшу як 90 т. При установленні регенератора маса
двигуна збільшується вдвічі.
Характерним прикладом використання ГТД промислового типу
є ЕУ австралійських суден з горизонтальною вантажообробкою,
побудованих в 70-ті роки. Головне судно "Айрон Монарх" (довжина
179,3 м, дедвейт 14,4 тис.т, швидкість 20 вуз) має одногвинтову ЕУ з
ГТД М8-5002 номінальною потужністю 12,8 МВт. Малі масогаба-
ритні показники установки дозволили розташувати її в МВ малого
об'єму та висоти і, тим самим, забезпечити проїзд навантажувальної
колесної техніки над машинним відділенням. Газовідводний та по-
вітроприймальний тракти розміщені по бортах.
89
На метановозі "Лусайн" вперше в світовій практиці було вико-
ристано ГТУ М8-5212Р, працюючу на різних паливах: дистилятно-
му, мазуті та на газі, що випаровується в танках.
ГТУ з двигунами промислового типу оснащені й інші судна,
наприклад танкер "Шеврон Орегон" (рис.4.10), паром "Сівей принс".
Ці судна мають електрорух. Компоновка енергетичного обладнан-
ня на них виконана двоярусною. Головний ГТД і генератор, що ним
приводиться, розташовані на головній палубі, а гребний електро-
двигун (ГЕД) - під ними, в трюмному приміщенні машинного
відділення. Особливість цих установок полягає в тому, що вони ма-
ють компактний газотурбогенераторний блок з самостійним управ-
лінням, який працює на ГЕД змінного струму зі сталою частотою
обертання. Зміна режимів роботи установки здійснюється за допо-
могою ГРВ, що керується з містка, та зміною кількості палива, що
надходить до двигуна.
Газотурбогенераторний блок змонтовано на загальному фунда-
менті з електрогенератором і всіма допоміжними механізмами та
системами, що його обслуговують, включаючи і систему охолоджен-
ня. На цій же рамі розміщений допоміжний редуктор, яким приво-
дяться насоси та компресор. До цього ж редуктора підключений пус-
ковий двигун.
Газотурбогенераторний блок розташовано на верхній палубі в
спеціальній вигородці, що забезпечує вільний доступ до механізмів
під час обслуговування та ремонту, а також дозволяє швидко здійсни-
ти заміну всього блоку. В експлуатації ця установка відрізняється
високою надійністю та малими трудозатратами на обслуговування,
що дозволило значно скоротити чисельність екіпажу (13 чол. замість
38 на аналогічних суднах з ЕУ інших типів).
Двоярусний принцип компонування ГТУ з електрорухом на суд-
нах, верхня палуба яких не використовується для перевезення ван-
тажів (балкери, танкери, пароми тощо), є економічно доцільним, бо
це дозволяє вивільнити біля 12 % об'єма приміщень для розміщення
вантажу.
ГТУ з електрорухом і аналогічною компоновкою ЕУ можуть
виявитися конкурентоспроможними для суден, що працюють в
північних широтах (спеціальних, постачальниках, бурових та ін.).
В газотурбінних двигунах авіаційного типу (див. табл.4.1, 4.2)
реалізовані прості тепломеханічні схеми.
Конструктивна схема суднової газотурбінної установки з ГТД
90
Рис.4.10. Компоновка ГТУ танкера з електрорухомі
1 - приміщення станції вуглекислого гасіння; 2 - масляні цистерни ГТД та гребного електродвигуна; 3 - палуба юта; 4 -
генератор та збудник; 5 - редуктор; 6 - ГТД; 7 головна палуба; 8 - рульова машина; 9 - майстерня; 10 - агрегат масляної
та паливної систем; 11 - компресор пускового повітря; 12,16 - верхня та нижня платформи; 13 - паливні та масляні сепа-
ратори; 14 - охолодники прісної води та масла; 15 - паливоперекачувальний насос; 17 - механізм зміни кроку ВРК; 18 -
головний упорний підшипник; 19 - гребний електродвигун; 20 - баластний насос; 21 - підлога МВ; 22 - фільтр забортної
води; 23 - настил подвійного дна; 24 - повітроприймальні фільтри; 25 - регенератори; 26 - паливні цистерни
8 9 Ю / \\11121314 15 16
авіаційного типу наведе-
на на рис.4.11. Ця уста-
новка складається з сило-
вого агрегата, до якого
входять: ГТД, редуктор,
звукоізолююча муфта та
головний упорний під-
шипник.
Класичним прикла-
дом використання цих
двигунів виступає водо-
тоннажне судно "Адмірал
Каллаган". Це швидкохід-
не судно (довжина най-
більша 211,5 м, дедвейт
7000 т, швидкість 26 вуз)
збудоване за замовленням
військового відомства
США і проектувалось з
урахуванням використан-
ня на ньому ГТУ. По-
тужність кожного з двох
головних двигунів пере-
давалася через редуктор
на свій валопровід і скла-
дала 18,7 МВт. Спочатку
було прийнято двигуни
типу РТ4 американської
фірми "Пратт енд Уітні",
а потім їх було замінено
на більш сучасні типу
ГМ2500 фірми "Джене-
рал електрик".
Цікаво відзначити,
що при проектуванні цьо-
го судна було розглянуто
два варіанти ЕУ: ГТУ і
ПТУ. Порівняння вияви-
ло, що використання ГТУ
92
дозволяє зменшити довжину МВ на 7,5 м, а його об'єм на 8,1 %. У
зв'язку зі зменшенням розмірів МВ площа вантажних палуб
збільшується на 1200 м2. Маса ГТУ виявилася меншою маси ПТУ на
50 %.
Аналогічну ЕУ використано на чотирьох контейнеровозах типу
"Євролайнер" (рис.4.12), побудованих у ФРН фірмою "Райншталь
нордзееверке". Це двогвинтові судна з одним двигуном РТ4А-12 на
кожному валу. Потужність ГТД передається через двоступінчастий
Рис.4.12. Компоновка ГТУ в
машинному відділенні контейне-
ровоза типу "Євролайнер":
1 - повітроприймальна шахта; 2 - газо-
випускний трубопровід; З - глушники
шуму газовипускного трубопроводу;
4 - вентилятор МВ; 5 - ГРЩ; 6 - пульт
управління ГТД; 7-ЦПУ; А' головний
ГТД; 9 - головний редуктор; 10 - вало-
генератор; 11 - насос забортної охолод-
ної води; 12-паливніфільтриГТД; 13 -
масляний фільтр редуктора; 14 - вало-
провід; 15 - масляний насос редуктора;
16 - ДГ; 17 - майстерня та комора;
18,19- відстійні та витратні цистерни
важкого палива
93
редуктор на ГРК. Максимальна потужність двигуна складає
22,21 МВт.
Особливість компоновки ГТУ полягає в тому, що двигун являє
собою модульний блок, розташований до корми від редуктора над
валопроводом та замкнений в тепло- та звукоізоляційний кожух,
який змонтовано на рамі двигуна. З носового боку редуктора роз-
міщено валогенератор суднової електростанції, що напрямки з'єдна-
ний з силовою турбіною. Електрогенератор забезпечує судно елект-
роенергією під час роботи головних ГТД на всіх режимах, розрахо-
ваних на частоту обертання 2000...3000 об/хв, починаючи з холос-
того ходу до максимального.
Під час стоянки судна робота ГТД на валогенератор може
здійснюватися або при відключеному редукторі, або при нульовому
положенні лопатей ГРК.
Пропульсивна установка фінського парому "Фіннджет", що вве-
дений до експлуатації в 1977 р., за схемою розміщення основних еле-
ментів ГТУ аналогічна установці судна "Євролайнер", з тою лише
різницею, що в ній використано два двигуни ГТ4С-2 загальною по-
тужністю 55,2 МВт. Максимальна швидкість судна 30,5 вуз.
Після різкого підвищення цін на паливо (особливо на дизельне,
на якому працюють ці ГТД) водотоннажні судна з головними ГТД
виявилися нерентабельними, і в 1979 р. було прийняте рішення про
заміну ГТУ цих суден на установки з ДВЗ. Таким чином, застосуван-
ня на морських транспортних суднах ГТД авіаційного типу слід вва-
жати неперспективним. Однак вони, як і раніше, залишаються ос-
новними двигунами у військово-морському флоті на водотоннаж-
них кораблях та кораблях з динамічними принципами підтримання.
Відносно невеликі маси легких ГТД дозволяють створювати енерге-
тичні установки СПК та СПП, що не перевищують 20 % водотон-
нажності і спроможні надавати судну швидкість більше 60 вуз.
Найбільшим в світі вважається французьке вантажопасажирське СПП "Інже-
нер Жан Берген", яке було здано в експлуатацію у 1978 р. Маса судна порожнем
155 т, запаси палива та витратних матеріалів 20 т, максимальна маса вантажу, що
перевозиться, 85 т. Судно може прийняти на борт до 400 пасажирів і 45 легкових
автомобілів. По спокійній воді воно має швидкість до 70 вуз. Енергетична установ-
ка цього судна складеться з п'яти головних ГТД авіаційного типу, два з яких приво-
дять компресори для створення тиску у 24 днищевих камерах повітряної подушки.
Три інші двигуни розташовані в пілонах над судном і приводять повітряні гвинти
для руху судна.
У зарубіжному військово-морському флоті ГТУ широко засто-
94
совуються на кораблях на підводних крилах та повітряній подушці,
які використовують як кораблі протичовнової оборони, вартові та
десантні.
В табл.4.3 наведено основні характеристики деяких суден з ГТД
та їх установок.
Таблиця 4.3. Основні параметри суден з ГТД та їх установок
Характеристики "Париж- ская Ком- муна" "Айрон Монарх" "Лусайн" "Шеврон Орегон" "Сивей Принс"
П П П П П
Тип судна Сухован- Накатне Метановоз Танкер Паром
Країна-виготовлю- тажник СРСР, Австралія, Норвегія, США, Австралія,
вач, рік 1968 1974 1974 1977 1975
Дедвейт, т 16185 15450 20900 35564 5550
Водотоннажність, т 22225 — — 45396 —
Експлуатаційна 18,2 20 19,7 15 18
швидкість, вуз Кількість суден в 1 2 1 6 2
серії Розташування уста- С К К К К
новки Кількість гребних 1 1 1 1 2
валів Індекс установки ГТУ-20 М8 5212К М8 5212К М8 3002К М8 3112К
(двигуна) Тип передачі м М М Е Е
Частота обертання 103 125 125 100 200
гребного вала, об/хв Спосіб реверсу ГРК ГРК ГРК ГРК ГРК
Привод електроге- УПТГ ГТД ДВЗ ГТД ГТД
нератора Потужність уста- новки, МВт: максимальна 9,6 13,95 14,7
номінальна 8,7 12,85 — 9,2 8,9
Марка палива д В Д, В,г Д Д
Питома витрата па- лива, кг/кВт 320 272 — 269 —
95
Продовж, табл.4.3
Характеристики "Адмирал Каллаган" "Евролай- нер" "Финн- джет" "Северное сияние" "Капитан Смирнов"
А А А А ГПТУ
Тип судна Сухован- тажник Контей- неровоз Паром ПЕС Накатне
Країна-виготовлю- ФРН, ФРН, Фінляндія, СРСР, СРСР,
вач, рік 1969 1971 1977 1969 1978
Дедвейт, т — 23 100 23 000 — 20 270
Водотоннажність, т 24 000 32 000 — 2 224 35 000
Експлуатаційна швидкість, вуз 26 26 30,5 - 25
Кількість суден в серії 1 4 1 5 4
Розташування уста- новки К К к С К
Кількість гребних 2 2 2 2
валів
Індекс установки (двигуна) РТ4А-2 (ЬМ 500) РТ4А-12 РТ4С-2 ГТД-1 ГТУ М25
Тип передачі Частота обертання м М М Пряма М
гребного вала, об/хв 135-145 135 171 3000 130
Спосіб реверсу Редуктор ГРК ГРК - ГТД
Привод електроге- нератора Потужність уста- новки, МВт: ДВЗ ГТД ГТД ДВЗ ДВЗ, УПТГ
максимальна 2x18,3 2x22 — 2x15 2x18,4
номінальна 2x14,7 2x20 2x27,5 2x12 2x17,3
Марка палива д д Д д Д,в
Питома витрата па- лива, кг/кВт 315 315 272 380 238
Примітка. А - ГТД авіаційного типу; Г - газоподібне; Д - дизельне; К - кор-
мове; М - механічна; П - ГТД промислового типу; ПЕС - плавуча електростанція;
С - середнє; В - важке; Е - електрична; УПТГ - утилізаційний паротурбогенератор.
96
4.5. Підвищення ефективності ГТУ та їх модернізація
На теперішній час застосування газотурбінних двигунів на транс-
портних суднах дуже обмежене. Незважаючи на їх позитивні якості,
вони не витримують конкуренції за економічністю. На багатьох спе-
ціальних суднах та кораблях ГТД є основним типом двигунів. Отже,
удосконалення енергетичних установок з ГТД - актуальне питання,
для вирішення якого ведуться роботи у напрямках підвищення тех-
нічного ресурсу та паливної економічності, створення більш техно-
логічних, надійних і простих в обслуговуванні конструкцій. Перс-
пективним вважається використання у ГТД лопаток з керамічних та
металокерамічних матеріалів, що дозволяє підвищити температуру
газу перед турбіною без охолодження лопаток. Наприклад, на дви-
гунах ЕТ-9 (США) розглянута можливість застосування суцільних
керамічних соплових лопаток, а робочі лопатки виготовляти з мета-
локерамічним покриттям. Це надає можливості підвищити темпера-
туру газу на вході до ТВТ до 1370 °С та забезпечити ресурс найбільш
нагрітих деталей до 10 тис.год.
Удосконалювання конструкцій ГТД іде шляхом створення ок-
ремих модулів. ГТД моделі 570 (США) потужністю 5,15 МВт скла-
дається з п'яти легко відокремлюваних один від одного збалансова-
них модулів: компресора, камери згоряння, турбіни газогенератора,
силової турбіни та коробки приводів. Така конструкція зручна в екс-
плуатації та при ремонтах. Вона дозволяє силами обслуговуючого
персоналу на місці замінити несправні модулі без додаткового ба-
лансування усього двигуна. Це значно скорочує термін ремонту та
трудомісткість обслуговування двигуна.
На базі двигуна ГМ2500 створено новий двигун ГМ5000 (США),
потужність морського варіанту якого складає 21,9...36,5 МВт, ККД -
близько 39 %. Він пристосований для роботи на рідкому та газопо-
дібному паливах, а також на паливоводяних сумішах. Останнє сприяє
зменшенню виділення окису азоту з випускних газів, що є дуже важ-
ливим.
При створенні нових ГТД ставиться мета зменшити питомі ви-
трати палива на 10... 15 % порівняно з існуючими, а також знизити
виробничі та експлуатаційні витрати. Важливою є пристосованість
ГТД для роботи на різних видах палива, включаючи високов'язкі.
Використання ГТД в ЕУ транспортних суден, як уже відзнача-
лось, стримується останнім часом внаслідок зростання цін на пали-
во. Судновласники суден з ГТУ змушені вживати відповідних заходів.
97
7-341
Раніше судновим газотурбінним установкам провіщалося вели-
ке майбутнє, а експлуатація чотирьох газотурбінних контейнеровозів
типу "Євролайнер" справджувала надії спеціалістів. Проте після вось-
ми років експлуатації цих суден з метою економії палива було прий-
нято рішення про заміну газотурбінних двигунів на дизелі. Замість
двох ГТД авіаційного типу в тому ж машинному відділенні встанов-
люють по два СОД марки ТМ620 фірми СВД (Нідерланди) потужн-
істю близько 11,5 МВт при 425 об/хв. Отже, загальна потужність ус-
тановки на цих суднах знижена з 43,7 до 23 МВт, тобто майже вдвічі,
а швидкість руху з 26,4 до 21 вуз.
Слідом за швидкохідними контейнеровозами з'явився перший в
історії пасажирського флоту фінський газотурбінний суперпаром
"Фіннджет", який асоціювався у свідомості морських спеціалістів усіх
країн з самою досконалою технікою, що очікувалася на морському
флоті в найближчому майбутньому, проте і його спіткала така сама
доля, що і контейнеровози типу "Євролайнер". Коли на початку
1977 р. паром увійшов до експлуатації, то дійсно став вважатися флаг-
маном сучасного пасажирського флоту. За 22 години зі швидкістю
30,5 вуз "Фіннджет" доставляв з Хельсінкі до Травемюнде (ФРН)
більш як 1500 пасажирів та 350 автомашин. Два його головних газо-
турбінних двигуни типу ГТ4С загальною потужністю 55 МВт за цей
період витрачали близько 300 т високосортного палива, ціни на яке
останнім часом збільшились в 4...5 раз. Висока вартість квитків на
швидкісний паром призвела до скорочення пасажиропотоку, що
стало особливо помітно зимової пори.
Для зниження витрат на паливо розглядалось декілька можли-
вих варіантів реконструювання енергетичної установки "Фінндже-
ту". Один з них полягав в заміні газотурбінних двигунів двома серед-
ньообертовими дизелями загальною потужністю близько 12 МВт при
800 об/хв, які пристосовані для роботи на високов'язкому паливі. В
цьому випадку швидкість судна знизиться до 19 вуз, а тривалість рейсу
в одному напрямку зросте до 35 год, витрата палива на рейс при цьому
скоротиться до 74 т (майже в чотири рази). З прийняттям цього ва-
ріанту найскладніше та дуже дороге обладнання високоавтоматизо-
ваної газотурбінної установки доведеться повністю демонтувати з
судна. Цей варіант дозволить скоротити витрати на паливо на 15 %.
Інший варіант передбачав також зниження експлуатаційної
швидкості до 19 вуз, але за рахунок зменшення потужності газотур-
бінних двигунів і використання в них важкого палива. Для цього
98
необхідно провести модифікацію двигунів. Припускалося, що вони
будуть працювати на суміші, що складається з 70 % важкого та ЗО %
високосортного палива. В цьому випадку все енергетичне обладнання
на судні збережеться. Питома витрата палива, певно, істотно не
зміниться, але загальні витрати на паливо скоротяться, хоч вони і
будуть більшими, ніж при дизельній установці.
Однак розглянуті варіанти не реалізовано. У 1981 р. на судні тер-
міново встановили додатково допоміжну дизель-електричну ЕУ, роз-
раховану на часткове навантаження. Ця установка складається з двох
дизелів фірми Вяртсіля-Васа типу 18У32 потужністю по 5700 кВтпри
200 об/хв. Питома витрата важкого палива в'язкістю 500-10 йм2/с скла-
дає 209 г/(кВттод). Дизелі приводять синхронні генератори потуж-
ністю 6500 кВт кожний.
Дизель-генератори живлять два короткозамкнені гребні елект-
родвигуни потужністю 5300 кВт з частотою обертання ротора
1688 об/хв, які з'єднані з головним редуктором, що знижує її до 100...
...170 об/хв. Гребні електродвигуни розміщені в турбінному
відділенні, а дизель-генератори в двох окремих приміщеннях в кормі
на вагонній палубі. Загальна маса додаткової установки 500 т. Уп-
равління установкою здійснюється автоматично дистанційно. Зас-
тосування нової додаткової установки знизило загальну витрату
палива на 50 % і зменшило витрати на паливо на 30 %. Отже, газо-
турбінна установка парому "Фіннджет" переобладнана на комбіно-
вану дизель-газотурбінну.
Газотурбінними установками промислового типу оснащено ряд
суден зарубіжного флоту, зокрема, накатні австралійські судна типу
"Айрон Монарх", танкери типу "Шеврон Орегон", метановоз "Лу-
сайн", паром "Сівей Принс".
Досвід експлуатації суден типу "Айрон Монарх" виявив суттєві
переваги застосування на суднах установок промислового типу.
Цьому сприяло використання в ГТУ високов'язкого місцевого (ав-
стралійського) палива з температурою застигання 49 °С.
Відомо, що стаціонарні промислові ГТУ мають ряд позитивних
якостей, до яких належать помірні початкові витрати, компактність,
добре налагоджене серійне виробництво, надійність, високий ступінь
автоматизації, маневреність, здатність працювати на дешевих сор-
тах палива тощо. Незважаючи на відносно невисокий ККД цих уста-
новок, вони успішно експлуатувались на суднах.
Посилена увага судновласників до ГТД промислового типу по-
яснюється, з одного боку, тим, що ці двигуни вельми надійні і мають
99
7*
багатоцільове призначення. З іншого боку, техніко-економічні роз-
рахунки свідчать, що використання ГТД подібного типу на деяких
спеціалізованих суднах замість дизельних або паротурбінних ЕУ дає
збільшення доходу та норми прибутку приблизно на 11... 13 % (на
період створення).
Збільшення витрат на паливо порівняно з дизельною установ-
кою компенсувалося значно меншими витратами на масла, технічне
обслуговування та утримання команди. Використання газотурбін-
них двигунів дозволило значно збільшити місткість суден, знизити
вартість та скоротити час їх збудування.
Позитивний ефект від використання на суднах газотурбінних
двигунів певний час зберігався незалежно від того, що наприкінці
1973 р. зросла вартість палива і, як наслідок, збільшилися експлуа-
таційні витрати.
Незважаючи на всі позитивні якості, що передбачалися при ство-
ренні та підтвердилися першими роками експлуатації цих суден, вони
не витримали конкуренції і їх спіткала доля заміни головних дви-
гунів. Так, на балкерах "Айрон Карпентариа" та "Айрон Кертис" дед-
вейтом по 45430 т проведено заміну ГТУ.
На цих суднах регенеративні ГТУ типу М83002 фірми "Джене-
рал електрик" замінені блоками з двох СОД типу 12У32 фірми "Вярт-
сіля" потужністю по 3400 кВт. Ці двигуни будуть працювати на більш
дешевому і низькосортному паливі. Заміна ГТУ на ДУ дозволить
зменшити витрату палива на 40 %, що відповідає скороченню вит-
рат на паливо приблизно на 1,3 млн дол. на рік для кожного судна.
На раніше побудованих аналогічних суднах "Айрон Монарх" та
"Айрон Дьюк" також намічено заміну ГТУ на ДУ. Передбачається,
що витрати на переобладнання цих суден окупляться протягом 4...
...4,5 років.
Контрольні завдання і питання
1. З яких термодинамічних процесів складається найпростіший цикл ГТД?
2. Як визначається корисна робота циклу найпростішого ГТД?
3. Наведіть співвідношення для визначення ККД суднового пропульсивного
комплексу з ГТД.
4. Обгрунтуйте доцільність використання регенерації теплоти випускних газів
В ГТД.
5. Наведіть теплову схему та цикл ГТД з регенерацією.
7. Як визначити ступінь регенерації ГТД? Наведіть значення ступеня регенера-
ції для суднових ГТД.
100
8. Проаналізуйте вплив регенерації на основні характеристики реального цик-
лу ГТД. Наведіть позитивні та негативні чинники, що супроводжують за-
стосування регенерації у СЕУ.
9. Наведіть теплову схему ГТУ та цикл ГТД з проміжним охолодженням пові-
тря та підігрівом газу. Які приклади практичного застосування ГТУ, вико-
наних за таким циклом, ви знаєте?
10. Назвіть можливі варіанти компоновочних схем ГТД. Охарактеризуйте сту-
пінь їх застосування у головних та допоміжних суднових енергетичних уста-
новках.
11. Які закордонні фірми та концерни виготовляють та поставляють на світо-
вий ринок морські ГТД? Назвіть основні типи ГТД, які вони виробляють.
12. Наведіть порівняльний аналіз основних параметрів сучасних закордонних
ГТД суднового призначення.
13. Як співвідносяться між собою основні параметри та характеристики морсь-
ких ГТД закордонного та вітчизняного виробництва? Проілюструйте від-
повідь конкретними прикладами.
14. Проведіть порівняння суднових ГТУ з газотурбінними двигунами важкого
(промислового) та легкого (авіаційного) типів.
15. Який стан використання ГТД важкого типу в СЕУ водотоннажних суден?
16. Які особливості компоновки у машинному відділенні ГТУ судна з електро-
рухом? Пояснення проведіть на прикладі СЕУ танкера "Шеврон Орегон".
17. Проведіть аналіз компоновки у машинному відділенні ГТУ з двигунами
авіаційного типу (на прикладі ГТУ контейнеровоза типу "Євролайнер").
18. Наведіть приклади застосування ГТУ з двигунами легкого типу на СПК та
СПП.
19. Обгрунтуйте сучасний стан використання ГТД на морських транспортних
та пасажирських суднах.
20. Проаналізуйте основні напрямки підвищення ефективності суднових ГТУ.
Глава 5. КОМБІНОВАНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ
5.1. Класифікація комбінованих енергетичних установок
Комплексні установки, до складу яких входять двигуни різних
типів або призначення, відносять до комбінованих енергетичних ус-
тановок (КЕУ). Причина створення КЕУ обумовлена тим, що існу-
ючі типи СЕУ (ДУ, ПТУ та ГТУ) в основному досягли своєї доскона-
лості, а подальше поліпшення їх техніко-економічних показників
101
пов'язано з істотними витратами. В той же час можливо створити таку
комплексну установку, в якій відносно просто використати переваги
різнотипних двигунів і отримати значно вищий ККД та інші показ-
ники, ніж ті, які мають двигуни, що входять до КЕУ.
Комбінованою енергетичною установкою умовимося називати
таку установку, в якій енергія для забезпечення руху судна та для
інших суднових споживачів або тільки для руху судна вироблюється
декількома різнотипними тепловими двигунами або установками
(ПТД і ГТД, ГТД і ГТД, ДВЗ і ГТД).
КЕУ можна поділити на два класи: 1) з термодинамічним зв'яз-
ком між різнотипними двигунами (ГТД і ПТД), коли обидві частини
установки працюють за єдиним термодинамічним циклом; 2) з меха-
нічним зв'язком між автономними ПТУ та ГТУ (або двома різними
ГТУ) або ДВЗ та ГТУ, що термодинамічно не пов'язані та працюють
незалежно одне від одного.
В свою чергу, комбіновані турбінні установки з термодинаміч-
ним зв'язком поділяються на три групи: 1) парогазотурбінні уста-
новки (ПГТУ), в яких основною виступає ПТУ; 2) газопаротурбінні
(ГПТУ), в яких першорядне значення має ГТУ або ГТД; 3) комбіно-
вані турбінні установки з парогазовим робочим тілом, що розши-
рюється в турбінах.
КЕУ з механічним зв'язком між окремими двигунами або уста-
новками звичайно складаються з двох установок: базової та фор-
сажної (прискорювальної). Базова установка забезпечує найбільш
тривалі режими експлуатації. Інша - форсажна або прискорювальна
-забезпечує приріст потужності (форсаж), необхідний для розвинення
відносно короткочасних швидкостей руху або здслання зрослого опо-
ру руху судна (наприклад, криголаму).
Таким чином, КЕУ містить в собі дві установки і, отже, зростає
її складність та кількість обладнання, що входить до неї. Тому ос-
новними вимогами до них повинні бути простота конструкцій,
циклів, можливість працювати на однаковому паливі та ін. Конст-
рукція КЕУ повинна допускати як спільну, так і порізну роботу ЕУ,
що складають її. В комбінованій установці переважні зовнішні засо-
би реверсу - ГРК, реверсредуктор, електропередача.
5.2. Суднові парогазотурбінні установки
Парогазотурбінною установкою називають таку установку, в
якій поєднується звичайна ПТУ з високонапірним котлом, що має
102
газотурбінний наддув. Принципову схему ПГТУ показано на рис.5.1.
Тут паротурбінна частина аналогічна схемам, розглянутим у гл.З.
Різниця полягає в тому, що низьконапірний котел замінено високо-
напірним з турбонаддувним агрегатом (ТНА), що складається з ком-
пресора 8, газової турбіни б для приводу компресора та додаткової
парової турбіни 4. Атмосферне повітря всмоктується компресором,
стискається в ньому та подається до топки котла, куди також через
форсунку впорскується пальне. При стисненні (тг^ = 2,5...4,0) темпе-
ратура повітря підвищується до 150 °С. Тому високонапірний кот-
лоагрегат не потребує котельного вентилятора та газового повітро-
підігрівача. Димові гази з котла надходять до газової турбіни, а потім
відводяться до атмосфери. Звичайно газова турбіна приєднується до
котла за економайзером. В цьому випадку при роботі на номіналь-
ному режимі ГТ не буде мати надлишкової потужності.
Кількість повітря, що надходить до топки котла, регулюється
автоматичним клапаном 7, який перепускає надлишок повітря до га-
зоходу. Додаткова парова турбіна підключається при розпалюванні
котла та при роботі на малих та перехідних режимах. Вона споживає
пару від будь-якого працюючого котла-головного або допоміжного.
Використання ТНА знижує витрати пари і палива на власні потреби
ПГТУ і, отже, підвищує її ККД. За рахунок високого тиску знижуєть-
ся об'єм топкового простору. Це приводить до інтенсифікації процесів
горіння і теплообміну в поверхнях нагріву, зростанню теплового на-
вантаження на ці поверхні і, як наслідок, до підвищення ККД ПГТУ
на більших навантаженнях. Все це сприяє зниженню масогабаритних
показників ВПК в 2...2,5 рази порівняно зі
звичайним паровим котлом. ВПК застосо-
вують в легких та спеціальних ПТУ. Фор-
ма парового котла також змінюється, він на-
буває бочкоподібних контурів.
Рис.5.1. Принципова схема
ПГТУ:
1 - рушій; 2 - редуктор; З - ГТЗА;
4 - додаткова ПТ; 5 - муфта; 6 -
ГТ; 7 - клапан автоматичний; 8 -
компресор; 9 - високонапірний
котел; 10,12 - живильний та кон-
денсатний насоси; 77 - деаератор;
13 - головний конденсатор
б 5 ¥|
ТНАІ \г
1___
103
Іншим прикладом парогазотурбінної установки виступає про-
ект, який розроблено іспанською групою ДБА (рис.5.2), під назвою
"Ковайгаз". В ній паротурбінна частина установки модернізована з
метою отримання більш високих показників і доповнена ГТД потуж-
ністю 10 % (2600 кВт) від головної ПТУ. ГТД приєднаний до голов-
ного редуктора і приводить валогенератор, а надлишок потужності
передається судновому валопроводу. Випускні гази від ГТД надхо-
дять до вторинного пароперегрівача, який встановлено між ТВТ та
ТСТ. Застосування схеми "Ковайгаз" дозволить отримати питому
витрату палива на установку близько 230 г/(кВттод). Таким чином,
економія палива ЕУ танкера потужністю 26,5 МВт складе 12100 т на
пік.
Рис.5.2. Схеми ПГТУ
типу "Ковайгаз":
1 - рушій; 2 та 4 - редук-
тори основний та додат-
ковий; З -електрогенера-
тор; 5 - ГТД; б - утиліза-
ційний пароперегрівник;
7 - котел; 8,9,10 - ТВТ,
Т СТ, ТНТ ,11- головний
конденсатор; 12 - кон-
денсатний (живильний)
насос
5.3. Газотурбінні установки з ТУК (газопаротурбінні установки)
Газотурбінні двигуни порівняно з ДВЗ мають невисоку еко-
номічність, хоч і виграють перед ними з інших показників: масога-
баритних, великої одиничної потужності, зручності та простоти об-
слуговування тощо. Підвищити теплову економічність ГТД можна
шляхом утилізації теплоти випускних газів. Цей спосіб з найбіль-
шою повнотою може бути реалізовано в комбінованих ГПТУ. Ути-
лізація теплоти в ТУК газотурбінних установок з ГТД простого цик-
лу дозволяє значно підвищити ККД установки при відносно невели-
кому збільшенні тиску в газовипускному тракті з УК.
104
Цикл ГПТУ являє собою комбінацію циклів Брайтона та Ренкіна
(рис.5.3). Теоретичний цикл ГТД 1-2а-3-4а-1, цикл ПТУ 7-8-9-10-
-5-5а-7. Тут підведення теплоти до води та пари в процесах 8-9-10-5
здійснюється в УК за рахунок теплоти випускних газів ГТД (процес
4-11). На ділянці 11—1 гази покида-
ють УК з температурою Т і уно-
сять до атмосфери кількість тепло-
ти £вип (площа 11-1Г-Г-1-11).
Кількість відведеної до забортної
води теплоти в конденсаторі визна-
чається площею 5а-5'-7'-7-5а.
Штриховими лініями 1-2, 3-4, 5-6
зображено дійсні процеси стиснен-
ня і розширення в компресорі та
турбінах.
Зміна температури середовищ
в УК може бути проілюстрована
рис.5.4. Теплопередача від газів до
Рис.5.3. Комбінований цикл
ГПТУ
водопарового робочого тіла мож-
лива за умови, коли ДГр ЛГ2 та
ДГтіп більші нуля. Від різ-
ниці температур залежить
ефективність комбіновано-
го циклу. Ступінь перегріву
пари та температурні різ-
ниці ДТр ДГ2та А Гтіп ви-
значають тиск пари в УК.
Чим менша Л7) при
сталих витраті та темпера-
турі газу Г4 за ГТД, тим
вища температура свіжої
пари Го, потужність та
Рис.5.4. Температурна діаграма у випад-
ку протитоку газу та водопарового сере-
довища:
1-0 - перегрів пари; 2-1 - випаровування води;
3-2 - підігрів води у економайзері; 4-5 - охо-
лодження газів
ККД утилізаційної турбі-
ни. Зменшення ЛГ2 (при за-
даній температурі Г3) при-
веде до зниження темпера-
тури Т5 газів, що відпрацю-
вали в УК, та більш глибо-
105
кої їх утилізації. Зниження температурного напору в економайзерній
частині котла призведе до зростання його масогабаритних показ-
ників і, отже, вартості. Тому всі параметри слід розглядати та опти-
мізовувати комплексно. В реальних установках з температурою ви-
пускних газів 380...550 °С приймають ДТ, = 40...80 °С, що дозволяє
отримати температуру перегрітої пари Т = 330...460 °С (на рис.5.4
/ , і, і' - ентальпія відповідно живильної води, початку пароутворен-
ня та початку перегріву пари).
У загальному випадку енергоресурси випускних газів визнача-
ються їх кількістю О, температурою Т та складом, а також темпера-
турою навколишнього середовища Т. Однак в СЕУ утилізувати їх
повністю неможливо через втрати та обмеження мінімальних темпе-
ратур живильної води та газів, що виходять з ТУК.
Енергоресурси газів, які можливо утилізувати в ТУК, визнача-
ються залежністю:
йут==уач-
Тут \|/г = (Т - Т)/(Т. - Т) - коефіцієнт утилізації, \|/г = 0,5...0,8;
дг-відносний енергоресурс, дг = 0,6...0,9; питомий енергоресурс;
= (5... 14) 103 к Дж/(кВт-год). Якщо значення ресурсу віднести до
потужності ГД, то отримаємо </\: - 1,4...3,9 кДж/кВт.
Енергоресурс випускних газів дозволяє отримати додаткову по-
тужність (20...50 %) ГПТУ без збільшення витрат палива. Більше її
значення відповідає ГТД меншої потужності. Крім того, чим мен-
ший ККД вихідного ГТД, тим більший позитивний ефект можна
отримати від ТУК.
Утилізація теплоти відпрацьованих газів, які мають приблизно
таку ж температуру, що і початкова температура пари в судновій
паросиловій установці, дозволяє отримати пару високих параметрів,
яку можна використати не тільки на загальносуднові потреби, але і
в силовій турбіні, що працює на рушій.
Енергетичні установки, в яких на судновий рушій працюють га-
зотурбінні та утилізаційні паротурбінні двигуни, називають газопа-
ротурбіннимиустановками (ГПТУ). Така утилізація дозволяє підви-
щити потужність суднової установки на 25...30 %, а стаціонарної -
до 50 % потужності ГТД без додаткових витрат палива. ГПТУ еко-
номічні, надійні та прості в обслуговуванні, хоча і більш насичені
комплектуючим устаткуванням. Розроблені схеми ГТУ з ТУК
відрізняються типом та кількістю ГТД і ТУК.
106
Газопаротурбінна установка суден типу "Капитан Смирнов
Судна водотоннажністю 35000 т (дедвейт 22000 т) та швидкістю ходу
25 вуз оснащені ГПТУ, в якій ГТД і парова турбіна ТУК передають
потужність на гвинт через загальний редуктор. Ця або аналогічна їй
установка може бути використана і на суднах інших типів. В уста-
новці на кожний з двох гребних валів з ГРК працює головний газо-
паротурбінний агрегат (ГПТА) М-25 (рис.5.5). До складу агрегату
входить один ГТД ДИ59 (див. табл.4.3), утилізаційний котел
КУП-3100, парова турбіна ПТУ-2 з конденсатором, ежектором, ре-
дукційно-охолоджуючим пристроєм та головний редуктор.
Рис.5.5. Компоновка голов-
ного газопаротурбінного
агрегату:
1 - ПТУ з конденсатором; 2 -
ГТД; 3 - УПК; 4 - головний ре-
дуктор; 5 - звукоізолююча муф-
та; 6фланець відбору потуж -
ності
Пара, що генерується в УК, використовується в пропульсивній
ПТ та утилізаційному турбогенераторі УТГ-1000, а також на загаль-
носуднові потреби. ГТД прямотокового типу двокаскадний, осьо-
вий. Він складається з двох послідовно розташованих осьових ком-
пресорів: семиступеневого низького та дев'ятиступеневого високого
тисків (КНТ та КВТ); трубчастокільцевої камери згоряння, в кор-
107
пусі якої змонтовано 10 жарових труб з форсунками, та турбін - дво-
ступеневих високого і середнього тисків (ТВТ та ТСТ) та реверсив-
ної триступеневої низького тиску (ТНТ). Вона ж виступає силовою
для приводу гребного гвинта.
Турбіна високого тиску приводить у дію компресор високого
тиску, а турбіна середнього тиску - компресор низького тиску. Си-
лова турбіна передає обертальий момент через пружні муфти та вал.
Головний судновий редуктор триступеневий, підсумовуючий
потужність, що підводиться від ГТД та ПТУ-2. Парова турбіна з'єдна-
на з редуктором через фрикційно - кулачкову муфту, яка автоматич-
но відключається при виведенні ПТ з дії.
Утилізаційний котел, який розміщено над газовипускним пат-
рубком ГТД, водотрубний, з багаторазовою примусовою циркуля-
цією, прямокутної форми в поперечному перерізі. До складу котла
входять: економайзер, випарювальний пучок труб, пароперегрівач.
Змійовики пакетів труб виконані з оребрених труб.
За котлом розташовано газоповітряний ежектор для відсмокту-
вання охолоджуючого агрегат повітря, яке надходить під теплоізо-
ляційний кожух ГТД, охолоджує газовипускний патрубок і прохо-
дить крізь міжкожуховий простір котла. Для нормальної роботи
котла в установці передбачено сепаратор пари горизонтального типу,
що виступає водночас і водяною ємкістю ТУК.
Паротурбінну установку ПТУ-2 зкомпоновано в єдиний агре-
гат. Двоопорний ротор ПТ конденсаційного типу має насадні дис-
ки. На ньому змонтовано одне колесо з двома ступенями швидкості
та сім робочих дисків ступенів тиску. Корпус турбіни встановлено
на двоходовому конденсаторі, що є фундаментом ПТ. На ньому ж
розміщено й інше допоміжне обладнання.
Теплова схема ГПТУ (рис.5.6) окрім газопаротурбінних агрегатів
включає два УТГ потужністю по 1000 кВт кожний, три ДГ потужн-
істю по 1000 кВт, допоміжний котел паропродуктивністю 6 т/год
прісної води. ВОУ працює на парі від УК або від ДК. На тепловій
схемі показано компресорну станцію та інше устаткування. Компре-
сорна станція стисненого повітря укомплектована двома автомати-
зованими компресорами КВТ марки ЕКСА-7,5 4 з подачею 13 л/хв
стисненого повітря тиском 20 МПа та двома електрокомпресорами
середнього тиску марки ЕПК 70/25 з подачею близько 70 м3/год по-
вітря тиском 2,5 МПа. До неї входять також балони стисненого по-
вітря.
108
Енергетична установка, крім того, укомплектована необхідни-
ми механізмами та устаткуванням, що забезпечує нормальне функ-
ціонування ГПТА, дизель-генераторів та парогенераторів, допоміж-
ного котла, а також систем, що їх обслуговують.
Рис.5.6. Принципова теплова схема ГПТУ з ГТД легкого типу:
1 - судновий валопровід; 2 - головний редуктор; 3 - ГТД; 4 - УК; 5 - газовипуск; б -
підведення повітря на охолодження кожухів ГТД та УК; 7 - повітроприймальний
фільтруючий пристрій; 8 - повітроприймальна шахта; 9 - сепаратор пари; 10 - цир-
куляційний насос котлової води; 11 - допоміжний котел (ДК); 12 - іскрогасник ДК;
13 - глушник шуму ДГ'.14 ДГ; 15 - масляний насос ДГ; 16 - насос охолоджувальної
прісної води ДГ; 17 - паливний насос ДК; 18 - охолоджувач прісної води; 19 - охо-
лоджувач масла; 20,35 - насоси охолоджувальної забортної води; 21 - компресор;
22 - балон стисненого повітря; 23 - ВОУ; 24 - насос забортної води; 25 - конденсат-
ний насос ВОУ; 26 - масляний насос ГТД; 27 - охолоджувач масла ГТД; 28 - ПТУ;
29 - турбогенератор (ТГ); ЗО - теплий ящик; 31 - конденсатор ТГ; 32 - конденсатор
ПТУ; 33 - масляний насос редуктора; 34 - охолоджувач масла редуктора; 36,37 -
циркуляційні насоси конденсаторів відповідно ПТУ та ТГ; 38 - конденсатний насос;
39 - живильний насос; 40 - електроживлення
109
Основні характеристики ГПТА М25 наведено нижче:
На номінальному
Характеристики на максимальному . , . _ . ' режимі (з відбором режимі (без відбо- г ™ г г , пари на ТГ та суд- ру пари) нові П0ТрЄ(5и^
Потужність переднього ходу, МВт В тому числі: 18,9 17,28
ГТД 14,12 14,12
парової турбіни 4,27 3,16
Питома витрата палива на ГТД, г/(кВттод), не більше 238 256
Частота обертання вихідного фланця редуктора, об/хв 130 128
Максимальна потужність заднього ходу, МВт — 5,74
Паропродуктивність УК, т/год в тому числі: 26,2 -
перегрітої пари 24 —
насиченої пари 2,2 —
Тиск пари в УК, МПа Температура, °С: 1,5 -
пари в УК 310 —
випускних газів перед УК 390 —
відпрацьованих газів за УК 179 —
Витрати газу в УК, кг/с Маса агрегату в робочому стані, т 91,8 149 -
В тому числі: ГТД з рамою, газовипускним патруб-
ком, кожухами, ресорою, масляним баком та електроустат куванням, т 19
редуктор з муфтою, т УК з арматурою ДАУ, сепаратором 55
та електроустаткуванням ТУК, т 45
ГТД з муфтою та ресорою, т 22,7
Ширина максимальна, мм 5155
Висота з УК, мм 10875
з випускним пристроєм, мм 12525
Довжина загальна, від вхідного при- строю ГТД до вихідного фланця редук-
тора, мм 12245
ГПТУз ГТД важкого типу. Фірмою "Дженерал Електрик" роз-
роблено ГПТУ на базі серійного ГТД М85000 з регенерацією (рис.5.7).
На відміну від установки важкого типу, працюючої за регенера-
тивним циклом, та, що розглядається, працює за простим циклом з
утилізацією теплоти випускних газів. В газотурбінному двигуні 1 ре-
генератор замінено на ТУК, що дозволило знизити витрату палива на
110
Рис.5.7. Принципова теплова схема
ГПТУ з ГТД важкого типу
16 % - до 243 г/(кВтгод). Утилізаційний котел 2 водотрубного типу з
примусовою циркуляцією продуктивністю 48,3 т/год. Тиск пари за пе-
регрівачем близько 4 МПа, її температура 454 °С. Високі для ТУК пара-
метри пари та помірний тиск
в конденсаторі (~ 10 кПа) доз-
волили отримати більшу по-
тужність ПТ 13, що складає
39 % (11,6 МВт) від потуж-
ності ГТД (29,4 МВт). Пере-
гріта пара від УК надходить
до ПТ та на суднові потреби
5. Паротурбінну установку
обладнано конденсатором
11, деаератором 7 та насоса-
ми: живильним 8, конденсат-
ним 10 та насосом 9 запасної
цистерни живильної води.
Парова турбіна працює на
редуктор 14 та на електро-
генератор 12. До ТУК вхо-
дить сепаратор пари 3 та циркуляційний насос 4 (позицією б позна-
чено споживачів відпрацьованої пари турбіни).
Використання однієї утилізаційної ПТ для роботи на гребний
гвинт та на електрогенератор, який забезпечує електроенергією суд-
но в ходовому режимі, значно підвищує економічність установки
порівняно з порізним приводом та зменшує її масогабаритні показ-
ники. Це досягається за рахунок більшого ККД парової турбіни
підвищеної потужності та скорочення допоміжної ПТ (для приводу
електрогенератора) з конденсатором та іншими пристроями та об-
ладнанням.
Іншим прикладом ГПТУ з ГТД промислового типу виступає розробка фірми
"Зульцер". За свідченням фірми, розроблений двигун конкурентоспроможний за
багатьма показниками у порівнянні з ГТД легкого типу та розрахований на викори-
стання як привод електрогенераторів та інших промислових об'єктів. Потужність
ГТД 20 МВт, ККД 33,2 %.
В комбінованій установці здійснено глибоку утилізацію теплоти відпрацьова-
них газів. їх температура перед ГТД до 1050 °С, за турбіною - 507 °С. Температура
газів за УК 160 °С. Параметри пари перед ПТ: тиск 0,5 МПа, температура 470 °С.
Утилізаційна парова турбіна споживає пару двох тисків та працює на електрогене-
ратор, розвиваючи додаткову потужність 10 МВт. При загальній потужності 3 0 МВт
комбінована ГПТУ має ККД 47,8 %.
111
Розглянуті приклади суднових газопаротурбінних установок
свідчать про те, що за економічними показниками вони стають кон-
курентоспроможними дизельним установкам, перевершують їх за
масогабаритними показниками, зручністю обслуговування і ремон-
ту. Однак такий важливий для суднової ЕУ показник, як ресурс, для
легких ГТУ є непорівняним з ресурсом головних ДВЗ і майже вдвічі
менший.
Сучасні вимоги до газотурбінних СЕУ дозволяють запропону-
вати концепцію комбінованої енергетичної установки. Головний
газопаротурбінний агрегат повинен складатися з двох ГТД на повну
потужність кожний, однієї або двох парових пропульсивних турбін,
редуктора та конденсатора. До ГПТУ входить один утилізаційний
котел або два. Головні ГТД повинні працювати навперемінно, що
дозволить довести їх ресурс до 50000 годин, тобто приблизно до ре-
сурсу редуктора. Максимальна потужність такого агрегату може
складати 25...ЗО МВт, що є достатньою для сучасних СЕУ. Початко-
ва температура газу перед ТВТ повинна становити 1150... 1250 °С,
частота обертання фланця відбору потужності від редуктора -
80...120 об/хв. Реверсування необхідно виконувати за допомогою ГРК
або реверсредуктора, що дозволить підвищити ККД установки на
6...8 % порівняно з реверсом за допомогою реверсивної турбіни.
До редуктора повинен бути приєднаний валогенератор, що за-
безпечить судно електроенергією при роботі ГТУ на всіх режимах,
починаючи з холостого ходу.
5.4. Комбіновані установки з газопаровим робочим тілом та
утилізацією теплоти випускних газів ГТД
Такі установки називають контактними ГПТУ. Вони відрізня-
ються від розглянутих бінарних ГПТУ тим, що пара, яка генеруєть-
ся в УК або в спеціальній камері, надходить не до парової турбіни, а
до проточної частини газової турбіни. Конструктивне виконання
такої установки*) стосовно до газоперекачувального агрегату пока-
зано на рис.5.8, а її схема - на рис.5.9. Така ж установка може бути
застосована і на транспортних суднах. Основні елементи цієї уста-
новки: ГТД 10000, утилізаційний котел КУП2700, контактний кон-
денсатор КК-40 та інше нестандартне обладнання.
*) Газоперекачивающая установка ГПТУ 16К - опьіт плюс новьіе решения:
Проспект НПП Машпроект. - Николаев, 1998.
112
7500
Вуглекисневе Опори
котлового відділення
0069
6000
Блок Б2
Контейнер ГТД
? 18000 приміщення
Блок Б6
Нагнітач
Блок Б 5
Блок Б1|
Брандмауер
Приміщення
паливних газів
Приміщення
фильтрів
-7500
Блок БЗ
і 3000
і______
Рис.5.8.Конструктивна схема контактної ГПУ-16
лок Б4
113
8-341
До камери згоряння 2 ГТД 1 (див. рис.5.9) подається стиснене
повітря від компресора двигуна, паливо 3 та перегріта пара 5 із УК
6. Повітря в КЗ підігрівається та змішується з парою. Утворена газо-
парова суміш проходить через проточну частину турбіни, розши-
рюється в ній, виконуючи роботу, та надходить до УК, а потім до
парогазового контактного конденсатора 7.
Контактний конденсатор призначений для конденсації водяної
пари із газового потоку способом охолодження парогазової суміші
нижче точки роси. Охолоджувальна вода підводиться до зрошувача
конденсатора 8, зрошує зустрічний потік відпрацьованої парогазо-
вої суміші, перемішується з конденсатом та потрапляє у водозбірник
конденсатора, звідки по трубах 9 зливається в бак для збору конден-
сата 11. Далі конденсат проходить блок очистки 12, де очищується
від шкідливих домішок, потім надходить до витратної цистерни жи-
вильної води 13. Охолоджена у зовнішньому охолоднику 14 живиль-
на вода знову подається насосами 15 та 16 в УК та контактний кон-
денсатор (рис.5.10).
Основні характеристики УК та контактного конденсатора наве-
дені в табл.5.1.
Поряд з розглянутою схемою існують контактні ГПТУ, в яких
генерування пари, що подається до камери згоряння, відбувається в
розширювальній камері. Схема такої установки зображена на
рис.5.11. До камери згоряння 2 ГТД1 підводиться повітря від комп-
ресора двигуна, паливо 3 та насичена пара з розширювальної каме-
ри 4. Утилізаційний теплообмінник 8 забезпечує підігрів циклової
води, що подається до розширювальної камери, де вона дроселюється
114
Рис.5.10. Схема контактного
конденсатора
2
Таблиця 5.1. Основні параметри УК КУП-2700 і контактного конденсатора
КУП-2700
Параметри Г азопарова суміш Перегріта КК-40
на вході на виході пара
Витрата газопарової суміші, кг/с 44,9 44,8 5,6
Тиск, МПа 0,1093 0,1053 2,245
Температура, К:
пари 727 437 593
газопарової суміші 413...453
відхідних газів 318
конденсата 325...335
Витрата охолодної води, кг/с 180...220
Габарити, м:
довжина 5,79 5,20
ширина 4,345 3,77
висота 2,4 3,56
Довжина сепаратора, м 6,295
Маса, т 30,0 12,0
Ресурс, год:
до заводського ремонту 50 000
повний 100 000
115
8*
від тиску 6 МПа до тиску за КВТ газотурбінного двигуна. Утворена
при цьому пара подається до камери згоряння, з якої газопарова
суміш надходить до турбіни, розширюється в ній, здійснює роботу і
підводиться до водопідігрівника.
а б
Рис.5.11. Цикл контактної ГПТУ
Потім газопарова суміш надходить до парогазового конденса-
тора 7, конденсат з якого подається до системи конденсатним насо-
сом 6 для повторного використання. Гази 10 з конденсатора вихо-
дять в атмосферу. Конденсатор прокачується забортною водою 9.
Живильний насос 5 подає воду через водопідігрівник до розширю-
вальної камери.
В ТУК з розширювальною камерою параметри генерованої пари
нижче, ніж в установках з УК. Це дозволяє отримати в ТУК при інших
рівних умовах більшу кількість пари.
Цикл контактної ГПТУ (див. рис. 5.11) можна уявити таким, що скла-
дається з двох термодинамічних циклів з різними робочими тілами.
В основному циклі процес 1-2 характеризує стиснення повітря
в компресорах, 2-3 - підведення теплоти в камері згоряння для на-
грівання газу до температури Т. В процесі 3-4 продукти згоряння
змішуються з водяною парою, що надходить з розширювальної ка-
мери. При цьому газ охолоджується до температури суміші перед
газопаровою турбіною, а його тиск падає до р4г.
Процес 4-5 - розширення газової складової робочої суміші в
газопаровій турбіні; 5-6 - відведення теплоти від газів до води у
116
водопідігрівачі; б -7 -8г - охолодження газової складової в парога-
зовому конденсаторі; 8 -І - замкнення газового циклу в атмосфері
(точки збігаються).
Для прийнятої схеми регенерації пари дроселюванням в розши-
рювальній камері пароводяний цикл може бути розглянуто складе-
ним з двох циклів: водяного та пароводяного. Робоче тіло першого
циклу - вода, яка на пару не перетворюється, а виконує функцію теп-
лоносія та передає теплоту газів до зони пароутворення (це відпо-
відає процесам 13-14-15-9-12-13). В другому циклі відбуваються фа-
зові перетворення. В ньому бере участь менша частина циркулюю-
чоїводи. Процес <5^ /^ змішування конденсату) водою, що виходить
з розширювальної камери; 10-11-4 - подавання пари в камеру зго-
рання та її підігрівання до температури 7)п; 4-5 - розширення па-
рової складової суміші в газопаровій турбіні до тиску/>5п; 5П бп - відве-
дення теплоти до води у водопідігрівачі; 6п-7п - охолодження паро-
вої складової в парогазовому конденсаторі до початку процесу кон-
денсації; 7п-5п - конденсація пари в конденсаторі.
Таким чином, застосування контактних ГПТУ дозволяє значно
підвищити ККД циклу порівняно з вихідним циклом ГТД.
5.5. Комбіновані установки з форсажною частиною
В розглянутих парогазотурбінних та газотурбінних установках
головна увага приділяється підвищенню їх економічності за раху-
нок удосконалення циклу та утилізації теплоти відхідних газів. Ком-
біновані установки з термодинамічно незв’язаними циклами між скла-
довими частинами вирішують питання економії палива та енергії
дещо іншим шляхом.
Важливе значення для забезпечення рентабельної експлуатації
судна має величина експлуатаційної швидкості ходу, бо питома ви-
трата палива на милю пройденого судном шляху £м (кг/миля) зале-
жить від швидкості ходу у:
? = ? N /V,
ам ае е ’
де у - швидкість ходу судна, вуз. Величина буде знижуватися зі
збільшенням швидкості судна, а, отже, дальність плавання при зада-
них запасах палива буде зростати.
З рис.5.12,а бачимо, що залежність від у має мінімум при
117
деякій швидкості тек, яку називають технічною економічною. Зна-
ченню тек відповідає найбільший шлях упах, який пройде судно з
прийнятим запасом палива. Крива =/(т) поблизу мінімума зви-
чайно полога, тому швидкість на цьому режимі інколи збільшують
порівняно з тек без істотного зростання питомої витрати палива.
Рис.5.12. Типовий вигляд залежностей -/(у); §е -/(И)', В-/(И)
Таким чином, зниження витрати палива, що використовується
ЕУ, слід розглядати як один з основних способів збільшення даль-
ності плавання судна на часткових режимах роботи установки. Цей
спосіб використовується для суден спеціального призначення (кри-
голами, рятувальні, сторожові), за умовами експлуатації яких вима-
гається тривале автономне плавання без поповнення запасів палива.
В той же час при необхідності ПУ цих суден повинні швидко виводи-
ти судно на повну швидкість, тобто мати резерв потужності.
Швидкість економічного ходу визначається призначенням судна.
Відповідна їй потужність для більшої частини суден не перевищує
20...ЗО % потужності ЕУ повного ходу.
Повний діапазон зміни швидкостей та необхідних потужностей
на таких суднах може забезпечити один двигун, який більшу части-
ну часу буде працювати на часткових режимах. Робота двигуна на
часткових режимах супроводжується підвищеною питомою витра-
тою палива порівняно з номінальним режимом, хоча загальна
витрата палива В буде меншою (рис.5.12,6). Такий режим роботи
для даного двигуна не є оптимальним.
Один зі способів зниження витрат палива на часткових режимах
ЕУ - застосування спеціальних установок або двигунів, номінальна
потужність яких відповідає економічній швидкості судна. Отже і
питома витрата палива також буде найменшою для даного режиму.
118
В цьому випадку ЕУ поділяють на дві частини. Одна з них - базова
(маршова) БУ забезпечує економічні режими. Друга - форсажна (ФУ)
або прискорювальна, яка працює на режимі великих потужностей.
Таким чином, комбінована установка складається з двох авто-
номних установок, кожна з яких здатна працювати нарізно, а в дея-
ких випадках передбачається одночасна робота маршової та фор-
сажної частин СЕУ. Це визначається при проектуванні, коли вини-
кає необхідність урахування необхідних зв'язків між елементами.
Комбінована ЕУ значно складніша за однотипну ЕУ рівної потуж-
ності та того ж призначення, тому важливо, щоб елементи, які вхо-
дять в комбіновану установку, були прості за конструкцією та тер-
модинамічним циклом, вироблювались серійно. Установка буде про-
стішою та зручнішою в експлуатації, якщо двигуни споживають один
сорт палива. Це звичайно малов'язке, що не потребує підігріву перед
подаванням до двигуна, паливо.
Можливість одночасної роботи маршової та форсажної частин
установки призводить до значного її ускладнення та вимагає додат-
кових елементів в її складі. Це відбивається на виборі передач.
В судновій практиці знайшли застосування комбіновані дизель-
газотурбінні та газо-газотурбінні установки. Рідше зустрічаються
установки з базовою (маршовою) паротурбінною установкою.
Комбіновані дизель-газотурбінні установки (ДГТУ) набули най-
більшого поширення на флоті. Застосування дизелів як маршових
двигунів обумовлено їх високою економічністю, помірними масога-
баритними показниками та значним ресурсом і високою надійністю.
Мала тривалість роботи форсажної частини установки дає мож-
ливість використання в її складі високонапружених двигунів з обме-
женим ресурсом та помірною економічністю, а тому легких, компакт-
них та відносно дешевих.
Як форсажні використовують тільки легкі ГТД, що постачають
агрегатами. Вони мають прийнятні теплоекономічні характеристи-
ки. Номінальна потужність може складати 10...26 МВт при ККД
27...36 %. Питома маса 0,9...1,8 кг/кВт. Вони мають ресурс 10...
... 15 тис.год та високі маневрені якості: запуск з холодного стану до
холостого ходу - 1 хв, до повного навантаження - до 3 хв. Поєднан-
ня цих двигунів дозволяє створити установку, яка може мати велику
дальність плавання (за рахунок економічності дизелів) та здатна у
випадку необхідності розвинути високу швидкість ходу під форсаж-
ними ГТД.
119
Коли потужність маршової установки складає не більш як 20 %
від повної, то звичайно такі установки працюють нарізно. При по-
тужності установки ЗО.. .60 % доцільно на повному ходу судна підклю-
чати форсажну та маршову частини установок, тобто забезпечити їх
одночасну роботу. В цьому випадку маршові і форсажні двигуни
підключають до загальних рушіїв, а узгодження частот обертання
вихідних валів двигунів здійснюють через додаткову передачу.
Окрім розглянутих дизель-газотурбінних комбінованих устано-
вок у військовому флоті застосовують газо-газотурбінні установки.
В цьому випадку базова та форсажна частини мають окремі ГТД, які
відрізняються за потужністю та можуть працювати на загальний
рушій через редуктор. Перевагою такої установки слід вважати єди-
ний тип двигуна, що спрощує експлуатацію, хоч і дає деякий про-
граш у витраті палива.
Використання базових ГТД замість високообертових ДВЗ не дає
помітного виграшу за масою та габаритами, оскільки високообер-
тові ДВЗ відносно мало поступаються за цими показниками агрега-
тованим ГТД, мають більш компактні і легкі повітроприйомні та
газовідводні системи та вимагають менших запасів палива.
Економічність базової ГТУ можна підвищити застосуванням
газопаротурбінного варіанта двигуна, однак це буде вимагати ще
більшого ускладнення установки та підвищить її масо габаритні по-
казники.
Дизель-газотурбінні установки складають найбільш чисельну
групу комбінованих установок. Ними обладнані криголами, сторо-
жові кораблі, катери. За насиченістю устаткуванням вони є унікаль-
ними. Типовим представником таких установок виступає ЕУ криго-
ламів берегової охорони США "Полар Стар" (довжина судна 126,6 м,
водотоннажність 10,8 тис.т) -рис.5.13. В цій ЕУ реалізовано такі по-
казники: великий запас за наявною потужністю; досягнення високої
економічності на основних режимах; гнучкість системи при експлу-
атації на криголамі; можливість скорочення обслуговуючого персо-
налу. Установка тригвинтова. На кожний гвинт можуть працювати
або два дизелі базової установки через електропередачу, або один
форсажний ГТД через зубчасту передачу. В складі шість головних
дизелів номінальною потужністю 2575 кВт кожний, що приводять
генератори змінного струму. Живлення трьох пропульсивних елек-
тродвигунів потужністю 4,4 МВт кожний здійснюється випрямле-
ним постійним струмом.
120
Форсажна ЕУ складається з одного ГТД типу РТ4А12 номіналь-
ною потужністю 14,7 МВт (максимальна потужність 18,4 МВт).
Рис.5.13. Схема розміщення енергетичного устаткування дизель-газотур-
бінної установки криголама типу "Полар Стар":
1 - гребний електродвигун; 2 - головний редуктор; 3 - ГТД; 4 - головний дизель-
генератор; 5 - дизель-генератор СЕС; 6- паливна цистерна
Спільна робота БУ та ФУ не передбачається, а під час роботи
ГТД електродвигуни вимикаються. Реверс установки можливий за
допомогою ГРК та електропередачі. Окрім зазначеного обладнання
головної установки передбачено три дизель-генератори СЕС.
Більш широке застосування комбіновані установки з форсаж-
ною частиною знайшли на кораблях військово-морського флоту.
Схеми розташування пропульсивного обладнання у машинних
відділеннях можуть мати різні варіанти. Як приклад розглянемо
дизель-газотурбінний варіант установки (рис.5.14).
Особливість схеми полягає в
тому, що ЕУ одночасно може
працювати на два ГРК та забез-
печувати економічні ходи та ре-
версування. Форсажні режими
роботи здійснюються одночас-
ною роботою двох ГТД легкого
типу. Устаткування БУ та ФУ
розміщено в різних машинних
відділеннях, що забезпечує жи-
вучість установки.
В цій же схемі БУ може бути
Рис.5.14. Схема передачі потужності
у дизель-газотурбінній установці з
розподілом потужності на два потоки;
1 - рушій; 2 - ДВЗ; 3 - редуктор ДВЗ;
4 - головний редуктор; 5 - ГТД
121
дизельною, газотурбінною або газопаротурбінною з ТУК залежно
від потужності, необхідної економічності та поставлених перед про-
ектувальниками задач.
На великих суднах на підводних крилах також іноді використо-
вують комбіновані установки, в яких ГТД забезпечує основний
(найбільш тривалий) режим руху (на крилах), а ДВЗ - відносно ко-
роткочасний рух з малими швидкостями при маневруванні у водо-
тоннажному стані. В цих випадках дизель може працювати на свій
гвинт через кутову колонку або може приєднуватись до головного
редуктора.
На практиці відомий випадок дообладнання газотурбінної ус-
тановки на фінському паромі "Фіннджет" дизель-електричною уста-
новкою (див. гл .4). Ця комбінована установка працює нарізно. Взим-
ку, коли зменшується пасажиропотік, використовується більш еконо-
мічна дизель-електрична установка, що споживає більш дешеве ви-
соков'язке паливо. Швидкість судна при цьому знижується до 19 вуз.
Влітку використовують основну газотурбінну установку.
Контрольні завдання і питання
1. Сформулюйте означення комбінованої енергетичної установки.
2. Як класифікуються комбіновані енергетичні установки?
3. Поясніть призначення ГТУ у складі парогазотурбінної установки. Пояснен-
ня супроводіть принциповою схемою ПГТУ.
4. Який вигляд має цикл комбінованої ГПТУ? З яких циклів та процесів він
складається?
5. Поясніть характер зміни температури робочих середовищ в утилізаційному
контурі ГПТУ. За яких умов можлива теплопередача від газів до водопаро-
вого робочого тіла?
6. Які чинники визначають енергоресурс газів, які можливо утилізувати в ТУК
ГПТУ?
7. Поясніть принципи загальної компоновки головного газопаротурбінного
агрегату на прикладі ГПТУ М25.
8. Проаналізуйте принципову теплову схему ГПТУ. Визначте можливі шляхи
використання пари, отриманої як в УК, так і у ДК. Покажіть на схемі джере-
ла отримання електричної енергії.
9. Розгляньте принципову теплову схему ГПТУ з ГТД М85000. Як використо-
вується теплова енергія пари, отриманої в ТУК?
10. Обгрунтуйте сучасну концепцію комбінованої ГПТУ за складом та параме-
трами.
11. Чим відрізняються бінарні та контактні ГПТУ?
12. Складіть теплову схему контактної ГПТУ з отриманням пари в утилізацій-
ному котлі. Покажіть на схемі основні елементи установки та шлях руху
газопарової суміші від камери згоряння до витратної системи.
122
13. Які особливості протікання процесу конденсації газопарової суміші у кон-
тактному конденсаторі?
14. Проаналізуйте теплову схему контактної ГПТУ з отриманням пари у роз-
ширювальній камері.
15. З яких термодинамічних процесів складається цикл контактної ГПТУ?
16. Яку швидкість судна називають економічною? Яким чином застосування
комбінованої енергетичної установки дозволяє забезпечити широкий діа-
пазон ходових режимів?
17. Поясніть, яке призначення маршової та форсажної установок у складі ком-
бінованої ЕУ.
18. Які типи комбінованих установок, що складаються з маршової та форсаж-
ної частини знайшли на сучасних судах?
19. Обгрунтуйте можливі варіанти та умови одночасної та нарізної роботи
маршової та форсажної частин енергетичної установки на повному ходу
судна.
20. Поясніть принципи та особливості розміщення енергетичного устаткуван-
ня комбінованої дизель-газотурбінної установки (на прикладі криголаму
типу "Полар Стар").
Глава 6. ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ
6.1. Споживачі електроенергії на суднах
Призначення суднової електростанції (СЕС) полягає в забезпе-
ченні електроенергією суднових споживачів в нормальних та ава-
рійних режимах. Споживачами електроенергії на суднах виступають:
електродвигуни механізмів, нагрівальні та освітлювальні прилади,
засоби автоматики, судноводіння та зв'язку, що різняться між собою
характером навантаження, родом споживаного струму, режимами
роботи.
За призначенням споживачі СЕС поділяються на такі групи:
засоби судноводіння та зв'язку (електронавігаційні прилади, ра-
діолокаційні системи, радіотехнічні засоби, прилади внутрішньосуд-
нового зв'язку та сигналізації);
механізми, апарати та пристрої СЕУ (насоси, компресори, вен-
тилятори, сепаратори, нагрівані);
123
механізми суднових пристроїв (рульового, підрулюючого, якір-
ного, швартовного, вантажного та ін.);
механізми суднових систем (насоси, вентилятори, компресори);
прилади освітлення та сигнальні вогні;
побутові споживачі (камбуз, пральня та ін.);
спеціальні споживачі, що визначаються призначенням судна (на-
приклад, холодильне устаткування рефрижераторних суден тощо).
За характером та тривалістю роботи всі споживачі електроенергії
доцільно поділити на три категорії: А - які працюють з постійним
навантаженням на даному режимі; Б - які працюють періодично; В
- які працюють епізодично. Належність споживачів до тої чи іншої
категорії залежить від режиму роботи судна і, отже, від режиму ро-
боти СЕС.
Розрізняють такі режими роботи СЕС на суднах транспортного
флоту: ходовий з повним вантажем; ходовий в баласті; стоянка з
вантажними операціями; стоянка без вантажних операцій; швартов-
ний; аварійний. Для інших типів суден (пасажирських, промисло-
вих, технічного флоту) можуть бути додаткові спеціальні режими:
стоянка з пасажирами та без пасажирів, тралення, буксирування, ря-
тування та ін.
На ходових режимах до категорії А відносять споживачів, що
безперервно працюють на даному режимі: механізми та апарати, що
обслуговують ЕУ, навігаційне обладнання та засоби зв'язку; освіт-
лення житлових та службових приміщень; рульова машина, холо-
дильні установки. До категорії Б на цих режимах належать: елек-
троприводи паливних сепараторів та паливоперекачувальних на-
сосів, електрообладнання камбуза, компресори для вироблення стис-
неного повітря, осушувальні та баластні насоси. До категорії В відно-
сять електрообладнання суднової майстерні, електрообладнання ван-
тажопідйомних та палубних механізмів, пожежні та водовідливні на-
соси, пральні машини.
На ходових режимах найбільша частина навантаження СЕС
припадає на категорію А, а на стоянці зростає вплив категорій Б та
В. Особливо великими коливаннями навантаження СЕС відзнача-
ються режими стоянок з вантажними операціями внаслідок епізо-
дичної роботи вантажопідйомних палубних механізмів.
Навантаження СЕС на будь-яких режимах рідко залишається
стабільним через нерегулярне включення механізмів, що вмикають-
ся автоматично (насосів пневмоцистерн прісної та забортної води,
124
повітряних компресорів, холодильних установок, гідравлічних на-
сосів рульових машин і ГРВ), та побутових споживачів.
Більшість суднових споживачів електроенергії живляться
змінним струмом 380 (силові споживачі) або 220 В та частотою 50 Гц
(в деяких випадках до 400 Гц). Невелика кількість споживачів по-
стійного струму живиться від перетворювачів або випрямлячів. Для
переносного освітлення користуються змінним струмом напругою
12 В, що одержують через понижуючі трансформатори.
6.2. Основи розрахунку СЕС
Необхідну потужність загальносуднової електростанції визна-
чають двома способами: табличним або аналітичним. Розглянемо
перший з них, який частіше вживається. Табличний спосіб полягає в
складанні таблиці навантажень генераторів на різних режимах ро-
боти судна. Приблизний вигляд її наведено в табл.6.1.
Всі споживачі, які внесені до цієї таблиці, залежно від тривалості
роботи на режимі, що розглядається, поділяються, як зазначено вище,
на три категорії: А - які працюють постійно, Б - які працюють пері-
одично, В - які працюють епізодично. Споживачі першої та другої
груп складають основне навантаження СЕС. Електричне наванта-
ження споживачів третьої групи підраховують окремо, до того ж,
якщо це навантаження складає менш як 10 % сумарного навантажен-
ня по перших двох групах, його можна не враховувати при підсумо-
вуванні, бо воно знаходиться в межах звичайно допустимого корот-
кочасного перевантаження генераторних агрегатів.
Порядок складання та розрахунки в табл.6.1 такі. В графі 1 пере-
раховуються всі суднові споживачі з розподілом по групах. Вихідни-
ми даними для розрахунку виступають номінальні дані споживачів
(графи 2-4, 6 та 7). Дані графи 3 необхідні, тому що звичайно по-
тужність механізму не дорівнює потужності електродвигуна. За но-
мінальними даними споживачів визначають решту показників. Ко-
ефіцієнт використання електродвигуна (графа 5) кв - Ам/Ад звичай-
но складає 0,85... 1,0; активна потужність, що споживається елек-
тродвигуном (графа 8), Аа д = &вА/со8(р кВт та повна потужність (гра-
фа 9) Апд = Аад/ С08(р кВ А. Сумарні потужності споживачів одного
типу визначають за формулами: активна N - іN , повна N - іN
(див. графи 10 та 11).
Далі виконують розрахунки для всіх режимів судна за формула-
ми, зазначеними в графах 12-17.
125
126
Таблиця 6.1. Схема таблиці навантажень суднової електростанції
Найменування споживачів Номінальні дані споживачів Ходовий режим
Кількість Потужність механізму Ам, кВт Потужність електро- двигуна Ад, кВт Коефіцієнт викори- стання електродви- гуна кв ККД електродвигуна Коефіцієнт потужнос- ті Споживана потужність Коефіцієнт заванта- ження механізму к,, Коефіцієнт заван- таження лектродвигу- на £=£„£,. Коефіцієнт одночас- ності к0 Коефіцієнт потуж- ності на режимі кр Споживана потужність
одинична сумарна
кВт кВА кВт кВА кВт кВА
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1. Механізми енергетичної установки
1 2
Усього по групі 1 Категорії А Б В У ар (Ур). (^а.п) уп.р
2. Палубні механізми
1 2
Усього по групі 2 Категорії А Б В ^а.р (Уа.р)« (№а.р) л^.р (Ур). (№п.р)
Усього по всіх групах Категорії А Б В №а.р (№а.р) Ср (№Пр)
Коефіцієнт завантаження механізму на режимі (графа 12) к оці-
нюється за дослідними даними або за статистичними відомостями
для однотипних суден. Він показує, яка частина номінальної потуж-
ності механізму використовується для його роботи на даному режимі.
Коефіцієнт завантаження механізму залежить від типу споживача та
типу судна (табл.6.2).
Коефіцієнт завантаження електродвигуна (графа 13) визначаєть-
ся виразом кз - к ки, а коефіцієнт одночасності (графа 14) ко = г /г є
відношення кількості однотипних споживачів, що працюють в ре-
жимі, до загальної кількості цих споживачів. Потім визначаються
споживані потужності однотипних споживачів на кожному режимі:
активна потужність (графа 16) за формулою Аа = кокИз кВт, повна
потужність - Апр = Аар/со8(р кВА.
Значення коефіцієнта потужності со8(р (графа 15) та ККД елек-
тродвигуна беруться за ТУ відповідних механізмів.
На основі розрахунків по кожній групі визначають сумарну спо-
живану активну та повну потужність по категоріях споживачів. Ви-
конавши розрахунки по всіх групах споживачів та по всіх режимах
роботи судна, визначають на кожному режимі сумарні споживані
потужності всіх груп та категорій споживачів. За цими даними скла-
дають підсумкову таблицю (табл.6.3).
Найбільше навантаження СЕС на режимі визначають за задани-
ми загальними коефіцієнтами одночасності к та коГ Коефіцієнт к
враховує незбіг максимумів споживання енергії у часі для постійно
працюючих на даному режимі споживачів, а коефіцієнт к , окрім
того, враховує неодночасність роботи споживачів, що вмикаються
періодично. Значенняко1 знаходиться в межах 0,7... 1,0, а Со2 = 0,3.. .0,6.
Максимальна тривала потужність електростанції на режимі ви-
значається таким чином:
активна А' = к .№ + к .(№);
а.р шах оі а.р о2у а.р7 ’
повна № = к . № + к
п.ршах оі п.р о2у п.р7
З урахуванням втрат в мережі
N = 1,05А' та N = 1,05А'
а.р шах ’ а.р тах п.р тах ’ п.р тах
За максимальною тривалою потужністю з урахуванням втрат в
мережі визначають середньовиважений коефіцієнт потужності
С08(р - N М
т а.р тах п.р тах
127
і~3 Таблиця 6.2. Середні значення коефіцієнта завантаження деяких суднових механізмів
оо
Тип суден
Пасажирські Вантажні Танкери Пароми
Режими
Споживачі ходовий стоян- ка ава- рій- ний ходовий стоянка з вантаж- ними операці- ями ава- рій- ний ходо- вий стоянка з ван- тажними операці- ями аварій- ний ходо- вий стоян- ка ава- рій- ний
Рульова машина 0,6 - 0,7 0,4 - 0,6 0,4 - 0,6 0,6 - 0,6
Брашпиль — — — — 0,8 — — 0,8 — — — —
Шпиль — — — — 0,8 — — 0,8 — — — —
Пожежний насос - 0,2 1,0 - - 1,0 - - 1,0 0,2 - 1,0
Компресор 0,2 0,5 — 0,2 — — 0,3 0,6 — 0,3 0,6 —
Баластний насос - 0,5 0,8 - 0,2 0,8 - 0,2 0,8 - 0,5 0,8
Санітарний насос 0,5 0,4 - 0,2 0,2 - 0,2 0,2 - 0,2 0,2 -
Паливний насос 0,5 0,5 - 0,5 - - 0,5 - - 0,5 0,5 -
Освітлення 0,2...0,8 0,2...0,8 0,8 0,2...0,6 0,2...0,6 0,6 0,2...0,6 0,1...1,0 0,6 0,2...0,6 0,2...0,6 0,6
Сепаратор — 0,3 — — 0,2 — — 0,2 — — 0,2 —
Вентиляція 0,6 0,6 - 0,4 0,4 - 0,4 0,4 - 0,4 0,4 -
Таблиця 6.3. Підсумкова таблиця навантажень суднової електростанції
Режими
Показники ХОДОВИЙ стоянка з вантаж- ними операція- ми стоянка без ван- тажних операцій ЗНЯТТЯ 3 якоря аварій- ний
Я, Я,
кВт кВ-А кВт кВ-А кВт кВ-А кВт кВ-А кВт кВ-А
Загальний коефіцієнт
одночасності для спо-
живачів категорії А на
режимі £о1__________
Те саме для спожива-
чів категорії Б (&о2)
Максимальне тривале
навантаження з ураху-
ванням тимчасового
завантаження А'р тах =
= ко1и\ + ко2(М\)
Те саме з урахуванням
втрат в мережі
N -І 05М
пртах р тах
Середньовиважений
коефіцієнт потужності
С08фсер = Аа, [> тах ;/А'пп тах I
Кількість та потуж-
ність генераторів:
працюючих
резервних
Визначений таким чином середньовиважений коефіцієнт потуж-
ності звичайно перевищує номінальний коефіцієнт потужності гене-
раторів, в цьому випадку склад та потужність генераторних агре-
гатів встановлюють за активною потужністю. В протилежному ви-
падку генератори необхідно вибирати за повною потужністю СЕС.
129
9-341
6.3. Типи та склад електроенергетичних установок.
Комплектування СЕС генераторними агрегатами
До складу суднових електростанцій входять первинні теплові
двигуни, генератори електричного струму, розподільні пристрої -
ГРЩ та розподільні пристрої споживачів, а також кабельні лінії.
Усі СЕС можна поділити на три види:
головні, які забезпечують електроенергією гребний електродви-
гун (ГЕД) на суднах з електрорухом або спеціальне устаткування на
суднах технічного флоту;
загальносуднові, які забезпечують електроенергією споживачів,
пов'язаних з ЕУ, та загальносуднових споживачів на всіх режимах
роботи судна та ЕУ;
аварійні (АЕС), які забезпечують роботу певних споживачів при
виході з ладу загальносуднової електростанції.
Головні електростанції застосовуються на суднах з електрични-
ми передачами. Ці електростанції комплектуються головними ДГ
(рідше ПТГ або ГТГ) великої потужності (більше як 1000 кВт) та
мають автономні розподільні щити та кабельні лінії, які зв'язують
головні електрогенератори з ГЕД. Від ГРЩ головних електрогене-
раторів можуть живитися через ГРЩ загальносуднової електро-
станції загальносуднові споживачі.
Навантаження та потужність головних електрогенераторів ви-
значають за необхідною потужністю ГЕД на гребний гвинт.
Загальносудновіелектростанціїзастосокуюті, на суднах всіх типів,
їх комплектують на основі розрахунку споживання електроенергії
на основних режимах.
При виборі кількості та потужності генераторних агрегатів ре-
комендують керуватися такими вимогами:
завантаження працюючих генераторів на основних режимах
повинно складати не менше 65...70 % їх номінальної потужності;
при відмові будь-якого з генераторних агрегатів решта повинні
забезпечити живлення всіх споживачів, необхідних для руху та без-
пеки судна;
загальна кількість агрегатів та їх типорозмірів в складі СЕС по-
винна бути по можливості мінімальною.
З точки зору підвищення надійності функціонування енергетич-
ної установки доцільно, щоб в ходовому режимі працював лише один
генераторний агрегат, що значно спрощує управління СЕС та регу-
130
лювання її роботи. Кількість генераторів звичайно складає 2... З, хоча
на деяких суднах вона може досягати 4. Використання більш як трьох
генераторних агрегатів доцільно в тому випадку, якщо потужність,
що споживається на режимі стоянки, складає не більше ЗО % потуж-
ності одного з трьох генераторів. В цьому випадку при чотирьох од-
нотипних ДГ ходовий режим забезпечується двома ДГ, які працю-
ють паралельно, а на стоянці здійснюється більше завантаження
одного ДГ.
В іншому варіанті може бути прийнято схему, коли СЕС комп-
лектується трьома однотипними ДГ та одним меншої потужності
(стоянковим). Стоянковий ДГ може мати повне навантаження в ре-
жимі стоянки без вантажних операцій та підключатися на інших ре-
жимах, коли потужності одного основного ДГ обмаль, а двох - за-
надто.
Схема комплектації СЕС з додатковим стоянковим ДГ може
виявитись більш економічною, ніж традиційна, коли до СЕС вклю-
чено однотипні ДГ однакової потужності. Стоянкові ДГ використо-
вують також і на суднах з ПТУ. В дизельних установках потужністю
більш як 5000 кВт встановлюють утилізаційні парові турбогенера-
тори (УПТГ), які при навантаженні не менше 70 % повністю забезпе-
чують всіх споживачів електроенергії на танкерах та універсальних
суховантажних суднах.
На суднах з ПТУ застосовують ПТГ та валогенератори, кількість
яких складає на танкерах та суховантажних суднах 2...З, а на паса-
жирських суднах, контейнеровозах та метановозах - до 4...5.
На суднах з ГТУ і ТУК потреби в електроенергії на ходових ре-
жимах забезпечують ПТГ, що живляться парою від УК. На стоянко-
вих режимах використовують ДГ, які також резервують УПТГ на
ходових режимах.
Судна з ГТУ забезпечуються електроенергією від ГТГ, валоге-
нераторів (в ходовому режимі) та ДГ.
А варійні електростанції(АЕС) застосовують на суднах всіх типів
для забезпечення електроенергією найбільш важливих для безпеки
судна споживачів при раптовому зникненні напруги в ГРЩ або ви-
ході з ладу загальносуднової електростанції.
Споживачами АЕС виступають: аварійне (внутрішнє та
зовнішнє) освітлення, радіонавігаційні прилади та зв'язок, рульові
машини, пожежний та осушувальний насоси. Комплектуються АЕС
ДГ, частіше ДГ з ВОД. Аварійні електростанції розміщуються у відпо-
131
9*
бідності до Правил Регістру в окремих приміщеннях, розташованих
вище палуби водонепроникних перебірок.
Двигуни АЕС мають усі необхідні для роботи автономні систе-
ми та запас палива для безперервної роботи протягом не менше 6
годин для транспортних суден та 36 годин для пасажирських суден.
В аварійних електростанціях використовуються звичайно висо-
кообертові двигуни без наддуву, бо питання економічності для них
є другорядним. Особливу увагу приділяють пусковим якостям дви-
гуна та надійності його роботи.
6.4. Первинні двигуни та електрогенератори СЕС
Для приводу електрогенераторів СЕС використовують різні типи
двигунів, які звичайно називають допоміжними. Це двигуни внут-
рішнього згоряння, парові турбіни, ГТД. Останнім часом все часті-
ше привод електрогенераторів здійснюють від головного двигуна:
ДВЗ, ПТУ, ГТД. Електрогенератор може бути приєднано до вала
двигуна або до головного редуктора. В цьому випадку механічні
пристрої для приводу електрогенераторів від ГД разом з електроге-
нераторами називають валогенераторами.
Допоміжні двигуни та електрогенератори компонують разом в
агрегат на загальній фундаментній рамі. Звичайно на суднобудівний
завод надходять агрегати у зібраному вигляді, укомплектовані необ-
хідними обслуговуючими їх системами та приладами управління.
Електрогенераторні агрегати, залежно від типу первинного дви-
гуна, поділяються на дизель-генератори, парові турбогенератори та
газотурбогенератори.
Дизель-генератори застосовують на всіх суднах з головними ди-
зельними та газотурбінними двигунами як основні генератори елек-
тричного струму. На паротурбінних суднах їх використовують як
стоянкові. В аварійних електростанціях на всіх суднах застосовують
дизель-генератори.
Як первинні в ДГ використовують СОД та ВОД з частотою обер-
тання 500... 1500 об/хв.
В табл. 1ЗД (див. дод.1) подано характеристики ДГ, здатних пра-
цювати на середньов'язких (в'язкістю до 70 мм2/с) та високов'язких
(в'язкістю до 368 мм2/с) паливах. Переведення ДГ на високов'язкі
сорти палива - один із сучасних шляхів удосконалення СЕУ за еко-
номією палива та зниженням експлуатаційних витрат. Проте слід вра-
132
ховувати, що робота допоміжних двигунів на високов'язких сортах
палива призводить до зниження їх ресурсу на 25...ЗО %.
В додатку також подані параметри серійних дизель-генераторів
з ВОД фірми МТИ (табл.14Д). Ці дизель-генератори можуть вико-
ристовуватися на суднах і кораблях. Це компактні агрегати, які ма-
ють невеликі масогабаритні показники і помірну питому витрату па-
лива. Параметри стоянкових ДГ наведені у табл.15Д.
В табл.ІбД подані параметри дизель-генераторів, які викорис-
товуються на суднах як аварійні. Це запасне джерело електроенергії
на судні, яке вмикається автоматично у разі повного обезструмлен-
ня судна. Аварійний ДГ установлюється на судні в спеціальному при-
міщенні, розташованому в надбудові на верхній палубі, та є неза-
лежним від інших джерел електроенергії на судні і призначений для
постачання електроенергією деяких життєво важливих суднових
споживачів в аварійних ситуаціях (див. п.6.3).
Аварійний ДГ повністю автономний у роботі. Тому всі системи,
які його обслуговують, також автономні. В системі охолодження ди-
зеля використовується прісна вода, яка циркулює в замкнутому кон-
турі, а охолодження прісної води здійснюється у власному радіаторі
за допомогою вентилятора, який приводиться у дію від двигуна.
Небхідний запас палива міститься в витратній цистерні, яка роз-
ташовується в приміщенні аварійного ДГ.
Система запуску аварійного двигуна автоматична.
Паротурбогенератори застосовують для вироблення електро-
енергії на всіх суднах з ПТУ, а також на багатьох суднах з ДУ та ГТУ.
Паротурбогенератори споживають водяну пару, що генерується в
головних або допоміжних котлах на суднах з ПТУ, або приводяться
парою, яку отримано в утилізаційних котлах, встановлених за ДВЗ
або ГТД.
Паротурбогенератори звичайно виступають як агрегати, до скла-
ду яких входять: парова турбіна, редуктор, з'єднувальні муфти, елек-
трогенератор, конденсатор. Усі ці елементи змонтовано на фунда-
ментній рамі та об'єднано системами, захисними пристроями та кон-
трольно-вимірювальними приладами.
Параметри деяких ПТГ наведено в табл.6.4. Паротурбогенера-
тори порівняно з ДГ мають підвищену надійність та більший ресурс.
Вони мають знижені шумність та вібрацію, здатні тривалий час сприй-
мати перевантаження (до 110 %). Показники маси (з урахуванням
котла) практично не відрізняються від таких в ДГ. До недоліків ПТГ
133
слід віднести: значний час, необхідний на підготовку та пуск (25...
...50 хв), та тривалий час (15...ЗО хв) до повної зупинки агрегату.
Таблиця б. 4. Параметри парових турбогенераторів
Параметри Потужність ТГ, кВт
400 500 600 1000 1500
Частота обертання, об/хв:
турбіни 9000 8500 8500 8000 7500
генератора 1500 1500 1500 1000 1000
Ефективний ККД, % 53 54 55 58 62
Маса ТГ, кг 10000 11000 12000 14000 21000
Питома маса, кг/кВт 25 22 20 14 14
Паротурбогенератори допускають паралельну роботу разом з
ДГ. Це особливо важливо, коли в складі СЕС є УТГ. У випадку па-
ралельної роботи ПТГ та ДГ необхідно щоб перший мав максималь-
но можливе навантаження, а потужність, якої бракує, доповнював
би ДГ.
Газотурбогенератори мають обмежене застосування на суднах
внаслідок низької економічності, підвищеної шумності, відсутності
ГТД необхідного діапазону потужностей. На теперешній час вони
застосовуються на спеціальних суднах, де першорядне значення ма-
ють масогабаритні показники на шкоду економічності, а також на
суднах на підводних крилах та повітряній подушці. Потужність ГТГ
знаходиться в межах 20... 16000 кВт в одному агрегаті. ГТГ великої
потужності (12... 16 МВт) знаходять застосування на плавучих елек-
тростанціях, що працюють у районах Далекої Півночі (див. табл.4.3).
Газотурбогенератори невеликої потужності (до 400 кВт) мають
компактну компоновку та малу питому масу (0,5... 2,0 кг/кВт). Пито-
ма маса зростає внаслідок використання редуктора (до 5...8 кг/кВт).
Економічність ГТГ дуже залежить від потужності. Питома витрата
палива ГТГ малої потужності досягає 350...440 г/(кВт-год).
При великих потужностях (1000 кВт і більше) витрата палива
знижується і знаходиться в межах 300...320 г/(кВттод), а їх ККД ся-
гає 25...28 % (табл.17Д дод.1). ККД цих установок можна значно
підвищити, якщо застосувати утилізацію теплоти відхідних газів від
ГТД для отримання водяної пари. В свою чергу пара може бути ви-
користаною в СЕУ як джерело тепла або для приводу паротурбоге-
нератора. Тоді загальний ККД тепловикористання зростає і може
досягати 45...50 %.
134
Валогенератори застосовуються на суднах з різними типами го-
ловних двигунів. Основними причинами цього слід вважати: більш
високий ККД головних двигунів порівняно з допоміжними (особли-
во турбінними); споживання головними двигунами більш дешевих
сортів палива; робота в ходовому режимі тільки ГД; економія ресурсу
ДГ; спрощення обслуговування та ін. Валогенератори дозволяють ви-
користовувати недовантаження головних двигунів при їх роботі на
часткових режимах. Це характерно для деяких типів суден: риболов-
них траулерів, буксирів, суден льодового плавання та ін.
Найбільшого поширення валогенератори набули в ПТУ та у
дизель-редукторних установках. Це пояснюється наявністю редук-
торів, до яких зручніше приєднувати електрогенератор.
Валогенератори почали використовуватися і в установках з
МОД. Дизелебудівними фірмами розроблено спеціальні мульти-
плікатори для приводу ВГ від носового фланця колінчастого вала
дизеля (фірма "МАН-Бурмейстер та Вайн") або від проміжних еле-
ментів передачі до розподільного вала (фірма "Зульцер").
Комплектація СЕС у випадку застосування валогенератора може
змінитися. Якщо на судні передбачалося встановити, наприклад, три
ДГ, то один з них можна виключити.
Використання валогенератора викликає низку проблем у забез-
печенні судна електроенергією на різних частотах обертання вала
ГД. Незначні коливання частоти обертання не мають шкідливого
впливу на електричні двигуни та пристрої. Усі механічні установки
та електричні системи експлуатуються без пошкоджень при коли-
ваннях частоти ± 5...10 %.
Таким чином, валогенератор може експлуатуватися без додат-
кового пристрою стабілізації частоти в СЕУ з ГРК протягом 70...90 %
часу роботи ГД. Для суден, що обладнані точними приладами, ЕОМ
та ін., необхідно застосовувати стабілізацію частоти обертання ге-
нераторів. Для цього створено різного роду епіциклічні зубчасті пе-
редачі, гідравлічні пристрої, тиристорні перетворювачі та ін. Одним
із способів стабілізації частоти є застосування ГРК.
6.5. Способи економічного вироблення та витрачання електричної
енергії на суднах
Економічного вироблення електроенергії на суднах можна до-
сягти шляхом застосування валогенераторів, утилізаційних турбо-
135
генераторів, використання комбінованих схем комплектування СЕС.
Як зазначалося вище, застосування валогенератора приводить до
зниження витрат палива та затрат на вироблення електроенергії.
Економія палива залежить від співвідношення питомих витрат па-
лива на ГД та автономні ДГ, ККД валогенераторної системи (ВГС)
(валогенератора та з'єднувальних пристроїв і передач), а також
відносної потужності СЕС. її можна підрахувати за виразом:
ДСп - 100 Ау їх і ^.ді -1/тівгс)/(1 + М2ес£єдг)>
де ДСп - економія палива в процентах від витрати палива на ЕУ в
ходовому режимі; Л'(д.с - відносна потужність СЕС (у відношенні до
потужності, що споживається гребним гвинтом); £еДГ = уґД| /унд -
відносна питома витрата палива ДГ; £еДГ, унд - відносні витрати
палива відповідно ДГ та ГД; Т|вгс - ККД ВГС, що включає ККД пе-
редачі між ГД і ВГ, ККД ВГ та ККД засобів стабілізації частоти.
Для суден транспортного флоту економія від застосування ВГС
може складати 1,0...3,0 %.
Річна економія буде визначатися різницею цін на паливо, що
використовується в ГД та в ДГ, тривалістю експлуатаційних режимів
з використанням ВГС, а також вартістю палива та величини його
економії.
Тоді
А5П =Гвгс [^СЕС 8еГД ( ^1ІДГ ВІІГД ) + ^®п^п^ПДГ 1
де Д2?п - річна економія витрат на паливо у вартісному вираженні;
Твгс - тривалість експлуатаційних режимів з використанням ВГС;
<?п - годинна витрата палива в ходовому режимі.
Системи утилізації теплоти СЕУ спрямовані на економію пали-
ва при забезпеченні судна тепловою та електричною енергією. Вклю-
чення до складу СЕС утилізаційного турбогенератора дозволяє от-
римувати електроенергію без додаткових витрат палива в ходовому
режимі судна. В суднових дизельних установках утилізації може бути
отримана додаткова потужність близько 5 %, в ГТУ - більше 25 %.
Забезпечення судна електроенергією в ходовому режимі від УТГ,
окрім економії палива, зберігає ресурс ДГ та зменшує кількість пра-
цюючих первинних двигунів при русі судна, що спрощує експлуата-
цію установки.
136
Проте можливості застосування УТГ знижуються із зменшенням
потужності головного двигуна та з підвищенням його економічності.
Тому необхідну потужність утилізаційного контура можна отрима-
ти шляхом глибокої та комплексної утилізації теплоти відхідних газів,
охолоджуючої води та наддувного повітря в дизелях. З цією метою
використовують утилізаційні котли двох тисків (генерують пару
високого та низького тиску). В такому випадку вже при потужності
високоекономічного головного двигуна 7 МВт можна забезпечити
електроенергією усіх споживачів при русі судна за допомогою УТГ
при навантаженні двигуна 55...60 %.
Прагнення до економічного вироблення електроенергії на суд-
нах приводить до спільного застосування різних елементів СЕС (ком-
біновані схеми вироблення електроенергії): в першу чергу УТГ, який
повинен покривати основну частину електроенергії, а додаткова елек-
троенергія виробляється ВГ, що приводиться головним двигуном.
Скоротити потребу в електроенергії та зменшити потужність
суднової електростанції можливо шляхом оптимізації споживачів
електроенергії. Найбільшого ефекту слід очікувати від удосконалення
суднових систем, механізмів та апаратів, що входять до них, а також
завдяки грамотній експлуатації всього устаткування. Так, система
охолодження ПТУ може бути виконана самопротоковою. Тоді з'я-
виться можливість відмовитись від потужного головного циркуляц-
ійного насоса з електроприводом. Звичайно на привод цих насосів
витрачається до 0,8 % потужності ГТЗА. Специфікаційна потужність
головних циркуляційних насосів перевищує споживану на 10...15 %.
Самопротокова система охолодження ефективна при повних рухах.
На часткових режимах ПТУ та при маневруванні робота системи
охолодження забезпечується циркуляційним насосом меншої потуж-
ності (до ЗО % від повної). За рахунок такого заходу можна знизити
установлену потужність електростанції.
Зниження витрат електроенергії на привод суднових насосів та
вентиляторів можливо досягти завдяки оптимізації режимів роботи
допоміжних механізмів, тому що приблизно 40. ..60 % вироблюваної
електроенергії припадає на насоси та вентилятори.
Контрольні завдання і питання
1. На які групи за призначенням поділяються споживачі СЕС?
2. Назвіть категорії до яких можуть бути віднесені всі споживачі електроенергії
за характером та тривалістю їх роботи. Які чинники впливають на належ-
ність споживачів до певної категорії?
137
3. Які режими роботи суднової електростанції найбільш характерні для суден
транспортного флоту?
4. Охарактеризуйте основні режими роботи суднової електростанції для таких
типів суден: пасажирських; промислових; кранових; бурових; криголамних;
днозаглиблювальних; рятівних буксирів.
5. На прикладі ходового та стоянкового режимів конкретного типу судна
проаналізуйте, які споживачі належать до груп А, Б, В.
6. Поясніть, від чого залежить постійність навантаження суднової електростанції
на певних режимах. Проілюструйте відповідь конкретними прикладами.
7. Які параметри електричного струму необхідні для суднових споживачів?
8. Поясніть принципи формування таблиці навантажень суднової електро-
станції.
9. З яких міркувань при визначенні потужності СЕС вибираються коефіцієнти
завантаження механізмів? Від яких чинників залежать ці коефіцієнти?
10. Як визначається максимальна тривала потужність СЕС?
11. Поясніть, які складові елементи входять до суднової електростанції?
12. Які типи електростанцій застосовуються на суднах?
13. Назвіть особливості складу та комплектації головних електростанцій.
14. Сформулюйте вимоги, якими користуються при виборі кількості та потуж-
ності генераторних агрегатів загальносуднової електростанції.
15. Проаналізуйте декілька можливих варіантів комплектації загальносудно-
вої електростанцій на суднах з такими головними типами СЕУ: дизельною
ЕУ; ПТУ; ГТУ; ГПТУ.
16. Яке призначення аварійної електростанції?
17. Живлення яких споживачів повинна забезпечити аварійна електростанція?
18. Сформулюйте основні вимоги Правил Регістру щодо комплектації, розмі-
щення та автономності суднових аварійних електростанцій.
19. Які типи первинних двигунів застосовують в суднових електростанціях?
20. Дайте порівняльну характеристику різних типів первинних двигунів, які
використовують для приводу електрогенераторів СЕС.
21. Проаналізуйте переваги та недоліки використання валогенераторів у скла-
ді СЕУ порівняно з іншими способами приводу генераторів електричного
струму. Які умови ефективної експлуатації валогенераторів?
22. Назвіть основні способи економічного вироблення електроенергії на судні.
23. Обгрунтуйте можливі шляхи скорочення споживання електроенергії на судні
та зменшення потужності суднової електростанції.
Глава 7. ДОПОМІЖНІ КОТЕЛЬНІ УСТАНОВКИ.
ОПРІСНЮВАЛЬНІ УСТАНОВКИ
7.1. Споживачі теплової енергії на суднах
Основними споживачами теплової енергії на суднах виступають
системи опалення житлових та службових приміщень, обігріву та
продувки забортної арматури, обігріву цистерн масла та води,
підігріву палива перед очищенням та подачею до теплових двигунів
або котельних установок, технологічні установки та спеціальне ус-
таткування. У деяких випадках, наприклад, при аварії головної ко-
тельної установки, теплова енергія від допоміжної котельної уста-
новки може використовуватися для забезпечення аварійного руху
судна, якщо головним двигуном є парова турбіна.
Споживачі пари залежно від призначення та особливостей ро-
боти прийнято поділяти на такі групи: 1) головні парові двигуни -
головні турбіни; 2) допоміжні парові двигуни - турбіни для приводу
електрогенераторів, живильних, циркуляційних та вантажних на-
сосів, вентиляторів, компресорів; 3) теплообмінні апарати ЕУ -
підігрівники палива та масла, опалювальні прилади службових при-
міщень МВ, змійовики обігріву паливних та масляних цистерн; 4) теп-
лообмінні апарати загальносуднових систем - пристрої для обігріву
баластних цистерн та цистерн забруднених вод, обігріву та продув-
ки забортної арматури (отворів, кінгстонних, льодових та відлив-
них ящиків), калорифери загальносуднової вентиляції, система кон-
диціювання повітря; 5) господарсько-побутові споживачі - хлібопе-
карні печі, пральні машини, сушильно-прасувальні катки, підігрівни-
ки побутового водопостачання; 6) спеціальні споживачі, номенкла-
тура яких залежить від типу судна, його призначення та умов експ-
луатації (пристрої для обігріву палуб, рубок, леєрних захисних за-
собів для суден льодового плавання, технологічне устаткування ри-
бообробних суден).
Параметри пари, що виробляється допоміжною енергетичною
установкою, визначаються характеристиками зазначених спожи-
вачів, їх температурним рівнем, тепловою потужністю, а також зов-
нішніми факторами, до яких належать температури забортної води
139
та повітря, пора року та район плавання, навантаження технологіч-
ного устаткування.
При визначенні витрат пари прийнято розрізняти такі основні
розрахункові режими: ходовий, стоянковий з вантажними операці-
ями, стоянковий без вантажних операцій. Ці режими розглядають в
двох варіантах - літньому та зимовому.
При визначенні навантаження споживачів тепла температуру
забортної води та навколишнього повітря приймають залежно від
району плавання судна. Так, наприклад, розрахункова температура
в зимовому режимі: повітря 40 °С, води -2 °С, в літньому: відповід-
но+12 °С та + 4 °С.
Споживачів пари поділяють за характером та тривалістю спо-
живання теплової енергії на три групи: А - які працюють з постійним
навантаженням на даному режимі; Б - які працюють періодично; В -
які працюють епізодично. До групи А належать головні та допоміжні
парові двигуни, підігрівники палива, парове опалення, пристрої для
обігріву цистерн та арматури взимку, спеціальні споживачі (наприк-
лад, устаткування рибообробних ліній), система кондиціювання по-
вітря в зимовому режимі. До групи Б належать споживачі камбузу та
пральні, підігрівники палива та масла перед їх очищенням у фільтрах
та сепараторах, деякі спеціальні споживачі (наприклад, системи
підігріву вантажу у танках нафтоналивних суден). До групи В нале-
жать парові свистки, система гасіння пожежі, деякі спеціальні спо-
живачі (наприклад, пристрої для розморожування криги на люко-
вих закриттях, обігріву ущільнень бортових закрить).
Витрати пари по групах споживачів залежать від типу судна та
його головної енергетичної установки. Так, наприклад, для суден
з ПТУ до 95 % пари потребують споживачі групи А. Цим обумовле-
но високе навантаження котельної установки судна як на ходовому,
так і на стоянкових режимах. Високе навантаження характерне та-
кож для утилізаційних котлів ГТУ на ходовому режимі. Для суден з
ДУ частина споживачів групи А невелика і складає 15...20 %. На цих
суднах основна кількість споживачів припадає на групи Б та В, що
призводить до нерівномірного завантаження котельної установки.
Наявність споживачів з періодичним та епізодичним споживан-
ням пари ускладнює розрахунок необхідної продуктивності котель-
них установок. Тому при проектуванні котельних установок теплове
навантаження загальносуднових споживачів визначають з таблиць
балансів споживання пари з використанням емпіричних залежностей.
140
Для транспортних суден з ПТУ кількість теплоти для загальних
споживачів 2з , кВт, може визначатися за формулою
(} = 82+ 0,028 А,
*^з.с ’ е’
де N - ефективна потужність ГД.
Для транспортних суден з ДЕУ характерна залежність
() = 35 + 0,079 N.
Витрати пари на інші споживачі визначають за номінальними
значеннями їх теплових навантажень з урахуванням коефіцієнтів
одночасної роботи.
7.2. Допоміжні парові котли
Допоміжні котли призначені для вироблення пари, що спожи-
вається допоміжними механізмами, апаратами та пристроями. В ПТУ
допоміжні котли використовують для забезпечення споживачів пари
на стоянках та для резервування головних котлів.
Допоміжні котли, що застосовуються на морських транспорт-
них суднах, як правило, мають водотрубну конструкцію. Проте на
малій продуктивності можуть використовуватися і вогнетрубні кон-
струкції. У табл.7.1 наведено основні параметри автоматизованих
допоміжних водотрубних котлів типу КАВ та КВ.
Водотрубні автоматизовані котлоагрегати типу КАВ викорис-
товують для вироблення пари, що споживається системами тепло-
постачання та підігріву вантажу, насосами з паровим приводом та
ін. Ці котлоагрегати повністю автоматизовані та розраховані на без-
вахтову експлуатацію. Котлоагрегат може використовувати різно-
манітні види палива: дизельне, моторне та мазути. При навантажен-
нях до 20 % подача палива регулюється позиційно, а при більш висо-
ких навантаженнях застосовують пропорційне регулювання. Залеж-
но від умов розміщення на судні котлоагрегати виготовляються пра-
вої та лівої моделі, що визначається розташуванням вихідного пат-
рубка газоходу.
До складу котлоагрегатів цього типу входять такі елементи: влас-
не паровий котел; паливна, повітряна та живильна системи; системи
автоматичного управління, захисту та сигналізації; система запалю-
вання палива; контрольно-вимірювальні прилади. На рис.7.1 пода-
141
142
Таблиця 7.1. Основні характеристики допоміжних парових котлів типів КВ та КАВ
Характеристика КВ-1 КВ-1-1 КВ-2 КВ35/25-1 КАВ 1,6/7 КАВ 2,5/7 КАВ 4/7 КАВ 6,3/7 КАВ 6,3/16 КАВ 10/16 КАВ 16/16
Паропродуктивність, т/год 35 ЗО 25 35 1,6 2,5 4,0 6,3 6,3 10 16
Робочий тиск пари, МПа 2,55 2,6 1,75 2,6 0,6 0,6 0,6 0,6 1,6 1,6 1,6
ККД 0,95 0,93 0,84 91 0,8 0,8 0,82 0,81 0,8 0,79 0,78
Температура перегрітої пари, °С - 320 225 330 - - - - - - -
Температура відхідних газів, °С 145 168 362 216 363 381 340 390 420 435 455
Температура живильної води, °С 40 40 40 60 50 50 50 50 50 50 50
Витрата палива, кг/год 124 195 300 490 500 805 1300
Витрата повітря на горіння, кг/с 0,6 1,0 1,4 2,2 2,3 3,68 6
Витрата пари на підігрів палива, 10 15 18 28 31 50 80
кг/год
Витрата електроенергії, кВт 8,1 12,3 13,5 19,5 25,5 39,5 75
Маса парового котла суха, т 96 105 60 74 6,5 7,7 10,5 12,7 13,7 17 19,4
Габарити, м 2,59х 2,78х 3,01х 3,63х 3,63х 3,98х 4,3х
х2,2х х2,4х х2,6х х2,78х х2,78х х2,93х хЗ,0х
хЗ,5 хЗ,71 хЗ,78 х4,36 х4,36 х4,58 х4,78
но зовнішний вигляд котлоагрегату КАВ 6,3/7. Безпосередньо на
зовнішній обшивці встановлено паливний блок З, регулюючий блок
2, кнопковий пост "пуск - стоп" та інші пристрої системи автоматич-
ного управління, а також прилади теплотехнічного контролю. Ко-
тел обладнано топковим пристроєм 10 з паромеханічною форсун-
кою. Кришка 11 затуляє оглядовий отвір.
На пароводяному колекторі розташовано стопорний клапан б,
головний 4 та імпульсний 5 запобіжні клапани, живильний клапан 7,
водопокажчик 8, імпульсний генератор 9 термогідравлічного регу-
лятора живлення та інша арматура. На водяному колекторі 12 роз-
ташовані клапани нижнього продування.
Котлоагрегат кріпиться до суднового фундаменту за допомогою
чотирьох опор 13 та перехідних стільців 1. Дві опори приварені до
водяного колектора, а дві інші - до кожуха. Живильний насос, вен-
тилятор та блок автоматичного управління монтують поблизу кот-
143
ла на окремих фундаментах. Внутрішню будову котла можно роз-
глянути на рис.7.2. Корпус складається із пароутворювальних труб
конвективного пучка 17, екрана 11, трьох рядків опускних труб 10,
Рис.7.2. Поперечний переріз ДК КАВ 6,3/7
144
пароводяного 1 та водяного 12 колекторів. Пучки 7 7 та 10 мають
шахматне розташування труб. Котли типу КАВ мають паропродук-
тивність І) < 4 т/год, розмір усіх труб дорівнює 29x2,5 мм. В котлах
з 7) > 4 т/год розмір опускних труб 44,5x3 мм. Кріплення труб у ко-
лекторах виконано розвальцюванням.
Колектори 7 і 72 зварні і складаються із обичайок та двох при-
варних штампованих днищ. На задньому днищі пароводяного та на
обох днищах водяного колекторів зроблені овальні лазові отвори
13, які зачиняються зсередини кришками за допомогою двох зовні-
шних дужок, шпильок та гайок. До стінок колекторів приварені
штуцери, патрубки та інші елементи для приєднання труб, арматури
та стінок кожуха. Кожух котла зварений, газощільний, утворений
двома фронтовими (передньою, задньою), боковими та стельовою
стінками, які виконані з листового та профільного прокату. Зовнішні
75 та внутрішні 16 елементи кожуха утворюють міжкожуховий
простір, через який подається повітря у топки. Таке улаштування
кожуха не дає можливості продуктам згоряння попадати у МВ та
зменшує теплові витрати від зовнішнього охолодження.
З метою нагляду за згорянням та станом кладки у фронтових
стінках зроблені отвори 3, які з'єднані патрубком з головками спе-
ціального оглядового пристрою.
Парові котли типу КВ порівняно з котлоагрегатами КАВ мають
більш високі параметри пари та паропродуктивність; за габарита-
ми, конструкцією та компоновкою поверхонь нагріву вони близькі
до головних котлів. При їх створенні були широко використані стан-
дартні та уніфіковані елементи, що визначило їх загальну конструк-
тивну компоновку та дозволило значно зменшити вартість їх виго-
товлення.
Котли типу КВ встановлюють на нафторудовозах та танкерах.
Вперше в світовому суднобудуванні допоміжні котли використано
також як генератори інертних газів для створення умов порожніх
вантажних танків (цистерн), що необхідно для забезпечення безпеч-
ної експлуатації суден, які перевозять нафту та нафтопродукти.
Щоб використати гази, що виходять з котлів як інертне середо-
вище, кількість кисню в цих газах не повинна перевищувати 5 %. Для
цього необхідно забезпечити якісне спалювання палива при найниж-
чих коефіцієнтах надлишку повітря (а = 1).
145
10-341
7.3. Утилізаційні парові котли
Парогенераторна установка сучасного теплохода, газотурбохода
складається із допоміжного та утилізаційного парових котлів. Виня-
ток складають судна невеликої потужності (до 200...250 кВт) та суд-
на з маневреним режимом роботи (портові буксири, малі рибальскі
судна). На таких суднах установлюють або один допоміжний котел,
або один водогрійний котел.
У допоміжних парових та водогрійних котлах джерелом енергії
для одержання пари є паливо, яке спалюється у їх топках.
В утилізаційних паровому та водогрійному котлах, які працю-
ють тільки на ходу судна, використовується теплота відпрацьова-
них газів головних двигунів. Вона є основною втратою у двигуна,
тому утилізація теплоти може дати економію палива в межах 8... 15 %
та більше.
Для більшості суден (за винятком танкерів, які перевозять наф-
топродукти та потребують значних затрат теплоти на підігрів ван-
тажу) кількість теплоти, яку можно використати в УК, значно пере-
вищує потреби судна. Надлишок наявної теплоти відпрацьованих
газів перед її споживанням для теплопостачання та інші потреби (крім
підігріву вантажу) зростає з підвищенням потужності ЕУ. Звичайно
продуктивність УК у сталих ходових режимах при потужності ГД,
яка перевищує 85 % номінальної потужності, достатня для усіх по-
треб судна у парі та електричній енергії.
Таким чином, утилізаційна енергетична установка, яка скла-
дається з УК, турбогенератора, конденсатора та інших елементів,
які входять до складу звичайної паротурбінної електричної установ-
ки, може повністю замінити в основних ходових режимах ДК (допо-
міжний котел) та дизель-генератор.
На суднах річкового флоту, за винятком крупних пасажирських
суден та танкерів, а також на деяких морських суховантажних суд-
нах каботажного плавання і невеликих промислових суднах як теп-
лоносій застосовувається не пара, а гаряча вода. Заміна пари гаря-
чою водою у системах теплопостачання судна дозволяє перейти на
більш компактні та прості за складом та експлуатацією водогрійний
та утилізаційний водогрійний котли. Для них не потрібна, як для
парових котлів, висока якість живильної води.
В утилізаційних котлах одержання пари та підігрів води
здійснюється за рахунок теплоти газів, які надходять від двигунів.
146
Тому їх головною відзначною особливістю є відсутність топки. Тем-
пература газів, а також і середній температурний напір в УК набага-
то менший, ніж у ВК, а тому утилізаційні поверхні нагріву більш
громіздкі. Так, наприклад, пароутворювальна поверхня ДК при
паропродуктивності І) = 10000 кг/год становить 174 м2, в УК такої ж
паропродуктивності ця поверхня разом з економайзерною більше у
5,8 разів.
Паропродуктивність та параметри УК, які встановлені на сучас-
них суднах, мають такі значення: £> = 0,8...7,0 кг/с; р- 0,7...1,2 МПа;
їп п = 260...310 °С.
Ефективність УК оцінюється коефіцієнтом використання тепло-
ти випускних газів Г| , який являє собою відношення теплоти, що
отримала вода в УК у процесі її перетворення на пару, до теплоти
випускних газів.
Утилізаційні котли сучасних дизельних та газотурбінних суден -
це компактні вертикальні агрегати, частіше прямокутного попереч-
ного перерізу з примусовою багатократною циркуляцією води та
пароперегрівником. На великих суднах УК може бути без паропе-
регрівника.
Утилізаційні водотрубні парові котли умовно поділяють на три
групи: КУП-20...КУП-80СИ з циліндрічною формою кожуха та
спіральними горизонтальними змійовиками; КУП-90С...КУП-1300
з прямокутною формою кожуха та гладкотрубними вертикальни-
ми змійовиками; КУП-3100, що відрізняється від попередньої групи
наявністю оребрених змійовиків.
Утилізаційний котел КУП-3100 має пароутворюючий та еконо-
майзерний пучки, які виконані односекційними, а пароперегрівник -
двосекційним. Пучки котла з поперечним щільно накрученим ореб-
ренням порівняно з іншими типами оребрення, які застосовуються в
утилізаційних котлах, мають найбільш високий коефіцієнт компак-
тності (відношення сумарної поверхні нагріву до його об'єму) та най-
меншу питому масу (маса на 1 м2 поверхні нагріву).
Проте процес виготовлення оребрених змійовиків трудомісткий,
окрім того, оребрений пучок швидше забруднюється, а його очи-
щення утруднене. Тому оребрення використовують тільки в котлах
великої продуктивності для зменшення їх розмірів.
В табл.18Д (див. дод.1) наведено основні характеристики УПК.
Схема роботи високопродуктивного УК в установках з глибо-
кою утилізацією теплоти подана на рис.7.3. Кожух УК має прямо-
147
10*
Рис.7.3. Схема роботи водотрубного УК
з вертикальним розміщенням змійовиків
кутну форму, усі колектори трубних пучків розміщені горизонталь-
но, а паралельно включені змійовики - вертикально. З точки зору
обігріву газами паралельні змійовики кожного пучка перебувають в
однакових умовах. Спочатку
по ходу газів розташовуєть-
ся пароперегрівник б, у кін-
ці - економайзер З, куди на-
сосом /подається вода від се-
паратора І. Із нижнього ко-
лектора економайзера піді-
гріта вода надходить в пер-
шу пароутворюючу секцію 5,
потім у другу пароутворюю-
чу секцію 4, а потім у сепара-
тор 7, де пара відділяється від
води.
Частина насиченої пари
(НП) спрямовується до спо-
живачів, а решта - до паро-
перегрівника б, звідкіля пере-
гріта пара (ПП) подається до
турбогенератора. Звільнена
від пари вода перемішується
з живильною водою (ЖВ), яка надходить до сепаратора, потім за
допомогою насоса 7 знову проходить описаний вище шлях.
У залежності від прийнятої теплової схеми утилізаційної енерге-
тичної установки живильна вода може спочатку надходити в еконо-
майзер, а потім в сепаратор 7. Вода із сепаратора надходить безпо-
середньо у першу пароутворювальну секцію.
Конструкція утилізаційного котла КУП-700 (поверхня нагріву
700 м2) наведена на рис.7.4.
В ходовому режимі котел забезпечує перегрітою парою турбоге-
нератор, а насиченою - допоміжні пароспоживачі. Поверхні нагріву
водяного економайзера 2, двох секцій випарувальних елементів 3 та
4, пароперегрівника 5 складаються із труб діаметром 29x3 мм у ви-
гляді змійовикових пакетів (в сучасних УК останніх конструкцій за-
стосовуються також оребрені та ошиновані поверхні). Вода подається
циркуляційним насосом в економайзер 2, підключений по протито-
ку (течія води у відношенні до течії газів), що забезпечує деяке
148
зменшення необхідної поверхні нагріву. Економайзер, як і в голов-
них котлах, некиплячого типу.
По перепускних трубах, які не показані на рис.7.4, вода надхо-
дить в першу випарювальну секцію 4, а потім в другу секцію 3. Обидві
секції підключені по прямотоку, що дозволяє підвищити надійність
роботи випарників, тому що пароводяна суміш відводиться підніма-
ючим потоком (інакше парові бульки можуть скупчуватися в тру-
бах, що призводить до перегріву труб).
Від випарувальних поверхонь пароводяна суміш спрямовується
до барабана - сепаратора пари, звідки насичена пара по сполученій
трубі надходить в пароперегрівник 5 і далі в турбогенератор. В агре-
гаті використовуються однакові колектори 7 із труб діаметром
194x8 мм.
Відпрацьовані гази від головного двигуна підводяться до прий-
мальної камери 6, де є дренажна труба для зливу накопиченого гуд-
рону або води, що потрапила в газохід. Для зовнішнього очищення
поверхні нагріву передбачені сажеобдувні пристрої І.
Характеристика котла КУП-700: Дп = 3200 кг/год (у тому числі
2600 кг/год перегрітої пари при ґ = 270 °С та/>пер = 1 МПа); маса
котла сухого 29,7 т, з водою 33,4 т. Він працює на газах від дизеля
8ДКРН 74/160, потужність турбогенератора становить 300 кВт.
Регулювання паропродуктивності УК звичайно виконується по
газовій стороні перепуском частини газу мимо поверхні нагріву; є
також варіанти скидання надлишків пари у допоміжний конденса-
тор та інші способи регулювання.
Датська фірма "Аа1Ьог§ Сизегу Іпїегпаїіопаї А/8" пропонує ве-
ликий вибір допоміжних, утилізаційних та комбінованих суднових
котлів.
Усі котли мають оригінальну конструкцію, вони компактні та
зручні в експлуатації.
Вертикальний або горизонтальний котел з примусовою цирку-
ляцією АВ-1 має паропродуктивність 0,5. ..4,0 т/год та тиск до 49 бар
(рис.7.5). Котел має топку з радіаційним підігрівом та з конвектив-
ною поверхнею, яка складається з трьох концентричних змійовиків.
Діаметри труб змійовиків різні і дозволяють підтримувати високу
швидкість води. Котел має знімну кришку, через яку є доступ до змійо-
виків для їх огляду та очищення. Зовні котел ізольований та покри-
тий корозійностійким матеріалом. Питома маса невелика.
Особливістю котла є те, що його можна установити вертикаль-
но або горизонтально. Поставляється повністю зібраним в агрегат.
149
5450
150
151
00/,'ІІЛМ ігаіо>| иияосГвп ииниіішяіги гл •^’Д’Оид
Вертикальний водотрубний котел Ар-12 (рис.7.6) працює на
мазуті. Його паропродуктивність 0,6...6,3 т/год та тиск пари до
1,2 МПа. Топка котла являє собою циліндричний корпус з плоским
верхом. Конвективна поверхня має просту та компактну конструк-
цію, яка може бути легко очищена з боку подачі води. У пароводя-
ному просторі є достатньо місця для технічного обслуговування
котла. Через вертикальний газохід можна мити трубчастий пучок.
Рис. 7.5. Вертикальний або горизон-
тальний водотрубний котел АВ-1
Рис.7.6. Вертикальний
водотрубний котел АС^-12
Рис.7.7. Вертикальний
водотрубний котел АС^-9
152
Вертикальний водотрубний котел
Ар-9 (рис.7.7) паропродуктивністю 8,0...
...45 т/год і розрахунковим тиском до
1,9 МПа має циліндричну топку, яку ото-
чують щільно розташовані вертикальні
трубки, що укладені в обшивку. Конвек-
тивна поверхня нагрівання оточена газо-
щільними мембранними панелями, які
складаються з прямих труб.
Природна циркуляція води дося-
гається через розташовані зовні нео-
бігрівані спускові циркуляційні труби, які
з'єднують поверхові пароводяні камери з
нижнім колектором кільцевої форми. Ви-
сока швидкість газів сприяє самоочищен-
ню конвективного пучка труб від сажи-
стих відкладень.
Розглянуті вище котли рекомендовані фірмою для використан-
ня на рибопромислових суднах, танкерах, контейнеровозах, паро-
мах, рефрижераторах та інших суднах.
7.4. Утилізаційні водогрійні котли
На суднах частіше застосовуються утилізаційні водогрійні кот-
ли газотрубного типу, бо вони у порівнянні з водотрубними відрізня-
ються більшим водоутриманням, отже, і більш стійкою температу-
рою води на виході. До них належать КУВ-100 та КУВ-75, основні
характеристики яких наведені у табл.7.3.
Таблиця 7.3. Основні характеристики утилізаційних водогрійних котлів типів
КАУ та КУВ
Характеристики КАУ-1,7 КАУ-4,5 КАУ-6 КУВ-75 КУВ-100-1
Теплова потужність котла, кВт 29 52 84 87 116
Робочий тиск води, МПа Температура (найбільша) на ви- 0,13 0,13 0,13 0,37 0,37
ході з котла, °С 90 90 90 95 95
Температура газів до котла, °С 400 400 400 260 470
Витрата випускних газів, кг/год — — — 6760 5423
Потужність двигуна, кВт Повний аеродинамічний опір 225 450 660 — —
котла, кПа 1,8 2,2 0,7 3 2,1
Поверхня нагріву, м2 Теплова напруженість поверхні 1,7 4,5 6 8 10
нагріву, кВт/м2 Маса котла, кг: 17,1 11,6 14 10,8 11,6
з водою 354 562 880 1630 1575
без води 304 482 770 1220 1285
На рис.7.8 наведено зображення котла КУВ-100. Котел складаєть-
ся із корпусу, газоперепускної камери 9, нижньої 14 та верхньої 1 га-
зових камер, ізоляції (вона не показана), арматури. Корпус виробле-
но із циліндричної обичайки 5, нижньої 6 та верхньої 3 трубних до-
шок та приварених до них труб 4 (101 один.) діаметром 38x3 мм.
Матеріал трубок-сталь 10. Інші елементи котла виконані зі сталі СтЗ.
Для спостерігання за станом труб і вилучення шлама на обичайці
передбачені чотири кругові отвори 16 діаметром 100 мм.
Камера 9 має заслонку 10 консольного типу, яка автоматично
153
становиться або в нижнє положення (котел вимкнений), або у верхнє
(котел увімкнений). Для огляду, монтажу та демонтажу заслонки
передбачається люк з кришкою 8.
Рис.7.8. Утилізаційний водогрійний котел КУВ-100
Газоперепускні пристрої разом з трубою 7 розташовані поза
котлом, бо при внутрішньому розташуванні труба була б поверх-
154
нею нагріву, а це давало би підвищення температури води під час
проходження по ній газів.
У приймальній камері для її очищення є
кришка 11. Патрубок 13 служить для відведення
води на випадок течі труб. Через отвір 12 спус-
кають гудрон.
Сучасні конструктивні рішення реалізовані
в газоводотрубному комбінованому
А<3-16 СотЬі (рис.7.9) датської фірми
"Аа1Ьог§ Сііхегу Іпіегпаїіопаї А/8". Па-
ропродуктивність котла у секції рідко-
го палива до 6,34 т/год, у секції відпра-
цьованих газів - 3,0 т/год. Розрахунко-
вий тиск пари до 1,2 МПа.
Особливістю котла А()-16 є те, що
має на 100 % екрановану топку, якій не і
трібна футеровка. Він працює на мазуті.
Утилізаційна частина газотрубна, що
дає високу надійність та простоту експлуа-
тації.
Конструкція котла виконана таким чи-
ном, що він є компактним глушником ди-
зельного двигуна. Котел рекомендовано для ЕУ балкерів. На котлі
встановлена арматура (клапани, кран спуску гудрону тощо). На
верхній камері передбачені два обушки для транспортування котла
та кріплення його на судні.
Вода входить до котла знизу через клапан, підігрівається від 50
до 95 °С та виходить зверху на протилежному від входу боці. Авто-
матичне підтримання заданої температури гарячої води на виході з
котла відбувається завдяки переміщенню серводвигуном засувки
регулювання витрати газу до нижнього або верхнього положення.
Управління серводвигуном відбувається від вимірювального при-
строю відповідно до показань датчика температури води у верхній
частині котла.
КОТЛІ
Рис.7.9. Комбінований
котел Аф-16 СотЬі
він
пе-
7.5. Схеми парогенераторних установок теплоходів
Для роботи допоміжного, утилізаційного або водогрійного
котлів, забезпечення споживачів парою (гарячою водою) необхідно
155
мати цілий комплекс систем, пристроїв та приладів. Такий комплекс
устаткування разом з паровим (водогрійним) котлом складає паро-
генераторну (котельну) установку. В останні роки допоміжні паро-
генератори установки складаються в агрегати, куди входять: венти-
лятор, паливні, живильні або циркуляційні насоси, устаткування
систем автоматичного управління, регулювання, захисту та сигнал-
ізації. Усі ці елементи монтують на загальній з котлом рамі.
На рис.7.10 зображена схема основних трубопроводів парогене-
раторної установки для тепло- та електропостачання теплохода.
Установка складається з водотрубного котла ДК 13 з природною
циркуляцією (без пароперегрівника), УК 6 з примусовою циркуля-
цією і з власним сепаратором 9. УК призначений для забезпечення
перегрітою парою турбогенератора та насиченою парою інших суд-
нових споживачів під час руху та стоянки. Перегріта та насичена пара
подається відповідно по трубах 7 (до УТГ) та 2. По трубі 4 відби-
рається насичена пара для парогасіння. Живлення обох котлів
здійснюється живильним насосом 10 (один з них резервний) із тепло-
го ящика 77. .
Рис.7.10. Схема основних трубопроводів парогенераторної установки для
тепло- та електропостачання теплоходу (з сепаратором пари)
Примусова циркуляція в УК забезпечується насосами 8 (один з
них резервний). Лишки пари із УК скидаються в конденсатор турбо-
генератора або в спеціальний конденсатор за допомогою регулюю-
156
чого клапана 5. УК має арматуру та перепускні труби, які дозволя-
ють відключати його окремі поверхні нагріву.
У разі аварійної зупинки головного двигуна передбачається мит-
тєве вимикання споживачів насиченої пари за допомогою клапанів
З, які мають електромагнітний привод.
Пара від усіх споживачів скидається в один або у різні конденса-
тори (один конденсатор обслуговує турбогенератор, другий - усіх
останніх споживачів, на схемі вони не вказані), звідки конденсат спе-
ціальним насосом по трубі 12 подається у теплий ящик. У теплий
ящик надходить і додаткова (живильна) вода, яка береться із цистер-
ни котельної води насосом 1. Звичайно в теплий ящик встановлю-
ють фільтри для очищення живильної води від забруднюючих її до-
мішок (масла, мулу). Описану вище схему установки використову-
ють на сучасних теплоходах.
На рис.7.11 зображена аналогічна схема паровиробної установ-
ки з глибокою утилізацією теплоти випускних газів. Такою установ-
кою обладнують судна закордонної будови. На відміну від поперед-
Рис.7.11. Схема основних трубопроводів парогенераторної установки для
тепло- та електропостачання теплоходу (без сепаратора пари):
1 - ДК; 2 - перегріта пара до ТГ; 3 - насичена пара до споживачів; 4 - УК; 5 - паровий
підігрівник живильної води; 6 - живильні насоси; 7 - насос додаткової води; 8 -
конденсат пари від споживачів; 9 - ТЯ; 10 - циркуляційні насоси
157
ньої, в ній замість спеціального сепаратора використовують паро-
водяні колектори ДК, економайзер входить до складу живильної
системи. Для захисту стінок економайзерних труб від корозії з боку
газів живильну воду підігрівають до такої температури, щоб стінки
труб мали температуру вище точки роси. Для цього в схемі передба-
чається паровий підігрівник живильної води 5.
7.6. Випарювально-опріснювальні установки
Потреби суден та СЕУ у прісній воді можуть бути задоволені за
рахунок суднових запасів та їх поповнення роботою водоопрісню-
вальних установок (ВОУ). Для більшості транспортних суден добо-
ва потреба у прісній воді залежить від типу СЕУ і коливається від
5...10 т для суден з ДУ до 20...50 т для суден з ПТУ. Щоб забезпечити
потреби у прісній воді тільки із суднових запасів, необхідно було б
значно знизити корисну вантажопідйомність суден. До того, робота
таких типів суден, як рибопромислові бази та пасажирські лайнери,
де добові потреби в прісній воді становлять 100...200 т, була б прак-
тично неможливою.
Усі достатньо крупні судна обладнуються ВОУ, за допомогою
яких із морської води виводиться більша частина солей. Процес ви-
лучення прісної води із солоної морської зветься опрісненням. Існує
багато способів опріснення морської води, зокрема дистиляція, ви-
морожування, електродіалізний. На морському флоті широко засто-
совуються водоопріснювальні установки випарникового (термічно-
го) типу.
Прісна вода на суднах використовується для побутових потреб,
поповнення витоку води із замкнених циркуляційних систем охолод-
ження двигунів, конденсатоживильних систем, систем продування
парових котлів, системи сажообдування через шпарини з'єднань па-
рових труб та арматури, а також для постачання технологічних та
спеціальних споживачів. Залежно від виду споживання прісна вода
поділяється на групи:
питна, яка використовується для пиття та готування їжі,
побутова - для подавання до умивальників, посудомиючих та
пральних машин, у бані,
технічна, що використовується для живлення усіх споживачів
СЕУ, а також технологічних та спеціальних споживачів.
Найбільш жорсткі вимоги ставляться до питної води. Вона по-
158
винна бути прозорою, насиченою повітрям, не мати неприємного
запаху та смаку, не мати шкідливих для людини домішок та хворо-
ботворних бактерій. Звичайно питна вода приймається на судно з
берегових точок водопостачання, а під час експлуатації судна її за-
паси можуть поповнюватися від суднової станції приготування пит-
ної води, де проводиться мінералізація та бактерицидна обробка ди-
стилята, який виробляється у ВОУ. Запаси питної води зберігаються
у спеціальних цистернах, які відокремлені від інших цистерн кофер-
дамами, а подається питна вода до споживачів по спеціальному тру-
бопроводу.
Для живлення парових котлів здебільшого використовується
конденсат відпрацьованої пари. Але під час роботи ПТУ частина
пари та води безповоротно втрачається.
Вода для живлення парових котлів повинна відповідати вимо-
гам відносно загального солевмісту (до 5... 10 мг/л), солоності (до
2...5 мг/л), жорсткості (до 0,015...0,18 мг/л) та водневого показника
(8,5...9).
Вимоги до побутової прісної води та інших видів технічної води
менш жорсткі та обмежуються тільки межами її солоності (до 5...
...10 мг/л).
За призначенням усі суднові установки для опріснення морської
води розподіляються на установки для приготування побутової та
технічної води (на суднах з ДУ та ГТУ) та випарники котлової води
(ВКВ), де отримують дистилят та бідистилят для котельних устано-
вок (на суднах з ПТУ).
За способом кипіння морської води розрізняють поверхневі ВОУ,
в яких морська вода випаровується з поверхні нагрівальних елементів,
та адіабатні (безповерхневі), у яких теплота підводиться до морської
води в окремому підігрівнику. При цьому вода випаровується, а пара
утворюється з поверхні ........ ! .
морської води при зниженні 1Г~ 2 З4 у
тиску в випарній посудині. "у'
Водоопріснювальні уста-
новки поверхневого типу є
найбільш поширеними на
суднах морського транспор-
тного флоту. На рис.7.12 на-
ведено схему одноступеневої Рис.7.12. Схема одноступеневої вакуум-
вакуумної ВОУ поверхнево-
ної ВОУ поверхневого типу
159
го типу. У верхній частині парового простору випарної посудини 1
розміщено сепаратор пари 2 для відділення від пари крапельної во-
логи, яка несе основну частку солей, а в нижній частині - батарея
нагрівальних елементів 11 поверхневого типу. Як гріюче середови-
ще може бути використана водяна пара або гаряча вода. З випарної
посудини пара, що утворилась внаслідок випаровування морської
води і називається вторинною, надходить до конденсатора 5, який
прокачується забортною водою за допомогою циркуляційного на-
соса 7, та перекачується до збірної цистерни або інших ємкостей.
Забортна морська вода, проходячи через конденсатор ВОУ, на-
грівається на 4... 8 °С, і основна її частина зливається за борт, а решта
проходить послідовно через охолоджувач дистиляту 8, охолоджу-
вач пароповітряної суміші 4, охолоджувач розсолу 9 та спрямовується
до випарної посудини. Частина морської води з підвищеною кон-
центрацією солей, яку називають розсолом, видаляється розсольним
насосом 10 за борт. Для підтримання розрідження у випарній посу-
дині, трубопроводах та конденсаторі служить вакуумний насос 3.
На рис.7.13 зображено
принципову схему двоступе-
невої установки поверхнево-
го типу для отримання дис-
тиляту та бідистиляту. За
такою схемою працюють
випарники котлової води
типу ИКВ 39/6М, які вста-
новлюють на суховантажни-
ках та танкерах. Гріюча
пара, що має тиск 74 кПа, по-
дається до нагрівальної ба-
тареї випарника 3 другого ступеня. Утворена в ньому вторинна пара
з тиском 44 кПа спрямовується як гріюча до першого ступеня у ви-
парник 4, до якого надходить забортна вода. Вторинна пара першо-
го ступеня тиском 26,5 кПа спрямовується до конденсатора 1, де
підтримується вакуум за допомогою ежектора 2. Утворений в пер-
шому ступені дистилят поділяється на два потоки: один подається
до запасної цистерни побутової води (близько 25 %), решта - до дру-
гого ступеня для отримання бідистиляту. Розсіл видаляється насоса-
ми 5 та 6.
Використання багатоступеневих ВОУ дозволяє підвищувати
Рис.7.13. Схема двоступеневої ВОУ для
отримання дистиляту та бідистиляту
160
якість дистиляту або знижувати енерговитрати на вироблення прісної
води.
У поверхневих ВОУ на нагрівальних елементах в процесі експ-
луатації утворюється шар накипу, який знижує коефіцієнт теплопе-
редачі та, як наслідок, продуктивність ВОУ. Для боротьби з наки-
пом застосовують попередню хімічну обробку морської води, холод-
не душування (подавання замість пари холодної води), механічне очи-
щення нагрівальних елементів. Одним зі шляхів запобігання утво-
ренню накипу є використання безповерхневих або адіабатних ВОУ.
Принципову схему аді-
абатної ВОУ показано на
рис.7.14. Така назва ВОУ
обумовлена тим, що морсь-
ка вода випаровується без
підведення тепла від зовні-
шнього джерела за рахунок
власного тепла при зни-
женні тиску води в розпилю-
вачах, форсунках або редук-
ційних клапанах.
Рис.7.14. Схема одноступеневої адіабат-
ної ВОУ
На відміну від поверхневих адіабатних ВОУ теплота до морсь-
кої води, яка перебуває під тиском вищим за атмосферний, підво-
диться в окремому паровому (або водяному) підігрівнику 1. Вода,
що потрапляє до нього, опиняється в перегрітому стані, завдяки чому
з поверхні її струмин невелика частина (1...2 %) випаровується. Ця
пара, вільна від солей, надходитьдо конденсатора 4 і вже у вигляді
дистиляту забирається дистилятним насосом 6. Розсіл видаляється
насосом З, а вакуум підтримується вакуумним насосом 5.
Вартість ВОУ адіабатного типу на ЗО...40 % вища вартості ВОУ
поверхневого типу, проте вони мають великий період роботи між
черговими регламентними роботами.
Водоопріснювальні установки адіабатного типу можуть вико-
нуватися багатоступеневими з кількістю ступенів від трьох до п'яти
і використовуватися на пасажирських суднах та промислових базах,
де їх продуктивність досягає 200 т/добу. Для підігрівання морської
води використовують два види теплоносіїв: водяну пару низького
тиску та нагріту до 70...90 °С прісну воду. Електроенергія в таких
установках використовується тільки на привод механізмів, що об-
слуговують установку. Залежно від тиску кипіння морської води ви-
161
11-341
трата електроенергії на вироблення 1 т дистиляту складає від 10 до
20 кВт-год.
На рис.7.15 показано конструктивну схему утилізаційної поверх-
невої ВОУ серії Д, яка застосовується на суднах з ДУ та має продук-
тивність 1...25 т/добу. Основу конструкції складає циліндрична ви-
парна посудина 1. У нижній її частині встановлено прямотрубний на-
грівай 5, до якого подається гаряча вода, а у верхній розширювальній
частині - горизонтальний сепаратор 3 жалюзійного типу та двоходо-
вий прямотрубний конденсатор 2 горизонтального виконання.
І
Порівняно велика висота парового простору разом з жалюзій-
ним сепаратором дозволяє отримати дистилят з солевмістом не
більше 8 мг/л при солевмісті розчину 50 г/л. Система автоматики
забезпечує безперервний контроль солевмісту дистилята та автома-
тичне зливання його назад у випарник при солевмісті більше 8 мг/л
162
МаСІ з одночасним включенням світлового та звукового сигналів в
місцевому та центральному постах управління.
У центрі нагрівної батареї 5 залишена циліндрична шахта для
циркулювання сольового розчину. В ній установлена центральна тру-
ба, по якій розчин зливається в ежектор (або насос). Рівень розчину в
корпусі установлюється на висоті поверхового зрізу зливної труби 4.
В табл.7.4 наведено основні параметри ВОУ серії Д, які успішно
працюють на багатьох суднах транспортного та промислового флоту.
Таблиця 7.4. Основні параметри ВОУ серії Д
Параметри Д-2У Д-ЗУ Д-4У Д-5У
Продуктивність установки, т/добу 2,5-3,2 5,0-6,0 10-13 20-25
Подача води до конденсатора, м3/год 20 35-40 55-62 90-100
Подача живильної води, кг/год 530 1050 2080 4160
Витрата нагрітої прісної води, м3/год 10-16 20-45 35-70 70-135
Подача пари до ежектора, кг/год 130 265 530 1050
Потужність електроустатку- вання, кВт 0,85 1,4 1,4 1,4
Маса сухої установки, кг 725 785 1620 2520
Габарити, м 1,19x1,Ох 1,215x1,12х 1,67x1,39 1,59х1,8х
х1,59 х1,78 хх2,0 х2,4
Опріснювальні установки типу \УОС-К датської фірми "АРУ
Вакег А8" значно відрізняються від раніш розглянутих за конструк-
тивним виконанням, схемним рішенням, вимогам до орієнтації на
судні при монтажі.
За конструкцією така установка являє собою компактний агре-
гат (рис.7.16), у корпусі якого розміщені випаровувальна частина
(знизу) та конденсатор (зверху). Теплообмінні поверхні випарника
та конденсатори мають аналогічну конструкцію та складаються з
гофрованих тарілок товщиною близько 0,6 мм, які набрані в пакет.
Тарілки виготовлені з титанових сплавів і матеріалів з високими
антикорозійними властивостями. Вони мають спеціальну форму, яка
забезпечує велику площину теплообміну, та високу ефективність.
Водоопріснювальна установка А¥ОИ типу К виготовляється
фірмою у семи варіантах продуктивністю від 20 до 60 м3 за добу ви-
п*
163
5
Рис.7.16. Склад опріснювальної установки типу \¥Т)І1-К:
1 - випарник; 2 - конденсатор; 3 - вологовіддільник; 4 - насос опрісненої води; 5 - вхід забортної води; 6 солемір;
7- оглядовий ліхтар; 8,9 - вхід та вихід охолоджувальної прісної води від двигуна (гріючої води); 10 - вихід опріс-
неної води; 11 - ежектор
сокоякісної прісної води для забезпечення загальносуднових спожи-
вачів. Низький солевміст дозволяє використовувати здобуту прісну
воду як живильну у парових котлах.
Водоопріснювальна установка належить до типу вакуумних і є
утилізаційною, тому що використовує теплоту системи охолоджен-
ня головного двигуна, температура охолоджувальної води якого 60...
...80 °С. Глибина вакууму 90...95 % підтримується ежектором, який
входить до складу установки. При цьому морська вода випаровуєть-
ся при температурі 40...50 °С.
Живильна вода для дистиляції надходить із централізованої си-
стеми охолодження (рис.7.17) забортної води через клапан 5 до ви-
парника 1, де здійснюється процес випарювання води. Тарілки ви-
парника контактують з одного боку з морською водою, а з проти-
лежного боку з підігрітою прісною водою, яка надходить із систе-
ми охолодження двигуна. При цьому частина морської води пере-
Рис.7.17. Схема роботи опріснювальної установки типу АУВИ-К:
1 - випарник; 2 - конденсатор; З - ежектор; 4 - вологовіддільник; 5 - клапан пода-
вання води на дистиляцію; б - перепускний клапан прісної води; 7 - датчик соле-
міра; 8 - насос прісної води; 9 - цистерна опріснювальної води; 10 - трубопровід
відводу конденсату; 11,12- відвід та підвід забортної охолоджувальної води; 13,14-
відвід та підвід гріючої прісної води; 15 - прісна вода до загальносуднових спожи-
вачів; 16- повітря/пара; 7 7 - насос забортної води
165
творюється на пару, яка надходить до верхньої порожнини підігрівни-
ка, а потім виходить через задню відчинену стінку випарника. Морсь-
ка вода з великою концентрацією солей (розсіл) відводиться за борт
ежектором 3.
Пара із випарника надходить до конденсатора 2 через волого-
віддільник 4, де від пари відділяються краплини морської води, які
надходять у нижню частину випарника.
До теплообмінного пакета конденсатора 2 з його зовнішнього
боку підводиться охолоджувальна морська вода, яка омиває тепло-
обмінні тарілки з одного боку, а з другого до них надходить пара із
нагрівника. Пара конденсується у прісну воду, яка стікає у нижню
частину конденсатора.
Конденсат приймається насосом 8 та подається в цистерну прісної
води 9 через датчик солеміра 7. Якщо солоність прісної води переви-
щує задану величину (наприклад, 5 %о), то автоматично відчиняєть-
ся перепускний клапан 6 і прісна вода спрямовується до випарника
на повторне випаровування.
Контрольні завдання і питання
1. Назвіть основні споживачі теплової енергії на суднах.
2. На які групи в залежності від призначення та особливостей роботи поділя-
ються споживачі теплової енергії?
3. Які чинники визначають параметри пари, що виробляється допоміжною
енергетичною установкою?
4. Поясніть, як визначається температура забортної води та навколишнього
середовища при розрахунку навантаження споживачів теплоти.
5. Як розподіляються на групи за характером та тривалістю роботи спожива-
чів теплової енергії на суднах? Назвіть ці групи та відповідні їм споживачі.
6. Від чого залежать витрати пари по групах споживачів? Наведіть приклади.
7. Наведіть основні емпіричні залежності для визначення теплового наванта-
ження загальносуднових споживачів, які використовують при проектуванні
котельних установок.
8. Яке призначення допоміжних котлів? Назвіть найбільш поширений конс-
труктивний тип таких котлів.
9. Назвіть конструктивні та експлуатаційні особливості водотрубних автома-
тизованих котлоагрегатів типу КАВ. Які елементи входять до складу котло-
агрегатів такого типу?
10. Проаналізуйте основні параметри парових котлів типу КВ та КАВ.
11. Які особливості парових котлів типу КВ порівняно з котлоагрегатами КАВ?
12. При яких умовах продуктивність утилізаційного котла є достатньою для
забезпечення усіх потреб судна у парі та електричній енергії?
13. Назвіть елементи, які входять до складу утилізаційної енергетичної установки.
166
14. Як оцінюється ефективність утилізаційного котла?
15. На які групи за конструкцією поділяються водотрубні утилізаційні парові
котли?
16. Наведіть схему водотрубного утилізаційного котла з вертикальним розмі-
щенням змійовиків, який застосовується в установках з глибокою утиліза-
цією тепла.
17. Назвіть основні конструктивні особливості допоміжних та утилізаційних
котлів датського виробництва.
18. Охарактеризуйте значення основних параметрів утилізаційних водогрій-
них котлів.
19. Обгрунтуйте склад допоміжних парогенераторних установок.
20. Наведіть схему парогенераторної установки з сепаратором пари для тепло-
вого та електричного постачання судна.
21. Охарактеризуйте склад та взаємозв'язок елементів парогенераторної уста-
новки без сепаратора пари.
22. Яка добова потреба у прісній воді для різних типів суден? Обгрунтуйте
відповідь.
23. На які групи, в залежності від виду споживання на судні, поділяється прі-
сна вода?
24. Сформулюйте основні вимоги до питної, живильної та побутової прісної
води.
25. За допомогою яких елементів забезпечується функціонування одноступене-
вої вакуумної водоопріснювальної установки поверхневого типу? Як за-
безпечується розрідження у випарній ємності? Назвіть можливі джерела
підігріву та випаровування забортної води.
26. Наведіть схему двоступеневої водоопріснювальної установки для отримання
дистиляту та бідистиляту. Який елемент в наведеній схемі забезпечує під-
тримання вакуума у випарнику?
27. Які проблеми, пов'язані з забезпеченням робочого стану нагрівальних еле-
ментів, виникають у поверхневих ВОУ? Назвіть заходи, спрямовані на ви-
рішення цих проблем.
28. Охарактеризуйте схему одноступеневої ВОУ адіабатного типу з точки зору
її складу та експлуатаційних характеристик. Які теплоносії використову-
ються в адіабатних ВОУ? Назвіть витрати у таких установках електроене-
ргії на вироблення одної тонни дистиляту.
29. Які особливості компоновки утилізаційної ВОУ серії Д? Назвіть її продук-
тивність та граничний солевміст дистиляту.
ЗО. Охарактеризуйте склад, компоновку та основні характеристики опрісню-
вальних установок типу \УО Ь. При якій температурі відбувається випаро-
вування морської води?
167
Глава 8. СПОСОБИ ТА УСТАНОВКИ ЗАХИСТУ
НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА НА СУДНАХ
8.1. Види та характеристики суднових відходів
Працююча енергетична установка викидає в атмосферу випускні
гази, а в морське середовище - підігріту забортну воду з теплообмін-
них апаратів та нафтовмісні води.
Випускні гази забруднюють атмосферу та погіршують видимість.
Крім того, викиди вуглеводнів разом з опадами повертаються на
землю, а більша їх частина попадає в морське середовище. Це джере-
ло забруднення є найбільш розповсюдженим та небезпечним. Основ-
ною причиною забруднення морського середовища в нормальних
умовах експлуатації є скидання з суден нафтовмісних вод (НВВ). Ці
відходи утворюються внаслідок протікання від двигунів, арматури,
цистерн палива та масла і стікають у трюми машинних відділень (МВ),
де накопичуються у ллялах та збірних колодязях. Сюди також над-
ходять протікання прісної та забортної води через нещільності
з'єднань обладнання систем СЕУ, сальники арматури і насосів, про-
тікання при експлуатаційних ушкодженнях трубопроводів; вода від
конденсації водяної пари та відпотівання внутрішніх поверхонь кор-
пуса судна, продувки котлів та трубопроводів, балонів стисненого
повітря, маслоохолодників та ін. У лляла іноді скидають відстояну
воду із витратних паливних цистерн. Забортна вода може надходи-
ти через сальникові ущільнення дейдвудних пристроїв суднових ва-
лопроводів.
Надходження різних робочих речовин у лляла можливо внаслі-
док випадкових і аварійних ситуацій. Таким чином, лляльні води (ЛВ)
являють собою суміш робочих речовин: води, палива, масла. їх
кількість залежить від водотоннажності судна та його призначення.
Наприклад, при водотоннажності судна 1500 т лляльних вод може
накопичуватися до 5 м3/добу, а на судні водотоннажністю 10000 т -
20 м3/добу.
Проблема полягає в тому, що відкачувати за борт лляльні води
заборонено, тому з них насамперед необхідно відібрати шкідливі до-
мішки, а потім очищену воду скинути за борт. Лляльні води являють
собою складну суміш, яка важко піддається розділенню. Деякі ком-
168
поненти суміші згущуються і повільно осідають та налипають на
елементи набора корпуса. Основна маса нафтопродуктів знаходить-
ся на поверхні. У ходовому режимі судна вміст нафти на поверхні
складає 25...35 г/л і більше.
Другий шар, який складає більше 70 % загальної висоти ЛВ,
вміщує завислі нафтопродукти, які досить інтенсивно відстоюються
і мають нафтовміст 1300...1700 мг/л. Третій шар (25 % загальної ви-
соти ЛВ) складається з порівняно стійких емульгованих нафтопро-
дуктів з вмістом нафти менше 1000 мг/л. У четвертому (придонному)
шарі ЛВ вміст нафти становить 80...120 мг/л. Усе це дозволяє безпо-
середньо скидати ЛВ за борт без відповідної обробки.
Під час експлуатації на суднах накопичується значна кількість
відходів, що пов'язані з обслуговуванням судна та механізмів, а та-
кож життєзабезпеченням екіпажу та пасажирів.
Суднові відходи, які є одним із джерел забруднення морського
середовища, поділяються на дві групи-стічні води (СВ) і мусор. Група
СВ також поділяється на дві підгрупи. Перша підгрупа - власне СВ.
Це стоки та інші відходи з туалетів, пісуарів та унітазів, з раковин,
медичних приміщень (амбулаторій, лазаретів тощо), стічні води з
приміщень, в яких утримуються тварини, та інші стоки, якщо вони
перемішані з переліченими вище стоками. Друга підгрупа - госпо-
дарсько-побутові води (ГПВ). Це стоки із умивальників, душових,
ванн, шпигатів, прален, із моєк і обладнання камбузів та інших при-
міщень харчоблоку.
Видобування і переробка органічної і неорганічної сировини
вимагає використання води у виробничих процесах. Внаслідок цьо-
го виникають виробничі стічні води, об'єм яких перевищує об'єм
побутових стоків у декілька разів. Скидання СВ, що є однією з го-
ловних причин забруднення морського середовища, дає значне по-
гіршення умов життєдіяльності морських організмів. Внаслідок ски-
дання СВ морське середовище забруднюється нерозчинними речо-
винами, погіршуються фізико-хімічні властивості води та кисневий
режим, змінюється водневий показник рН, підвищується мінералі-
зація та вміст органічних речовин, токсичні речовини отруюють
мешканців водного середовища - це призводить до порушення про-
цеси його самоочищення та втрати цінних продуктів.
Основною причиною забруднення морського середовища за
нормальних умов експлуатації судна є скидання вод, що містять на-
фту. Нафта та нафтопродукти, потрапляючи до води, можуть роз-
169
пливатися у вигляді тонкої плівки на великій площі. Наприклад, 1 т
нафти може покрити до 12 км2 водної поверхні. Останніми дослід-
женнями, які проведені під керівництвом Магіпе Епуіготепї
Ргоіесііоп Соттіїее (МЕРС), установлено, що більше третини Світо-
вого океану покрито нафтовою плівкою, негативний вплив якої ви-
являється в тому, що вона перешкоджає обміну теплоти та вологи
між гідро- та атмосферою, тобто глобальному процесу, який регу-
лює клімат на планеті та визначає погоду; затримує проникнення
сонячних променів в глибину води, ослабляючи процес фотосинтезу
водоростей, які виробляють кисень; перешкоджає заглинанню ли-
чинками риб первинного повітря для заповнення плавального міху-
ра; є токсичною.
Господарсько-побутові води містять велику кількість органіч-
них і неорганічних домішок, бактеріальні, а також патогенні забруд-
нення, які викликають бактеріальні захворювання. У порівнянні зі
стічними, господарсько-побутові води вміщують велику кількість
синтетичних поверхнево-активних речовин, які характеризуються
більш високим значенням рН та меншою концентрацією хімічних і
бактеріальних компонентів.
Склад та режим надходження суднових СВ і ГПВ дуже відріз-
няється від складу та режиму надходження міських стоків.
Санітарними правилами установлені мінімальні норми СВ, а
також ГПВ на одну людину. Так, для суден групи І (пасажирських)
норма відходів складає 70 л/добу; вантажних, буксирів та ін. -
ЗО л/добу; для суден групи II - відповідно 50 і ЗО л/добу; для суден
групи III - відповідно ЗО і 25 л/добу; для суден групи IV - 15 і
10 л/добу відповідно.
Відповідно до вимог Конвенції МАРПОЛ 73/78 сміття (усі види
харчових, побутових і експлуатаційних відходів) необхідно постійно
або періодично видаляти.
При обслуговуванні судна та СЕУ виникають експлуатаційні
відходи. Це - використані ганчірки, дерево, гума, тара, метал, різні
фільтри (паперові, текстильні, синтетичні), прокладки та ін.
При проведенні вантажно-розвантажувальних робіт на судні з'яв-
ляється сміття. Для суден, які перевозять масові генеральні вантажі,
відходи становлять пересічно 1 т на 100... 150 т відпрацьованого ван-
тажу і складаються звичайно із сепараційно-пакувальних матеріалів.
При зміні вантажу сміття із трюмів необхідно видалити.
Кількість суднового сміття на одну людину визначається типом
170
судна, його розмірами та загальною кількістю людей. За даними ІМО,
середньодобова норма побутового твердого сміття становить 1.. .2 кг
на людину для вантажних суден і 2...З кг для пасажирських. Звичай-
но, на суднах щодобово утворюється 0,15...1,5 кг сухого сміття та
1,4...2 кг харчових відходів на людину. Для зіставлення норма нако-
пичування сміття для берегових умов складає 0,04...0,27 кг на люди-
ну за добу.
Відсотковий вміст складових сміття визначається призначенням
судна. Суднове сміття може плавати, тонути, розчинятися. Плаваю-
че сміття може бути нешкідливим, але коли воно викидається на берег,
може стати джерелом невідомих раніш захворювань або шкідників.
Це сміття може переноситися вітром та течією на значну відстань.
Сміття, що тоне, накопичується на морському дні і може шкідливо
впливати на природні умови життєдіяльності морської флори та
фауни. Розчинене сміття змінює колір води, насичує її речовинами,
для окіснення яких потребується велика кількість кисню, надає воді
і виловленій рибі неприємного запаху і смаку.
8.2. Обладнання для очистки нафтовмісних вод
Відповідно до вимог Міжнародної Конвенції з запобігання за-
брудненню з суден та протоколу до неї - Конвенція МАРПОЛ 73/78 -
всі судна, що будуються, обов'язково обладнують комплексом при-
родоохоронних установок.
На суднах існує декілька видів вод, що містять нафту: лляльні
води МКВ, баластні води паливних цистерн, баластні та мийні води
танкерів та рудовозів. Під час експлуатації СЕУ використовується
паливо, масла, прісна та забортна вода, які утворюють води, що
містять нафту та стікають до трюму МКВ і накопичуються у ллялах
та збірних колодязях.
У лляльних водах міститься до 80 % палива, до 30 % масел, до
5 % механічних домішок, а також поверхнево-активні речовини.
Води, що містять нафту, на суднах очищують у сепараторах ко-
алесцюючого, відцентрового та флотаційного типів, а також у дво-,
триступеневих сепараційних установках, де першим ступенем може
бути механічний фільтр або гравітаційний сепаратор, а інши ступені -
дві-три коалесцюючі приставки або фільтри та модулі з напівпро-
никних мембран.
Відповідно до Конвенції МАРПОЛ 73/78 ступінь очищення вод,
171
що містять нафту, в сепараційному устаткуванні повинний бути та-
ким, щоб вміст нафти на виході не перевищував 100 мг/л або 100 ча-
сток на мільйон для відкритих районів та 15 мг/л або 15 часток на
мільйон для особливих районів (Балтійське, Чорне, Середземне,
Червоне моря та Персидська затока).
Промисловість випускає відстійно-коалесцюючі сепаратори
типів СК та СКМ продуктивністю 1...10 м3/год, які відповідають
вимогам Конвенції для відкритих районів. При перебуванні суден в
особливих районах води, що містять нафту, накопичуються у збірних
цистернах, звідки передаються на плавучі приймальні станції, берег,
або після виходу судна з цих районів скидаються в море після оброб-
ки у сепараторах.
На рис.8.1 показано конструкцію та схему включення сепарато-
ра типу СКМ. Суміш, що містить нафту, з ллял насосом 9 подається
крізь фільтр 8 до підігрівника 1 і далі до порожнини відстою 2 та
порожнини суміші сепаратора 5. Каскадна перегородка З сприяє
відокремленню найбільш крупних часток нафтопродуктів, які спли-
вають до нафтозбірника 6, а суміш надходить до наружної поверхні
фільтроелементів 4, що являють собою порожнисті циліндри з напи-
леного поліпропилену. Вода продавлюється крізь шар поліпропіле-
ну, а частки нафтопродуктів, що мають розміри значно більші за
розміри пор, укрупнюються та спливають до нафтозбірника б. Реш-
та часток нафтопродуктів адсорбується порами фільтроелементів.
Вода, яку очищено від нафтопродуктів, надходить через каскадну
Рис.8.1. Конструкція та схема включення сепаратора типу СКМ
172
перегородку 3 до порожнини очищеної води 7 і далі до системи авто-
матизованого контролю.
Ступінь очищення до моменту граничного насичення об'єму пор
достатньо високий, але потім він різко знижується. Каскадна пере-
городка не забезпечує належного ступеня очищення, тому значна ча-
стина нафтопродуктів надходить до фільтроелемента, насичуючи
його. На поверхні фільтроелемента відбуваються такі ж процеси осі-
дання та проникнення до його пор механічних домішок, які не влов-
лено фільтром 8. Усе це призводить до зниження очисної здатності
сепаратора та ресурсу фільтроелементів.
Сепаратор ТУРБУЛО типу ТС8-НВ (ТПКВПЬО-сотрасі 8ера-
гаіог-Ні§1і Віеп8йу) є новішою розробкою фірми "Блом і Фосс АО"
в галузі природоохоронного обладнання. Він повністю відповідає
вимогам Міжнародної Конвенції з запобігання забрудненню моря з
суден МАРІЮЛ 73/78. Під час його випробувань на важкому мотор-
ному паливі густиною більше 0,98 г/мл і в'язкістю вище 440сСтпри
температурі 37,8 °С установлено, що остаточний вміст нафти в очи-
щеній воді нижче 5 мг/л.
На рис.8.2 показано розріз та загальний вигляд сепаратора
типу ТС8-НО. Відмінність цього сепаратора полягає в тому, що він
не має фільтроелементів, простий в обслуговуванні при великих інтер-
валах профілактичних оглядів. Працює у повністю автоматизова-
Рис.8.2. Загальний вигляд сепаратора лляльних вод типу ТС8-НВ (а) та
його розріз (б)
173
Принцип дії сепаратора полягає у гравітаційному поділі середо-
вищ, а також в очищенні за допомогою олеофільних коалесцюючих
елементів. Нафтовмісні води спеціальним насосом, який установле-
но на виході з сепаратора, прокачуються через нього.
Відсепарована нафта автоматично скидається з нафтозбірного
відсіку за допомогою системи регулювання рівня при підведенні
прісної або забортної води.
Технічні характеристики сепараторів ТС8-НП наведені у
табл.8.1.
Таблиця 8.1. Технічні характеристики сепараторів типу ТС8-НВ
Типорозмір ТС8-НП 0,25 0,5 1,0 2,5 5,0 10
Пропускна спроможність, м3/год 0,25 0,50 1,0 2,5 5,0 10,0
Маса порожнем, кг 172 174 275 450 680 1160
Маса заповненого сепаратора, кг 222 224 415 830 1410 2550
Електропідігрів, кВт 0,8 0,8 1,5 2,0 3,0 6,0
Діаметр вхідної труби, дюйм КГ' К1" КІ1//' К2" К2 72" К272"
Діаметр вихідної труби, мм 25 25 25 40 40 50
Діаметр спускної нафтової труби, мм 25 25 40 40 50 65
Діаметр труби підводу води, дюйм К72" К72" к72" к72" к72" к74"
діаметр 375 375 500 755 1015 1360
висота 1087 1087 1237 1243 1253 1267
8.3. Обладнання для знищення нафтових та твердих залишків на
суднах
Для запобігання забрудненню морської води всі судна обладну-
ються цистернами для збирання стічних вод та установками для їх
обробки. Тільки після належної обробки стічні води можуть бути злиті
за борт у будь-якій акваторії. На суднах використовуються установ-
ки біохімічного очищення та знезаражування з різноманітними спо-
собами обробки. Так, наприклад, принцип дії установок ЛК-30, -50,
-80, -100 (цифра означає чисельність людей на судні) ґрунтується на
очищувальній дії аеробних бактерій, що утворюються внаслідок
аерації в активному мулі; установки "Нептуматик" продуктивністю
12...28 м3/год та споживаною потужністю 5...6 кВт використовують
принцип флотації; установки типу ОС з електрохімічним способом
очищення випускаються з продуктивністю 2...25 м3/год та потужні-
стю 4,3...10 кВт.
174
Акціонерне товариство "Саден і Викандер" розробило та випус-
кає установки для очищення і знезаражування суднових стічних і
господарсько-побутових вод, які відповідають усім вимогам Міжна-
родної Конвенції: ІМКО 1973 р. і Конфенцїї по захисту морського
середовища району Балтійського моря. Установка призначена для
суден з кількістю персоналу або пасажирів від 10 до 2000 осіб. Це
установка обробки стічних вод "Нептуматик" типу МОС (М -
Месіїапісеї - механічна, О - охібаїіоп - окислювальна, С - сііетісаі -
хімічна обробка).
Установкою "Нептуматик МОС" (рис.8.3) можуть комплектува-
тися судна усіх типів. Виробляються три основні моделі: для суден,
які тільки будуються, вже існуючих та пасажирських суден.
Рис.8.3. Схеми установки для очищення та знезаражування стічних вод
типу "Нептуматик МОС":
1 - збірна цистерна; 2 - датчик управління процесом; З - надходження стічних вод;
4 - випуск повітря; 5 - циркуляційний насос; 6 - пневмоцистерна; 7 - ежектор; 8 -
підвід повітря; У-відвід шламу; 10- підвід повітря; 11 - випуск очищеної води; 12 -
флотаційний бак; 13 - підвід дезинфекційного засобу; 14 - підвід флокуючого
реагента; 15 - розширювальна цистерна; 16 - насос-подрібнювач
Обробка вод виконується трьома ступенями. На першому сту-
пені (механічному) забруднення подрібнюються спеціальним насо-
сом, який перекачує рідину декілька разів через самоочисний сітча-
стий фільтр. На другому ступені (окиснення) брудна вода циркуля-
ційним насосом подається під тиском в зачинену цистерну, звідки
вона ежектором знову повертається у розширювальну цистерну, а
частина надходить у флотаційний бак на хімічну обробку. Повітря,
усмоктуване в систему ежектором, змішується з забрудненою водою
і таким чином збагачує її киснем. При цьому відбувається швидке
175
біологічне розкладання органічних забруднень, внаслідок цього до-
сягається значне зниження граничної концентрації.
На останньому ступені - хімічна обробка і сепарація - до потоку
вводиться безперервно флокуючий реагент, наприклад хлористе за-
лізо, під впливом якого відбувається прилипання забруднення і
утворюються великі пластівці (флокуляція). Пластівці підхоплюють-
ся повітряними бульками та спливають на поверхню.
Спливаючі маси із флотаційного бака за допомогою скребкової
нескінченної стрічки через спеціальний отвір виводяться у цистерну
шламу для зберігання. Потім шлам подається для спалювання в інси-
нератор або видається на берег.
Очищена вода за допомогою відбивальних листів відводиться у
нижню частину флотаційного бака і потім - за борт.
Установка "Нептуматик МОС" працює повністю автоматично.
Весь процес управляється вимикачем рівня, який розташовано у
вхідній цистерні.
Для запобігання забрудненню моря експлуатаційними та побу-
товими відходами судна обладнують контейнерами для збирання та
зберігання відходів, сміттєспалювальними печами та допоміжними
котлами-печами. При встановленні сміттєспалювальної печі, в якій
відходи термічно знешкоджуються, підвищується витрата палива,
збільшується небезпека пожежі на судні та потрібна додаткова пло-
ща. Тверді або (та) рідкі відходи спалюються в універсальних печах,
що набули найбільшого поширення. Ос-
новні показники цих печей: продуктив-
ність по твердих відходах 10...350 кг/год,
рідких - 10... 150 кг/год; витрата палива
8...18 кг/год; споживана потужність
2...18 кВт; об'єм 1,6...23 м3; площа 0,8...
...4,8 м2; питоме теплове навантаження
42...500 МДж/(м3-год) за об'ємом та 188...
...775 МДж/(кг-год) за масою.
На рис.8.4 наведено принципову схе-
му суднової інсинераторної установки з
піччю СП-50. Установка складається з вуз-
ла підготовки відходів та печі для їх спа-
лювання. Вузол підготовки працює таким
чином. Обводнена суміш нафтовідходів
подається патрубком 4 до змішувальної
176
Рис.8.4. Схема суднової
інсинераторної установ-
ки з піччю типу СП-50
цистерни 2, де за допомогою парової грілки 1 суміш підігрівається
до 60...70 °С та ретельно змішується циркуляційним насосом-емуль-
гатором З за схемою: насос 3 - клапан 5 - цистерна 2 - насос 3.
При багаторазовому проходженні суміші нафтовідходів через
насос 3 вона подрібнюється на найдрібніші крихти та утворює емуль-
сію, придатну до спалювання у камері згоряння. Емульгована суміш
подається насосом-дозатором б до повітряно-механічної форсунки
9, крізь яку розпилюється. Для пуску камери згоряння та наступного
підтримання режиму горіння суміші нафтовідходів передбачено фор-
сунку 11 з електрозапалюванням 10, яка працює на рідкому паливі,
що подається насосом 7.
Для підтримання горіння нафтовідходів та рідкого палива по-
вітря подається дуттєвим пристроєм 8. Тверді відходи завантажу-
ють до камери згоряння через лаз 13; повітря для спалювання цих
відходів надходить з атмосфери по каналах 16, утворених у нижній
частині камери згоряння. Повітря засмоктується витяжним венти-
лятором (димососом) 12, який створює розрідження у камері згорян-
ня та здійснює відсмоктування (викид) до атмосфери продуктів гор-
іння, а також забезпечує охолодження зовнішніх частин печі в просвіті
між корпусом 14 та вогнетривкою кладкою 75. Далі повітря змішуєть-
ся з випускними газами та знижує температуру на вході в димосос 12
до допустимого рівня (близько 300 °С).
Характеристики суднової печі СП-50: продуктивність по твердих
та рідких відходах по 50 кг/год; витрата рідкого палива 6,5... 13 кг/год;
площа 1,77 м2; об'єм 3,2 м3; суха маса 2800 кг.
Сміття можна спалювати в установці, що виступає як комбіна-
ція допоміжного котла та суднової печі, одна з переваг якої полягає
в тому, що для роботи печі може бути використано наявне устатку-
вання допоміжного котла.
Установка, що переробляє сміття, являє собою комбінацію до-
поміжного котла та суднової печі. Для роботи печі може використо-
вуватися обладнання штатного суднового допоміжного котла. Така
установка типу АС-10 розроблена датською фірмою "Ас11Ьог§ Сізегу
Іпїегпаїіопаї N8" на основі водотрубного котла паропродуктивні-
стю 1,37...3,75 т/год. В ній спалюють тверді та рідкі відходи. Час го-
ріння 4...6 мішків сміття об'ємом по 0,05...0,075 м3 складає 4...6 год
при температурі 650...750 °С.
Піч являє собою прибудову до котла, в якій спалюються тверді
відходи одночасно з роботою котла на рідкому паливі. Топка при-
177
12-341
строю обладнана спеціальною вигородкою, яка відділена від основ-
Рис.8.5. Вертикальний водотрубний котел-
піч з додатковою камерою для спалюван-
ня твердих відходів і нафтопродуктів
ного об'єму котла сталевим листом або вогнетривкою кладкою з от-
ворами у верхній та нижній частинах. Через малу кількість отворів
тверді відходи піддаються процесу, близькому до піролизу, а утво-
рені гази надходять в основну топку та згоряють.
Нафтовмісні відходи розбризкують у додатковій топці спеціаль-
ною форсункою ротаційного типу (однотипною з основною). В печі
можна спалювати нафтовмісні відходи зі вмістом до 50 % прісної та
35 % морської води та твердих частин діаметром до 3 мм.
Випускаються такі модифікації установки:
А 10/12 А\У (рис. 8.5)-вертикальний
водотрубний котел-піч для спалювання
твердих відходів та відпрацьованого мас-
ла (паропродуктивністю 0,6...6,3 т/год);
Ар-10/12 - верти-
кальний водотрубний ко-
тел-піч для спалювання
тільки відпрацьованого
масла (паропродуктивні-
стю 0,6...6,3 т/год);
Ар-10/21АУ - верти-
кальний водотрубний ко-
тел-піч для спалювання
твердих камбузних від-
ходів та відпрацьованого
масла (паропродуктивні-
стю 6,3...8,0 т/год).
Багатоцільові печі можуть використовуватися разом з генерато-
ром інертного газу (ГІГ).
Контрольні завдання і питання
1. Охарактеризуйте шкідливі для навколишнього середовища викиди суднової
енергетичної установки.
2. Як впливають випускні гази СЕУ на навколишнє середовище?
3. Поясніть причини та умови утворення нафтовмісних вод.
4. Який склад лляльних вод? Від чого залежить їх кількість? Наведіть приклади
кількості можливого добового накопичування таких вод на судні.
5. Розгляньте лляльні води як суміш компонентів. Проаналізуйте вміст нафти
у окремих шарах лляльних вод.
6. На які групи поділяються суднові відходи? Який їх вплив на навколишнє
середовище?
178
7. Назвіть мінімальні добові норми стічних та господарсько-побутових вод,
що утворюються на судні, на одну людину.
8. Які середньодобові норми побутового твердого сміття встановлені для суден?
9. Охарактеризуйте необхідний ступінь очищення нафтовмісних вод стосовно
до вимог Конвенції МАРПОЛ ’ІЗП^.
10. Поясніть принцип дії та загальну будову коалесцюючих сепараторів.
11. Які чинники приводять до зниження очищувальної здатності коалесцюю-
чих сепараторів?
12. Охарактеризуйте особливості сепараторів типу ТУРБУЛО.
13. Проаналізуйте принципи знезараження стічних вод, які реалізовані у відпо-
відних суднових установках.
14. На прикладі установки для очищення води та знезаражування стічних вод
типу "Нептуматик" обгрунтуйте необхідність багатоступеневої обробки та-
ких вод.
15. Детально розгляньте процеси, що протікають на стадії окиснення брудних
вод в установках типу "Нептуматик".
16. Назвіть основні узагальнені експлуатаційні характеристики сміттєспалю-
вальних печей та установок.
17. Розгляньте схему суднової інсинераторної установки з піччю типу СП-50,
проаналізуйте її склад та призначення окремих елементів.
18. Як забезпечується емульгування нафтовмісних вод при спалюванні їх у печах
типу СП-50?
19. З яким граничним вмістом води можуть спалюватись у судновому облад-
нанні нафтовмісні води?
20. Які принципи знешкодження твердого сміття застосовують на суднах?
21. Використовуючи матеріали, викладені у спеціалізованих періодичних ви-
даннях, рекламно-інформаційних проспектах, а також специфікації суден,
що проектуються або будуються, матеріали спеціалізованих сайтів Іпіегпеі:
проаналізуйте шляхи удосконалення пристроїв захисту навколишнього сере-
довища на сучасних суднах;
розгляньте нові оригінальні проектні рішення, які реалізовані у таких пристроях;
оцініть зменшення навантаження на навколишнє середовище за рахунок під-
вищення ефективності суднових очищувальних пристроїв.
12*
Глава 9. СУДНОВІ ПЕРЕДАЧІ ТА МУФТИ
9.1. Характеристики передач
Передачами називають пристрої, за допомогою яких енергія
двигуна передається споживачу - машині, рушію. У СЕУ розрізня-
ють головні та допоміжні передачі. Головні призначені для переда-
вання енергії від ГД до рушіїв, а допоміжні - від ДД (дизелів, турбін,
електродвигунів) до машин і механізмів допоміжного призначення
(електрогенераторів, компресорів, насосів).
Сучасні суднові передачі мають деякі особливості, до яких відно-
сять їх здатність передавати обертальний момент та частоту обер-
тання без змін, змінювати тільки частоту обертання або одночасно
момент і частоту. Ці особливості можна оцінити двома показниками:
коефіцієнтом трансформації обертального моменту
К = М2ІМХ,
де Мг та М2 - обертальні моменти на вхідному та вихідному валах
відповідно;
передаточним числом
і - пхІп2,
де та п2 - частоти обертання вхідного та вихідного валів відпо-
відно.
Усі передачі в залежності від змін зазначених показників на різних
режимах роботи двигунів та рушіїв можна поділити на три групи:
передачі, що забезпечують за будь-яких умов роботи гребного
гвинта та двигуна сталість коефіцієнта трансформації моменту та
передаточного числа (К - сопзї, і - сопзї). Це властиве одношвидкіс-
ним механічним передачам, до яких належать зубчасті редуктори,
кулачкові та фрикційні муфти, шинно-пневматичні муфти. Найбільш
простий варіант такої передачі - безпосереднє з'єднання МОД з суд-
новим валопроводом - зветься прямою передачею (К = 1 та і = 1);
передачі, що забезпечують за будь-яких умов роботи гвинта та
двигуна сталість коефіцієнта трансформації момента та змінне пере-
даточне число (К - соп8Ї, і - уаг). Це гідродинамічні та електро-
магнітні муфти ковзання;
180
передачі, що забезпечують зміну передаточного числа та коефі-
цієнта трансформації момента (К - уаг, і - уаг). Одночасна зміна К
та і за різних умов роботи гвинта та двигуна спостерігається у гідро-
трансформаторах, гідростатичних системах та електричних переда-
чах, а також у багатошвидкісних зубчастих редукторах. У гідро-
трансформаторах та електричних передачах К та і змінюються
плавно, а в багатоступінчастих передачах - ступінчасто.
Головні передачі поділяються на прямі, при яких не відбуваєть-
ся трансформація обертального момента, що передається, та непрямі,
що передбачають трансформацію обертального момента.
Прямі передачі бувають жорсткими, якщо фланець вала двигу-
на жорстко з'єднано з фланцем суднового валопроводу, та еластич-
ними, якщо між двигуном та валопроводом встановлено еластичну
муфту (електромагнітну, гідравлічну, пневматичну та ін.).
Непрямі передачі можуть бути механічними, якщо трансформа-
ція обертального момента двигуна здійснюється механічними при-
строями (зубчастими редукторами), гідравлічними (гідростатични-
ми та гідродинамічними) - при трансформації обертального момен-
та за допомогою гідравлічних трансформаторів або об'ємних насо-
са і мотора, електричними - при трансформації момента за допомо-
гою електричних машин.
Розрізняють передачі і залежно від того, чи відбувається в них
трансформація виду енергії:
без трансформації виду енергії, що передається (прямі та всі типи
механічних передач);
з трансформацією виду енергії (гідродинамічні та електричні
передачі);
комбіновані, які складаються з елементів з трансформацією та
без трансформації виду енергії, що передається (різноманітні комбі-
нації прямих, механічних, гідродинамічних та електричних передач).
У деяких передачах, окрім того, може відбуватися підсумовуван-
ня потужності декількох двигунів або, навпаки, поділення потуж-
ності одного двигуна на декілька (наприклад, два) потоки. Від типу
передачі багато в чому залежать експлуатаційні властивості та по-
казники СЕУ в цілому.
Прямі передачі застосовуються головним чином в установках з
МОД при п - 60. ..120 об/хв. На невеликих морських суднах, а також
суднах типу "ріка-море", рибальських траулерах та буксирах можуть
застосовуватися прямі передачі з СОД при п - 200...З50 об/хв. При
181
цьому можливі такі варіанти: вихідний фланець реверсивного дизе-
ля жорстко (або еластично) з'єднаний через валопровід з ГФК; вихід-
ний фланець нереверсивного дизеля з'єднаний через валопровід з ГРК.
Прямим передачам в ДУ при всіх позитивних якостях притаманні
також істотні недоліки: відхилення від оптимального значення
знижує пропульсивний ККД головної ЕУ г|ГЕу; при використанні
МОД установки з прямими передачами мають незадовільні масога-
баритні показники; складність або неможливість привода допоміж-
них механізмів (валогенераторів, насосів та ін.) від ГД.
Незважаючи на зазначені недоліки, ДУ з МОД та прямою пере-
дачею є основними на суднах транспортного флоту, що пояснюєть-
ся конструктивною простотою та високою надійністю передачі; ви-
соким ККД передачі; високою економічністю ГД та можливістю
використання відносно дешевих важких сортів палива; відносно
низькими експлуатаційними витратами; значним ресурсом.
До складу прямої передачі входять муфти та валопровід. За кон-
структивним виконанням муфти можуть бути жорсткими та пруж-
ними. Потужні крейцкопфні дизелі звичано з'єднуються з валопро-
водом тільки за допомогою жорстких фланцевих муфт. В багато-
вальних установках з МОД іноді використовують з'єднувально-
роз'єднувальні муфти, вмикати та вимикати які можна тільки під час
стоянки.
Призначення пружних муфт у прямих передачах:
з'єднання валопроводу з двигуном, установленим на амортиза-
торах;
зменшення навантажень на елементи валопроводу та колінча-
стого вала при деформаціях корпуса судна (при вітровому хвилю-
ванні та при вантажно-розвантажувальних операціях);
полегшення центрування;
зменшення рівня структурного шуму двигуна.
9.2. Механічні передачі
Серед багатьох відомих передач в СЕУ найчастіше використо-
вуються механічні, гідравлічні, електричні та комбіновані.
Як механічні найчастіше використовуються зубчасті передачі з
постійним передаточним числом. Зубчасті передачі, які знижують
частоту обертання, називають редукторами, а такі, що підвищують
частоту обертання, - мультиплікаторами.
182
Редуктори широко застосовуються в турбінних та дизельних ус-
тановках. їх перевагами є відносно малі втрати потужності, що пе-
редається, компактність та висока надійність.
За допомогою редуктора на суднах здійснюються привод одно-
го гребного гвинта від декількох двигунів, двох гвинтів від одного
двигуна (розподільний редуктор), а також привод різних допоміж-
них механізмів (валогенераторів, насосів та ін.).
Зубчасте зачеплення в суднових передачах звичайно виконують
косозубим двовінцевим з протилежним нахилом зубців. На відміну
від зачеплення з прямими зубцями такі передачі мають меншу
шумність. Передачі розташовуються у закритих зварних корпусах
та мають примусово-циркуляційну систему змащування.
Типи та конструкції суднових редукторів досить різноманітні,
їх виконують одно- або багатоступінчастими з циліндрічними сту-
пенями з зовнішнім зачепленням та з планетарними ступенями. Ре-
дуктор тільки з циліндричними ступенями зовнішньго зачеплення
називають перебірним, тільки з планетарними ступенями - плане-
тарним, а якщо він містить в собі і ті й інші ступені, - планетарно-
перебірним.
Одно-, дво-, три- та чотиримашинні дизель-редукторні установ-
ки одно- та двовального виконання можуть відрізнятися наявністю
окремо установленого або вбудованого в редуктор упорного підшип-
ника, а також конструкцією вмонтованих або окремо установлених
з'єднувально-роз'єднувальних муфт.
Перебірніредуктори одномашинних агрегатів звичайно викону-
ють одноступінчастими зі зміщенням ведучого та веденого валів в
одній вертикальній або горизонтальній площині. На рис.9.1 зобра-
жено один з можливих варіантів редуктора зі зміщенням валів у вер-
тикальній площині. Проте, якщо необхідно забезпечити співвісне роз-
ташування двигуна та валопроводу, застосовують двоступінчасті
конструкції редукторів.
Перебірні редуктори одномашинної установки випускаються на
потужності до 10 МВт. При більшій потужності двигунів з метою
підвищення надійності та зменшення габаритів застосовують редук-
тори з розподілом потужності на два потоки та подальшим їх зве-
денням на ведений вал. Схему одного з можливих варіантів конст-
руктивного виконання такого редуктора показано на рис.9.2. Обер-
тальний момент ведучої шестерні 1, розподілений між двома колеса-
ми З першого ступеня, передається через торсіонні вали 2 на шес-
183
терні 4 другого ступеня і далі на головне колесо 6 редуктора. Осі всіх
шестерень і колес розташовані у горизонтальній площині. До редук-
тора вмонтовано упорний підшипник 5.
Рис.9.1. Одномашинний редуктор зі зміщен-
ням валів у одній вертикальній площині:
1,7 ведучий і ведений вали; 2 - корпус; 3,5,6,10,12 -
опорно-упорні підшипники; 4,11 - колесо і шестер-
ня; 8 - масляний насос; 9 - привід масляного насоса
Рис. 9.2. Схема редуктора
з розподілом потужності,
що передається на два по-
токи
На рис.9.3 показано поперечний переріз двоступеневого одно-
машинного редуктора.
В багатомашинних дизельних та газотурбінних установках ви-
користовують підсумовуючі редуктори, які об'єднують для роботи
на один гвинт від двох до чотирьох двигунів. Найбільшого поши-
рення набули двомашинні редуктори, які застосовуються в СЕУ з
СОД (рис.9.4). Особливістю цього редуктора є те, що ведучий вал
виконано торсіонним та він приєднується до ведучої шестерні за до-
помогою вбудованої муфти. Така конструкція забезпечує плавне та
еластичне з'єднання двигуна з редуктором, а це сприятливо впливає
на роботу зубчастого зачеплення та підшипників.
У конструкції редуктора передбачені вузли відбору потужності
на ВГ через мультиплікатор та з'єднувально-роз'єднувальну кулач-
184
Рис.9.3. Двоступеневий одномашинний редуктор:
1 - корпус; 2,7,10,17-колеса і шестерні; 3,6,13 - ведучий, проміжний і ведений вали;
4,5,8,9,11,12,16-опорно-упорні підшипники; 14- масляний насос; 15- привід насоса
Рис.9.4. Конструкція двомашинного підсумовуючого редуктора з двома
валовідборами:
1 - фланець для приєднанння до валопроводу; 2 - фрикційна муфта; 3 - вал відбору
потужності на ВГ; 4 - з'єднувально-роз'єднувальна кулачкова муфта; 5 - мульти-
плікатор; 6 - вал ГД; 7 - упорний підшипник
185
кову муфту. В носовій частині редуктора вмонтовано головний упор-
ний підшипник валопроводу.
Реверсивні редуктори (реверсредуктори) застосовуються з нере-
версивними дизелями при потужності суднових дизельних устано-
вок до 4 тис. кВт. Реверсивні редуктори турбінних установок мо-
жуть мати значно більшу потужність. У редукторі з зовнішнім ци-
ліндричним зачепленням реверсування приводного вала виконуєть-
ся за допомогою двох переборів шестерень: один для переднього ходу,
другий - для заднього. Перебори шестерень включаються за допо-
могою дискових фрикційних муфт. ККД таких реверсредукторів
становить від 0,9...0,92 для триступінчастих до 0,965...0,975 - для
од ноступінчастих.
На рис.9.5 зображені дві типові схеми реверсивних зубчастих пе-
редач. В одній з них (рис.9.5,а) для забезпечення заднього ходу за-
стосована проміжна (паразитна) шестірня 4, а в другій - диференці-
ал 11. Для роботи редуктора "Вперед" підключається муфта 7 і вик-
лючається муфта 6, а для роботи "Назад" - навпаки, підключається
муфта б і виключається муфта 7. Особливість цієї реверсивної пере-
дачі полягає в застосуванні еластичної муфти 2, розташованої між
маховиком (або фланцем) 1 двигуна та редуктором. Еластична муф-
та сприяє обмеженню пика крутного моменту валопроводу при його
а б
Рис.9.5. Схеми реверсивних зубчастих передач:
а - з паразитною шестірнею; б з диференціалом; 1 - маховик; 2 - еластична муфта;
З - ведуча шестірня заднього ходу; 4 - паразитна шестірня; 5 - ведена шестірня зад-
нього ходу; 6 - муфта заднього ходу; 7- муфта переднього ходу; 8 - ведена шестірня
переднього ходу; 9,10 - шестірня і колесо редуктора другого ступеня; 11 -
диференціал; 12 - ведений вал; 13 - ведуча шестірня переднього ходу
186
коливаннях та амплітуди вібрації при роботі передачі з частотами
обертання, близькими до критичних.
Особливістю сучасних суднових ГТУ є їх велика одинична по-
тужність та висока частота обертання силової турбіни (4000...
... 5000 об/хв). Одночасно для одержання високого значення ККД про-
пульсивного комплексу потрібно зменшення частоти обертання суд-
нового рушія до 80... 100 об/хв. Задовольнити ці вимоги використан-
ням редуктора переборного типу неможливо через значне збільшен-
ня редукторного колеса.
Найбільш поширені схеми планетарних редукторів наведені на
рис.9.6.
а б в г
Рис.9.6. Схеми планетарних передач:
а - з закріпленим епіціклом; б - з закріпленим водилом;
в - з закріпленою сонячною шестірнею; г - двоступінчаста реверсивна
До складу кожного планетарного редуктора входять три основні
елементи:
центральна сонячна шестірня 4, що насаджена на ведучий вал
(за винятком схеми "в");
епіцикл - колесо 3 з внутрішнім зачепленням;
водило І, на вісях якого обертаються зубчасті шестерні 2 (сате-
літи).
Якщо закріпити (за допомогою стрічкових гальм) епіцикл або
сонячну шестірню, то напрямки обертання ведучого та веденого валів
однакові; при закріпленні водила напрямок обертання веденого вала
протилежний напрямку обертання ведучого валу.
На рис.9.6,г зображена двоступінчаста реверсивна передача, до
складу якої входять два планетарні ступені. Перша ланка передачі
складається з епіцикл а 10 першого ступеня та сонячної шестірні 5
другого ступеня. Епіцикл 7 другого ступеня та водило б першого
ступеня складають другу ланку. Для гальмування (стопоріння) епі-
187
цикла 10 та водила б можуть застосовуватися гальмівні барабани 8
та 9. При зупинці епіциклу 10 напрямки обертання ведучого та веде-
ного валів однакові, при зупинці водила б - протилежні.
Застосування планетарних зубчастих редукторів дозволяє вирі-
шити цю проблему та одержати значну вигоду за масогабаритними
показниками. Особливістю цих редукторів є співвісність вала двигу-
на та валопроводу, а також розподіл потужності, що передається на
декілька потоків, та значно менші діаметри зубчастих колес, ніж у
звичайних редукторів. Для підвищення передаточного числа плане-
тарні передачі комбінують зі звичайними зубчастими передачами,
утворюючи таким чином планетарно-перебірні редуктори.
9.3. Гідравлічні передачі
Гідравлічна передача являє собою сукупність гідравлічних ме-
ханізмів, за допомогою яких енергія обертання ведучого вала пере-
дається до веденого. Залежно від принципу роботи розрізняють гідро-
динамічні та гідростатичні передачі.
У гідродинамічній передачі енергія ведучого вала передається до
веденого за рахунок швидкісного (динамічного) напору циркулюю-
чої гідравлічної рідини (масла, води або різних сумішей). Гідроди-
намічна передача складається з відцентрового насоса та гідротур-
біни, зближених таким чином, що їх колеса утворюють тороподібну
порожнину, заповнену робочою рідиною. Залежно від конструкції
та призначення гідродинамічні передачі поділяють на гідромуфти
та гідротрансформатори.
Гідромуфти використовують для передачі обертального момен-
ту ведучого вала до веденого без зміни величини та знаку моменту.
Гідротрансформатори призначені для передавання обертального
моменту від двигуна до рушія при зміні величини, а в ряді випадків
і знаку цього моменту.
Конструктивну схему гідромуфти наведено на рис.9.7. Колесо
відцентрового насоса 1 жорстко закріплене на ведучому валу 5 дви-
гуна. Для більшої герметичності муфти колесо насоса за допомогою
болтів з'єднано з кожухом 2, що обертається та має ущільнення по
веденому валу 4. Колесо З гідротурбіни насаджено на ведений вал 4.
Колеса насоса та турбіни мають звичайно плоскі радіальні лопатки.
Робоча порожнина гідромуфти заповнюється робочою рідиною (як
правило, мінеральним маслом).
188
Якщо гідромуфта заповнена рідиною, то остання під дією відцен-
трових сил при обертанні колеса насоса буде переміщатися вздовж
лопаток від центра до периферії, набуваючи кінетичної енергії. Потім
рідина надходить до лопаток гідротурбіни, де кінетична енергія ріди-
ни перетворюється на механічну роботу веденого вала. Якщо з муф-
ти випустити робочу рідину, то ведений вал 4зупиниться (при працю-
ючому ведучому валу 5).
На рис.9.7щ наведені характеристики гідромуфти М -/(5) при
різних ступенях її наповнення рідиною є (від 0 до 1,0) і сталій частоті
обертання двигуна. Тут 5 = [(и1 - п2)Іп] 100 % = (1 - и^и^ЮО % -
ковзання гідромуфти; и1 та /?2 - відповідно частота обертання насос-
ного та турбінного колеса. На номінальному режимі при повному
заповненні гідромуфти (є = 1) ковзання становить 2...З %.
Точка А відповідає номінальному режиму роботи установки при
повністю заповненій муфті і в той же час є точкою перетину номі-
нальної характеристики гребного гвинта (крива 7) з навантажуваль-
ною характеристикою муфти (крива 2), яка відповідає номінально-
му значенню обертального моменту М = 1. При зміні наповнення
муфти є момент на веденому валу та частота його обертання /?2
зменшуються (точки А , А , А ). Отже, змінюючи наповнення муфти,
можна регулювати у певних межах ковзання 5* та частоту обертання
гребного гвинта.
Гідравлічний ККД гідромуфти можна визначити за формулою
п - N /М - М, пА(М,пА - п.Іп,,
Ігм т н 2 2 г 1 І7 2 1’
189
де Дї та ТУн - потужність на турбінному та насосному колесах; Л/2 =
= 7И1 внаслідок того, що обертальний момент у гідромуфті передаєть-
ся без зміни:
5* = (1-г|гм)-100 % ; г|гм = 1 - (57100).
При 5 = 2...З % г|гм = 0,97...0,98.
З урахуванням втрат на тертя у підшипниках, ущільненнях і втрат
на вентиляцію, які враховуються механічним ККД Пмех, повний ККД
гідромуфти становить
ті = ті ті .
*п.м 1гм 1мех
Гідромуфти використовують для еластичного зв'язку між двигу-
ном та рушієм (двигуном та редуктором), зменшення впливу кру-
тильних коливань у системі валопроводу, а також для деякого зни-
ження частоти обертання, вмикання та вимикання рушія при необ-
хідності. Час вмикання муфти складає приблизно 7 с, а час її вими-
кання - близько 3 с. Якщо при передачі обертальний момент пови-
нен змінюватися за величиною, використовують гідротрансформа-
тор переднього ходу, а якщо одночасно повинен змінюватися і знак
моменту - гідротрансформатор заднього ходу. При використанні
обох цих трансформаторів отримують гідрореверсивну передачу.
Основна різниця гідротрансформатора та гідромуфти полягяє в
тому, що у першого між колесами насоса та турбіни встановлено не-
рухомий спрямовуючий апарат, жорстко зв'язаний з корпусом пере-
дачі. Шляхом надання відповідної форми лопаткам спрямовуючого
апарата можна істотно змінювати момент кількості руху робочої ріди-
ни перед надходженням її до колеса турбіни і, таким чином, змінюва-
ти величину обертального момента, який розвиває турбіна. Якщо
спрямовуючий апарат розташований між насосом та турбіною, то
відповідним профілюванням його лопаток можна змінити напрям
обертання турбіни відносно насоса. Отже, спрямовуючий апарат ви-
значає характеристики передачі з гідротрансформаторами.
Схему реверсивної передачі з двома гідротрансформаторами
показано на рис.9.8. Для реверсування з переднього (ПХ) на задній
(ЗХ) хід проводиться випорожнення трансформатора переднього
ходу і заповнення трансформатора заднього ходу. Тривалість про-
цесу реверсування складає приблизно 15...20 с.
Значні втрати енергії рідини при русі в спрямовуючому апараті,
а також більш високі гідравлічні та об'ємні втрати в процесі цирку-
190
ляції є основними причинами низького ККД гідротрансформаторів
порявняно з гідромуфтами. На розрахунковому режимі загальний
ККД гідротрансформаторів переднього ходу досягає 0,85...0,92, а
заднього ходу 0,65...0,70.
Пні
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0 0,2 0,4 0,6 и/«н
а б
Рис. 9.8. Схема будови реверсивної передачі з двома гідротрансформато-
рами (а) та їх навантажувально-швидкісні характеристики (б):
1 - ведений вал; 2 - турбінне колесо; З - спрямовуючий апарат насосного колеса ЗХ;
4 - спрямовуючий апарат турбінного колеса ЗХ; 5 - насосне колесо ЗХ; 6 - насосне
колесо ПХ; 7 - спрямовуючий апарат турбінного колеса ПХ; 8 - турбінне колесо
ПХ; 9 - ведучий вал
Навантажувально-швидкісна характеристика та крива змінюван-
ня повного ККД г|пт гідротрансформатора наведені на рис.9.7,б. За-
лежність Ма характеризує момент на валу насоса при сталій частоті
його обертання, а крива к - М^ІМа - обертальний момент на валу
турбіни. Тобто, при практично сталому Ма (що відповідає сталому
моменту на валу двигуна) момент на валу турбіни ТИ. при зменшенні
частоти обертання веденого вала зростає. Точка А характеризує
нормальний режим роботи, при якому ККД гідротрансформатора
сягяє найвищого значення.
Таким чином, гідротрансформатори забезпечують автоматич-
ну зміну д/«н в межах від 0 до 1 у залежності від навантаження веде-
ного вала при практично сталій частоті обертання двигуна. Це особ-
ливо важливо для СЕУ з різко перемінними навантаженнями дви-
гунів.
Поряд з цим застосування гідротрансформаторів в СЕУ забез-
печує: редукування частоти обертання у межах і - 1,2...20; високі
тягові характеристики, обумовлені зростанням моменту на ведено-
му валу зі зниженням частоти його обертання; відсутність жорстко-
191
го зв'язку між веденою та ведучою частями гідропередачі, що ви-
ключає перевантаження двигуна та ударний вплив на гвинт; прак-
тичне усунення взаємного передавання крутильних коливань.
У гідростатичній (об'ємній) передачі енергія обертання ведучого
вала перетворюється у гідравлічному насосі об'ємного типу (ведуча
ланка) в гідростатичний тиск робочої рідини (мінерального масла
або синтетичної рідини), яка трубопроводом передається до гідрав-
лічного двигуна (ведена ланка), де перетворюється на енергію обер-
тання веденого вала (рушія). В цьому випадку можна виключити з
комплексу двигун - валопровід - рушій значну частину валопрово-
ду, замінивши його магістральним трубопроводом робочої рідини.
За допомогою гідростатичної передачі енергія не тільки обер-
тального, але й інших видів руху (зворотно-поступального, зворот-
но-поворотного та ін.) може передаватися від ведучої ланки до веде-
ної. Гідростатична передача входить до складу гідроприводу різних
суднових машин та механізмів.
9.4. Електричні передачі. Рушійно-рульовий комплекс
Електричні передачі здійснюють подвійне перетворення енергії:
механічна енергія ГД перетворюється на електричну в електрогене-
раторах, а електрична перетворюється на механічну у гребних елек-
тродвигунах та передається валопроводу або рушію. Подвійне пере-
творення енергії є причиною зниженого ККД цього виду передачі,
однак втрати енергії в цьому випадку можна дещо скоротити змен-
шенням довжини валопроводу та кількості його опорних підшип-
ників.
Електричні передачі працюють на постійному або змінному
струмі, а також бувають комбінованими: з генераторами змінного
струму, електродвигунами постійного струму та безмашинними пе-
ретворювачами змінного струму в постійний. Залежно від типу ГД
розрізняють дизель-електричні та турбоелектричні установки.
Найважливішою позитивною якістю електричних передач є
найбільш сприятливе для приводу ГФК перетворення моменту та
частоти обертання вала первинних ГД незалежно від їх типу. Така
електрична передача може саморегулюватися за обертальним мо-
ментом при змінюванні опору руху судна. Двигуни постійного стру-
му забезпечують збільшення моменту при зменшенні частоти обер-
тання аж до повної їх зупинки з використанням при цьому повної
потужності генераторів і первинних ГД.
192
Електропередачі на постійному струмі мають високі маневрові
якості, найшвидший порівняно з іншими типами передач реверс,
високі пускові моменти; повне гальмування гребного гвинта при
використанні такої передачі здійснюється за 5... 16 с, а вибіг судна
при його номінальній початковій швидкості звичайно не перевищує
6...7 довжин корпусу. Подібні характеристики найбільш бажані для
суден з високою маневреністю.
Електропередачам властиві й недоліки: порівняно низький ККД
(0,84...0,88 для передач на постійному струмі та 0,88...0,93 на змінно-
му); значні маси, габарити та вартість електрогенераторів та елект-
родвигунів; жорсткість для ГФК навантажувально-швидкісних ха-
рактеристик ГЕД змінного струму; пряма залежність у передачах
змінного струму частоти обертання ГЕД від частоти обертання пер-
винних двигунів; зменшення частоти обертання ГЕД призводить при
цьому до зменшення потужності, що розвивається пропульсивною
установкою.
Вищенаведене свідчить про те, що електропередачі змінного стру-
му позбавлені найбільш важливої переваги, властивої передачам по-
стійного струму, - покращених тягових показників ЕУ та маневре-
них характеристик судна. Крім того, необхідність зміни частоти обер-
тання первинних двигунів для зміни частоти обертання ГЕД та мож-
ливість здійснення реверсу тільки за рахунок перемикання в ланцю-
гах головного струму значно ускладнює систему управління переда-
чами змінного струму. У зв'язку з цим електропередачі постійного
струму застосовують на суднах, де необхідні часті зміни швидкості
та режимів роботи зі зміною потужності (криголами, транспортні
судна льодового плавання, окремі типи буксирних та рибопромис-
лових суден), а електропередачі змінного струму - на суднах, рушії
яких більший час працюють на сталих режимах без зміни швидкості,
а також на інших суднах в поєднанні з ГРК.
Оскільки генератори змінного струму простіші за конструкцією,
менші за габаритами, мають більш високий ККД та більш зручні в
експлуатації, ніж генератори постійного струму, останнім часом все
ширше застосовують електропередачі з генераторами цього типу,
випрямно-перетворювальними станціями та ГЕД постійного стру-
му. Це дозволяє помітно знизити масу та габарити установки при
відносно невеликому зниженні ККД, що для деяких типів суден вва-
жається достатньо прийнятним.
Комбіновані передачі застосовують з метою покращення техні-
193
13-341
ко-економічних та експлуатаційних показників СЕУ, а також забез-
печення властивостей, які визначаються в залежності від призначен-
ня судна.
Поєднання типів передач можуть бути найрізноманітнішими. На
криголамах та транспортних суднах льодового плавання можуть
застосовуватися різні варіанти гідрозубчастих передач: два дизелі
через редуктор та гідротрансформатор працюють на гвинт; два ди-
зелі через свої гідротрансформатори працюють на загальний редук-
тор чи гвинт та ін. Для суден-атомоходів характерна комбінована
електрозубчаста передача, коли обертальний момент від ТВТ та ТНТ
передається через редуктор на гвинт, а для аварійного ходу передба-
чено гребний електродвигун, який навішаний на редуктор і отримує
електроенергію від суднової електростанції. Така сама електрозуб-
часта передача може бути застосована і для деяких типів суден з ДУ.
У цих випадках доцільно встановлювати оборотні електричні ма-
шини: на ходових режимах гребний електродвигун працює в режимі
генератора (валогенератора), а для забезпечення малої швидкості
ходу судна використовується за прямим призначенням.
Однак слід зазначити, що комбіновані передачі звичайно засто-
совуються на суднах спеціального призначення і відносно рідко - на
суднах транспортного флоту.
Фінською суднобудівною фірмою "Куаегпег Маза-УагсГз" (КМК)
створено принципово нове рушійне устаткування - гвинторульовий
комплекс "Азипод". Застосування електроприводної пропульсивної
системи "Азипод" (рис.9.9) дозволяє поліпшити експлуатаційні та
економічні показники судна практично будь-якого типу, але най-
більший ефект досягається при використанні її на суднах, які експлу-
атуються в льодових умовах. "Азипод" має такі характеристики:
потужність Ле, МВт 6 7 10 14 18 20
частота обертання, об/хв - 190 170 160 150 145 130
діаметр гвинта, мм - 3750 4250 4750 5250 5800 6250
В електроприводній гвинторульовій пропульсивній системі "Ази-
под" з'єднані, з одного боку, можливості розвитку криголамів (ма-
невреність, льодопрохідність), з іншого - підвищення ККД, зменшен-
ня маси, скорочення обслуговування, передачі електроенергії. Греб-
ний електродвигун (ГЕД) вбудований в сталевий корпус у підводній
частині "Азиподу" та має повітряне охолодження. Електроживлен-
ня до двигуна надходить від дизель-генераторів, установлених на
платформі вище ГЕД, та подається за допомогою еластичних кабелів
194
або кілець ковзання. Завдяки цьому "Азипод" може обертатися на-
вколо своєї вертикальної осі без обмежень. Система розвороту ” Ази-
под” (рульова система) гідравлічна.
Рис.9.9. Електроприводна гвинторульова система ”Азипод”:
а - принципова схема (7 - електродвигун; 2 - валопровід; 3 - гвинт; 4 - вузол розво-
роту; 5 - гідромотор; 6 - обертове колесо; 7 - підвід електроенергії; 8 - нерухома
частина; 9 - обертова частина; 10 - контактні кільця; 11 - повітряне охолодження);
б - загальний вигляд
Установка "Азипод" може бути поставлена у штовхаючому або
тягнучому виконанні, з насадкою або без неї.
Завдяки спеціально спроектованій кормовій кінцевості криго-
ламно-транспортних суден при застосуванні "Азиподу" його пере-
вага особливо відчутна при маневруванні, а також у заторошених
льодах. В той же час специфічною рисою "Азиподу" є можливість
без утруднень рухатися у льодах при задньому ході. "Азипод" дозво-
ляє поліпшити морехідні якості судна при русі у відкритій воді на
передньому ходу.
195
13*
Електричні рушійно-рульові пристрої фірми "Шоттель"*Х Фірма
"Шоттель" запропонувала використовувати пристрій і недорогий не-
залежний допоміжний електричний привід з водометним рушієм для
забезпечення ходу судна у випадку відмови головного двигуна.
Насос-водомет може бути рекомендований як головний рушій
на суднах змішаного плавання і суднах, які експлуатуються на
внутрішніх водних шляхах. Під час відмови головної енергетичної
установки він забезпечує хід, а при поломці рушійного пристрою
дозволяє зберігати маневреність судна. На великотоннажних суднах
насос-водомет може бути рекомендований як допоміжний рушій.
Водометний рушій (8РІ), який використовується для цього, ус-
тановлюється в носовій частині, що дозволяє збільшити безпеку та
маневреність судна. Із допоміжних засобів маневрування такий
пристрій значно ефективніший, ніж підрулюючий засіб тунельного
типу. Тунельний підрулюючий засіб під час руху судна не може бути
використаний як допоміжний маневрений рушій, бо його упор знач-
но зменшується з підвищенням швидкості судна і практично зникає
при швидкості вище 5 вузлів, а упор, який забезпечує установка 8РІ
фірми "Шоттель", не залежить від швидкості судна. Тунельний підру-
люючий засіб неможливо використовувати як аварійний рушій, тому
що, наприклад, судно дедвейтом 1700 т з водометом марки 8РІ 57Т
потужністю 240 кВт розвиває швидкість до 6 вузлів. Водомет 8РІ
використовується і як рульовий пристрій під час поломки штатного
руля.
Як привід водометів типу 8РІ можуть бути використані елект-
родвигуни, гідромотори, дизелі.
Водометні установки 8РІ виготовляються у діапазоні потужності
від 15 до 3500 кВт. Для суден прибережного плавання звичайно ви-
користовують установки марки 8РІ57Т і 8РІ82Т потужністю відпо-
відно 240 і 400 кВт.
Установки 8РІ фірми "Шоттель" визнані усіма класифікаційни-
ми організаціями (Американське бюро судноплавства, бюро Вері-
тас, Норвезький Верітас, Німецький Ллойд та ін.).
Високу ефективність мають водометні рушії фірми "Шоттель"
на суднах, які діють в мілководних районах Світового океану, річках
та озерах.
На невеликих суднах водометні рушії установлюються у кормовій
частині на одному рівні з днищем судна. Конструктивно пристрій
*> Судоходство. -1997. - № 5-6. - С.47^-8.
196
Рис.9.10. Розміщення насоса-
водомета у кормовій частині судна
8РІ дуже компактний, і для його монтажу достатньо круглого отво-
ру у днищі судна. Цей рушій працює за принципом відцентрового
насосу. Вода через центральний приймальний отвір (рис.9.10) ви-
штовхується під тиском через три периферійно розташовані отвори
(сопла), які розвернуто під кутом 13° до площини днища для ство-
рення необхідного упору. Ос-
кільки соплове кільце на днищі є
поворотним, то упор може ство-
рюватися у будь-якому напрямі.
Захисні грати, які затуляють
всмоктувальний отвір насосу,
запобігають попаданню зайвих
предметів в пристрій 8РЕ
Для захисту від льоду ство-
рені спеціальні льодозахисні гра-
ти, які перешкоджають налипан-
ню льоду.
Насос-водомет (рис.9.11) має
просту конструкцію. На пово-
ротному кільці 1 є три симетрич-
но розташовані сопла 2. Усере-
дині розміщена приймальна тру-
ба 3, в яку при обертанні імпел-
лера 4 всмоктується вода. Про-
ходячи через дифузор 5, вода ви-
кидається із сопел під кутом 13°
і, таким чином, утворює крім не-
обхідного упору ще й під’ємну
силу, завдяки якій судно, що опи-
нилося на мілині, може з неї зійти
без сторонньої допомоги.
Електродвигун 6 дозволяє розвертати всю систему на 360° для
створення упору на всіх напрямках. Цим забезпечуються висока ма-
невреність судна і його реверсування без застосування допоміжних
пристроїв (підрулюючих пристроїв, активних рулів та ін.).
Застосування такого рушія сприяє економії корисного простору
у корпусі судна, зменшуються об’єм машинного відділення, час по-
будуви судна та трудовитрати.
Низька частота обертання імпеллера запобігає виникненню ка-
197
Рис.9.11. Загальний вигляд насоса-
водомета
вітації і знижує рівень шуму при роботі установки у порівнянні з греб-
ним гвинтом.
Характеристики водометних рушіїв типу 8Р.І наведені у табл.9.1.
Таблиця 9.1. Характеристики водометних рушіїв типу 5>Р.І
Тип Максимальна потужність, кВт Частота обертання, об/хв Маса, кг
8РЛ5 А 49 1470
В 64 1605 360
С 75 1695
8Р.І22 А 72 1880
В 94 2040 380
С 110 2150
8РЇ57 А 166 1384
В 220 1587 1520
С 257 1600
8РЇ82 А 260 1065
В 340 1165 3000
С 400 1230
8РЛ32 А 422 1015
В 555 1110 5250
С 660 1170
8РЇ220 А 650 1028
В 850 1125 8900
С 1000 1180
8РВ20 А 1430 840
В 1880 930 14000
С 2200 980
8РЛ20 А 2500 890
В 3000 930 40500
С 3500 980
9.5. З'єднувальні та з'єднувально-роз'єднувальні муфти
Для з'єднання окремих елементів комплексу двигун - редуктор -
валопровід - рушій використовують з'єднувальні та з'єднувально-
роз'єднувальні муфти.
З'єднувальні муфти жорстко або еластично з'єднують окремі еле-
менти та не допускають під час роботи їх роз'єднання.
З'єднувально-роз'єднувальні муфти на відміну від з'єднувальних
198
забезпечують не тільки з'єднання окремих елементів (валів), а й роз'єд-
нання їх під час роботи установки (обертання елементів, що з'єдну-
ються).
З'єднувальні муфти поділяють на нерухомі та рухомі. Нерухомі
муфти застосовують для жорсткого з'єднання двох валів, що виклю-
чає їх взаємне переміщення. Рухомі з'єднувальні муфти різних конст-
рукцій допускають деяке відхилення вісей валів у радіально-осьово-
му напрямку. Вони можуть бути жорсткими рухомими компенсую-
чими, пружними, пружно-демпфірувальними з гумотканими або кап-
роновими пружними елементами.
Окрім того, з'єднувальні муфти поділяються на нероз'ємні (що
розбираються тільки під час демонтажу, ремонту та ін.) та роз'ємні
(вручну або механічно від приводу) під час недіяння установки.
Пружно-демпфірувальні (еластичні) муфти, що встановлені між
двигуном та редуктором, забезпечують зменшення динамічних на-
вантажень у зачепленні, зниження навантажень на підшипники і вали
редуктора та дизеля, що виникають внаслідок деформації корпусу
судна, полегшення центрування під час монтажу у зв'язку з тим, що
конструкція муфт допускає більш широкі границі аксіального та ра-
діального зміщення вісей валів.
Зубчасті рухомі муфти допускають зміщення торців валів без
порушення збігу геометричних осей останніх, радіальне зміщення
осей(1...8мм)таїхнезначнийкутовийперекіс(до 1°). Вонинесприй-
мають упор, тому їх можна розташовувати тільки між упорним
підшипником валопроводу та ГД.
Розглянемо конструкцію деяких типів муфт. Здвоєна зубчаста
муфта (рис.9.12) складається з двох зубчастих втулок 2 з зовнішніми
зубцями 4, які закриваються завдяки двом з'єднувальним болтам б
обоймами 5 з зубцями, що входять в зачеплення з зубцями втулок.
Профіль зубців евольвентний з кутом зачепленння 20°. У внутрішню
порожнину муфти заливають масло для зменшення тертя та спрацю-
вання зубчастого зачеплення. Для запобігання витікання масла пе-
редбачено кришки З з ущільненням.
Серед муфт з металевими пружними елементами найбільш по-
ширена демпфірувальна муфта типу "Гейслінгер" (рис.9.13). Пруж-
но-демпфірувальним елементом цієї муфти є пакети плоских пружин
б, що з'єднують ведучу та ведену напівмуфти. На ведучій напівмуфті
1 пакети пружин встановлено у поздовжні пази, а в зовнішню оби-
чайку 5 веденої частини вони вмонтовані за допомогою конічного
199
кільця 4 та роздільних клинчастих вставок 7, що затягнені з торців
дисками 2, 8 та болтами 3.
Рис.9.12. Здвоєна зубчаста муфта:
І - циліндричні кінці з'єднання валів; 2 - зубчасті втулки; 3 - кришки з ущільнення-
ми; 4 - зубці втулок; 5 - втулка з зубцями; 6 - болти для кріплення фланців; 7 -
пробка для заповнення внутрішньої частини муфти мастилом; 8 - торцеві кришки
С С
Рис.9.13. Пружна муфта типу "Гейслінгер"
200
Порожнини, в яких розміщені пакети пружин, заповнені маслом,
що надходить з масляної системи дизеля крізь центральний отвір до
ведучої напівмуфти 1. Під час роботи масло уповільнює деформацію
пружин і, отже, взаємне переміщення напівмуфт, внаслідок чого змен-
шується амплітуда коливань обертального моменту, що передається.
Конструкції, наведені на рис.9.І4,«Д мають хороші компенсу-
ючі та демпфірувальні властивості. Муфти такого типу (еластичні
нероз'ємні), сприяють усуненню огріхів монтажу, а також гасять ко-
ливання валопроводу; їх часто використовують для з'єднання з вало-
проводами ГД, що встановлюються на амортизаторах. Гумоткані
оболонки цих муфт можуть передавати обертальні моменти до
104 Нм та працювати при зламах до 3° та поперечних зміщеннях до
З мм. У валопроводах установок із середньообертовими двигунами
установлюють фланцеві та втулково-пальцеві муфти.
Значного поширення в суднових ДЕУ набули муфти "Вулкан"
типу ЕХК та КАТО (рис.9.14,в та г). Пружним елементом муфти
Рис.9.14. Пружні демпфірувальні муфти:
а - еластична оболонкова (/, 5 - з'єднувальні фланці; 2 -
притискне кільце; 3 - гумотканева (капронова) оболонка;
4 - болт); б - фланцева (/, 4 з'єднувальні втулки-фланці;
2 - сталевий фланець; 3 - гумотканевий фігурний фланець);
в - типу "Вулкан" (/, 5 - ведуча та ведена напівмуфти; 2 -
гумокордові шини; 3 - втулка-барабан; 4 - сталевий диск);
г - типу КАТО (/, 3 - фланці ведучого і приводного валів;
2 - гумометалеві диски)
г
201
"Вулкан" виступають дві гумокордові шини 2, якими з'єднані ведуча
та ведена напівмуфти. Шини кріплять до напівмуфт за допомогою
болтів, притискних фланців, диска та втулки-барабана.
Пружне кільце муфти ВАТО (рис.9.14,г) складається з двох (чо-
тирьох або шести) гумометалевих дисків, на периферії яких передба-
чені фланці для під'єднання до ведучого та приводного валів. Зусил-
ля від обох валів передається через пружне кільце, яке допускає дея-
ку неточність центрування валів і пом'якшує ударні та вібраційні на-
вантаження від двигуна до валопроводу.
З'єднувально-роз'єднувальні муфти бувають фрикційними, шин-
но-пневматичними, електромагнітними, зубчастими з обгонними
пристроями, а також деяких інших спеціальних типів.
Основні переваги фрикційних муфт полягають у відсутності в
них втрат потужності, а також у можливості розподілення моменту,
що передається, між більшим числом дисків, що підвищує надійність
роботи муфти.
На рис.9.15 показано шинно-пневматичну муфту, яка також
належить до групи фрикційних. Внутрішній барабан 2 за допомо-
гою фланця 1 з'єднується з ведучим валом, а корпус 4 через фланець
6 -з веденим валом 7. Між корпусом та барабаном розміщено по-
рожнисту двостінну гумову шину 5 з багатошаровим кордом 10. її
закріплено до корпуса, а на стороні, оберненій до обода барабана,
вона має фрикційні пластини-накладки З, що закріплені штифтами
8. При подаванні через штуцер 9 стисненого повітря з тиском 0,8...
4
Рис.9.15. Шинно-пневматична муфта
202
Рис.9.16. Електромаг-
нітна муфта
...1,2 МПа у внутрішню порожнину шина 5 розширюється і притис-
кає пластини до обода барабана 2. Як наслідок, на ободі барабана
виникає сила тертя, якої достатньо для передачі обертального мо-
менту через корпус 4 муфти та фланець 6 веденому валу. З'єднання
має високу надійність та може бути плавним або практично миттє-
вим (залежно від тиску повітря, що подається). Для вимкнення муф-
ти достатньо випустити повітря з шини.
Шинно-пневматичні муфти не розраховані на ковзання, проте
вони допускають з'єднування та роз'єднування валів під час роботи
двигуна на зниженій частоті обертання.
Електромагнітну з'єднувально-роз'єдну-
вальну муфту показано на рис.9.16. Вона скла-
дається з двох частин: ведучої 2 з котушками
збудження 1 (індукторами), до яких через кон-
тактні кільця З підводиться постійний струм,
та веденої 4 - короткозамкненого ротора,
з'єднаного з веденим валом 5.
При обертанні індуктора виникає обер-
тове електромагнітне поле, внаслідок чого у
короткозамкненій обмотці ротора наводить-
ся струм, який при взаємодії з магнітним по-
лем створює обертальний момент, що пере-
дається ротором веденому валу. Частота обертання веденого вала
при повному навантаженні двигуна приблизно на 1,4... 1,7 % менша,
ніж ведучого. Затрати енергії на збудження муфти складають 1,0...
... 1,5 % потужності, яка нею передається, а загальний ККД таких муфт
дорівнює 0,97...0,98.
Перевагами електромагнітних муфт є миттєвість дії, зручність
дистанційного управління, легкість та простота обслуговування.
Конструктивно з'єднання двигуна та редуктора, редуктора та
вала може бути забезпечено встановленням між ними таких муфт:
з'єднувальної пружної; пружної з'єднувальної та з'єднувально-роз'є-
днувальної, які установлено послідовно; однієї муфти (комбінова-
ної), яка виконує одночасно обидві функції; еластичної з розташу-
ванням роз'єднувальної муфти в редукторі.
Контрольні завдання та питання
1. За якими ознаками суднові передачі поділяються на головні та допоміжні?
2. Якими показниками характеризуються суднові передачі?
203
3. На які групи відносно до і та К поділяються суднові передачі?
4. Назвіть основні типи прямих передач. Які переваги та недоліки їм притаманні?
5. Які непрямі передачі застосовуються в СЕУ?
6. Поясніть, на які типи, в залежності від того, чи відбувається в них трансфо-
рмація видів енергії, поділяються передачі.
7. Сформулюйте призначення пружних муфт у складі прямих передач.
8. Наведіть основні різновиди суднових редукторів за типом та конструкцією.
9. Охарактеризуйте особливості суднових редукторів.
10. Надайте характеристику можливих принципів реверсування суднових пе-
реборних редукторів. Наведіть основні принципові схеми.
11. Обгрунтуйте доцільність застосування планетарних передач у складі судно-
вих редукторів.
12. Проаналізуйте найбільш поширені схеми планетарних редукторів.
13. Сформулюйте принцип дії гідродинамічних передач. В чому полягає схо-
жість та відмінність гідравлічних муфт та гідравлічних трансформаторів?
14. Як впливає ковзання гідромуфти на її гідравлічний ККД?
15. Використовуючи характеристику гідромуфти, покажіть, як зміна наповнення
гідромуфти впливає на її ковзання та на частоту обертання веденого вала.
16. Наведіть схему реверсивної передачі з гідротрансформаторами. На прикла-
ді характеристики гідротрансформатора проілюструйте, як змінюється мо-
мент на валу насоса при сталій частоті обертання; який характер зміни мо-
менту на валу турбіни при зменшенні частоти веденого вала.
17. Сформулюйте, які особливості гідротрансформаторів є привабливими для
застосування її у складі СЕУ.
18. Проведіть зіставлення електричних передач на постійному та перемінному
струмі за ефективністю, часом реверсування та масогабаритними характе-
ристиками.
19. Які властивості електропередач постійного струму визначають можливість
їх застосування на суднах з частою зміною швидкості та режимів роботи?
20. Охарактеризуйте особливості електроприводного гвинторульового компле-
ксу "Азипод".
21. Наведіть приклади реалізації комбінованих передач та доцільність іх засто-
сування.
22. Розгляньте переваги та недоліки застосування на суднах електричних ру-
шійно-рульових комплексів фірми "Шоттель".
23. Охарактеризуйте призначення та назвіть найбільш поширені типи з'єднува-
льно-роз'єднувальних муфт.
24. Які типи з'єднувальних муфт застосовуються в СЕУ?
25. Яким способом забезпечується передача обертального моменту у фрикцій-
них муфтах різних типів?
26. Які типи пружних елементів поширені у демпфірувальних муфтах?
27. Поясніть принцип дії та можливе застосування електромагнітних муфт.
204
Глава 10. СУДНОВИЙ ВАЛОПРОВІД
10.1. Призначення та основні конструктивні особливості
суднового валопроводу
Судновий валопровід призначений для передачі обертального
моменту ГД рушію, сприймання осьової сили (упору) та передачі її
корпусу судна з метою забезпечення його руху. Від надійної роботи
валопроводу залежить ефективність та безпека експлуатації судна,
особливо одногвинтового.
До складу валопроводу входять такі елементи: вали та їх з'єднан-
ня, опорні та упорні підшипники, дейдвудні пристрої та переборкові
ущільнення, спеціальні пристрої та механізми, допоміжне устатку-
вання. На рис. 10.1 наведено схему розташування валопроводу одно-
(а) та двовальних (б) СЕУ. На кормовому кінці гребного вала за-
кріплено гребний гвинт. На виході з корпусу судна встановлено дей-
двудний пристрій, що складається з дейдвудної труби, жорстко з'єдна-
ної з корпусом, опорних підшипників та сальникових ущільнень. Ці
ущільнення запобігають проникненню забортної води у МВ або в
коридор гребного вала.
Довжина гребного вала може досягати ЗО м. Оскільки за умов
машинобудівного виробництва неможливо виготовити суцільну де-
таль такої довжини, її розділяють приблизно на дві рівні частини.
Носова частина, що проходить крізь дейдвудну трубу, називається
дейдвудним валом, а кормова частина - гребним валом. Таке по-
єднання валів характерне для двовальних суден з гострими кормо-
вими обводами. У таких суден кормова частина дейдвудної труби
закінчується короткою втулкою - мортирою, у якій розміщено опор-
ний підшипник дейдвудного вала. Гребний вал обпирається на
підшипник кронштейна, який винесено за борт.
Гребний та упорний вали з'єднують за допомогою проміжних
валів. При виборі їх довжини для конкретного судна необхідно вра-
ховувати зручність проведення вантажно-розвантажувальних, скла-
дальних та демонтажних робіт; місце розташування опорних підшип-
ників; уніфікацію заготовок валів, техніко-економічну доцільність
виготовлення заготовок та обробки валів валопроводу.
На суднах також застосовують валопроводи з одним проміжним
205
валом (при кормовому розташуванні МВ) або без нього (для малих
суден). Проміжні вали обпираються на один або декілька опорних
підшипників. Якщо вал обпирається на один підшипник, то під час
проведення монтажних робіт використовують монтажний підшип-
ник.
Упорний вал ГУПа ковзання виконують разом з упорним греб-
нем і з'єднують з проміжними валами через фланець одного з валів,
виготовленого з припуском (обробляється за замірами на місці), або
через вал-проставку. Таке з'єднання дозволяє скомпенсувати похиб-
Рис. 10.1. Схема розташування валопроводу СЕУ:
а - одновальної (/ - гребний гвинт; 2 - дейдвудний пристрій; 3 - гребний вал; 4 -
гальмівний пристрій; 5, 7 - кормовий та проміжний опорні підшипники; 6 - про-
міжний вал; 8 - переборкове ущільнення; 9 - вал-проставка; 10 - монтажний підшип-
ник; 11- валоповоротний пристрій; 12 - ГУП; 13 - ГД); б - двовальної (/ - гребний
гвинт; 2 - кроншейн; 3 - гребний вал; 4 - глухе конічне з'єднання; 5 - мортира; б, 8 -
кормовий та носовий підшипники дейдвудного вала; 7 - дейдвудна труба; 9 - дейд-
вудний сальник; 10-дейдвуднийвал; 11- з'єднувальнанапівмуфта; 12-гальмівний
пристрій; 13 - монтажний підшипник; 14 - проміжний вал; 15 - опорно-упорний
підшипник; 16 - лінія вала правого борту; 17 - швидкороз'ємне з'єднання; 18 - вал-
проставка; 19 - перебіркове ущільнення; 20 - ГУП; 21 - ГД; 22 - торсіометр)
206
ки корпусних конструкцій, полегшити монтажні та ремонтні робо-
ти, уніфікувати заготовки проміжних валів. Крім того, вал-простав-
ку спеціально проектують як найслабкішу ланку, яка виходить з ладу
при перевантаженнях валопроводу, запобігаючи при цьому пошкод-
женню інших елементів валопроводу.
Упорний вал призначено для сприйняття реакції упору рушія та
передачі її корпусу судна через ГУП. Залежно від прийнятої схеми
ГУП може бути вмонтовано в ГД, в редуктор або розміщено в окре-
мому корпусі.
Найменшу довжину валопровід має при кормовому розташуванні
МВ або при використанні електричної передачі. В інших випадках
довжина валопроводу може досягати 100 м. При цьому валопровід
прокладають через вантажні приміщення у водонепроникному ту-
нелі від кормової перебірки МВ до носової перебірки ахтерпіка. Ту-
нель захищає валопровід від можливих ушкоджень під час проведен-
ня вантажних робіт, однак зменшує корисний об'єм вантажних трюмів
та створює певні незручності при виконанні вантажних робіт.
Габарити тунелю (коридора гребного вала) повинні бути дос-
татніми для обслуговування та проведення монтажних і ремонтних
робіт. Вільний прохід між поручнями та перебіркою тунелю не по-
винен бути меншим за 500 мм. У місцях виходу валопроводу через
кормову перебірку МВ, а також крізь інші водонепроникні перебірки
встановлюють перебіркові водонепроникні сальники. Відсіки відок-
ремлюють водонепроникними дверима, які зачиняються з боку МВ.
Для безпечного обслуговування валопроводу (особливо при обер-
танні) його відгороджують поручнями. Коридор обладнують двома
виходами - один у МВ, другий - в районі дейдвудної труби через
спеціальну вертикальну шахту - на верхню палубу.
Положення лінії валопроводу визначається теоретичною віссю,
яка з'єднує центр вихідного фланця головного двигуна (редуктора)
з центром диска гребного гвинта. Таким чином, положення лінії ва-
лопроводу та її протяжність визначається положенням головного
двигуна у відношенні до корпусу судна.
У залежності від розміщення гребного гвинта та головного дви-
гуна лінія валопроводу може розташовуватися паралельно основній
площині судна, з ухилом відносно основної площини, або у випадку
багатовальних установок - з розходженням відносно діаметральної
площини судна. Кути нахилу та розходження повинні бути мінімаль-
ними через те, що з їх збільшенням зменшується ефективний упор
207
гребного гвинта. Звичайно кут ухилу приймається в межах від 0 до
5° і кут розходження в межах від 0 до 3°.
Для багатовальних установок при кутах розходження, відмінних
від 0°, точки перехрещування лінії валопроводу з діаметральною
площиною судна повинні розташовуватися в ніс від мідель-шпанго-
ута, що забезпечує стійкість судна на курсі та високі його маневрові
якості.
Для двовальних установок з ешелонним розташуванням голов-
них двигунів кути нахилу та розходження ліній валопроводів право-
го та лівого бортів відрізняються один від одного, тому що лінія вала
правого борту у цьому випадку довша за лінію вала лівого борту.
Гребні гвинти повинні розташовуватись так, щоб були дотри-
мані достатні зазори між гребним гвинтом та найближчими до ньо-
го частинами корпусу. Такі зазори, значення яких передбачаються
Правилами Регистру, позначені на рис. 10.2.
Рис. 10.2. Зазори між гребним гвинтом та корпусом судна,
які підлягають контролю
10.2. Конструкції основних елементів валопроводу
До складу валопроводу входять упорний, проміжний, дейдвуд-
ний та гребний вали (рис. 10.3), які з'єднані поміж собою за допомо-
гою фланців або втулочних муфт.
Проміжні та упорні вали виготовляють з вуглецевої та легова-
ної сталі з тимчасовим опором К не більше 800 МПа, а гребні вали -
зі сталі з К не більше 600 МПа.
тв
208
Вали виконують кованими. Якщо вони призначені для переда-
вання значних крутнях моментів, їх виготовляють з внутрішньою
просвердлиною (для полегшення вала та усунення можливих
внутрішніх дефектів металу, кращих умов термообробки). Внутрішні
поверхні валів покривають двома шарами сурику та ставлять заг-
лушки (окрім валів ГРК). Вали діаметром до 200 мм часто виготов-
ляють з прокату.
.^гггггггггггь
г
Рис. 10.3. Конструкції валів суднового валопроводу:
а - упорного; б - проміжного з фланцями; в - проміжного з конусами для муфт;
г - гребного (1 - облицювання; 2 - покриття)
Довжина проміжних валів у залежності від діаметра - 6...12 м. В
місцях розташування підшипників та перебіркових ущільнень роб-
лять шийки. Для зручності монтажу ГУП упорний вал виконують
по можливості коротким.
Жорстке з'єднання валів реально здійснюється переважно за до-
помогою фланців та з'єднувальних болтів або за допомогою напре-
сованих циліндричних безшпоночних з'єднувальних муфт.
Найбільш поширеним типом з'єднання валів є фланцеве з'єднан-
ня з цільнокованими фланцями, які складають одне ціле з валами.
Для з'єднання фланців найчастіше застосовуються конічні або ци-
ліндричні болти, які щільно приганяються до отворів у фланцях
209
14-341
Рис. 10.4. Фланцеве з'єднання валів з ко-
нічними (а) і циліндричними (б) з'єдну-
вальними болтами
а б
Рис. 10.5. Знімні фланцеві полумуфти
для з'єднання валів:
а - полумуфта з конусним кріпленням; б -
полумуфта з циліндричним кріпленням, яка
установлюється гідропресовим способом
Рис.10.6. Циліндрична безшпонкова
з'єднувальна муфта:
1 - муфта; 2 - гильза; 3 - вал
(рис. 10.4). Кількість болтів
з'єднання звичайно прийма-
ють від 6 до 12 у залежності від
діаметра з'єднуваних валів.
Товщина з'єднувальних
фланців проміжних валів по-
винна бути не менше діамет-
ра з'єднувальних болтів, тов-
щина фланця гребного вала не
менш 0,25 його діаметра.
Якщо з'єднувальні фланці
валів не можуть бути виконані
як одне ціле з валом, то для
з'єднання валів можна засто-
сувати знімні фланцеві полу-
муфти (рис. 10.5).
Для з'єднання валів, які
мають діаметр від 200 до
500 мм, можуть застосовува-
тися цільні безшпоночні ци-
ліндричні муфти (рис.10.6).
До складу конструкції
муфти входять: внутрішня
тонкостінна втулка (гільза),
яка має зовнішню конусну по-
верхню (конусність 1:100) та
з'єднувальну напресовану
муфту з внутрішньою конус-
ною поверхнею.
Напресовка та знімання
муфт виконується гідропресо-
вим способом. Перед напре-
совкою муфти на кінці з'єдну-
ваних валів вільно надівають
тонкостінну гільзу. При напресовці муфти в щілину між втулкою і
муфтою через маслопідвідні канали нагнітають під високим тис-
ком (близько 100 МПа) масло та переміщують муфту за допомогою
гідродомкратів в осьовому напрямку по наружній конічній поверхні
гільзи на розраховану довжину. Після закінчення подавання масла
210
муфта щільно обжимає втулку і кінці з'єднуваних валів, що створює
на поверхнях втулки, гільзи і вала сили тертя, достатні для передан-
ня крутного моменту. На кінцях гільзи передбачаються кільцеві про-
точки для упору дисків з вмонтованими в них гідродомкратами, які
використовуються при напресовці і зніманні муфт.
Гребні та дейдвудні вали повинні бути надійно захищені від кон-
такту з морською водою. Для цього застосовують облицювання або
по всій довжині (суцільне), або тільки в районі шийок підшипників
кронштейна та дейдвудної труби, захищаючи решту ділянок валів
склопластиковим покриттям на основі епоксидних смол.
Облицювання звичайно виготовляють з бронзи марок Бр.010Ц2
(для валів діаметром 300 мм), Бр.08Н4Ц2 (для гребних валів діамет-
ром 500 мм на бакаутових та гумоебонітових підшипниках),
Бр.05Ц5С5 (для гребних валів діаметром до 350 мм на капроло-
нових, гумометалевих та деревотекстолітових підшипниках). Об-
лицювання гребних валів діаметром 120...150 мм виконують з ла-
туні марок ЛЦ40МцЗЖ, ЛЖМц59-1-1, бронзи марок Бр.А9Мц2Л
та Бр.А9ЖЗЛ.
Гребний гвинт закріплюється на гребному валу за допомогою
конічного з'єднання (тільки для ГФК) та фланцевого (переважно
для ГРК).
Дейдвудний пристрій (рис. 10.7) складається з дейдвудних під-
шипників, ущільнень та труби гребного (або дейдвудного) вала,
1 2
Рис. 10.7. Дейдвудний пристрій з дейдвудними підшипниками:
1 - отвори під мікрометр; 2 - яблуко ахтерштевня з дейдвудною трубою; З - гребний
вал; 4,5 - кормовий та носовий дейдвудні бакаутові підшипники; 6 - сальники греб-
ного вала
211
14*
систем змащування і охолодження та приладу для вимірювання по-
садки гребного вала.
Дейдвудну сталеву трубу виконують литою, литозварною, ко-
ваною та кованозварною. Її заводять до корпусу судна з носа або з
корми та кріплять зварюванням або фланцями на шпильках.
Підшипники кочення як дейдвудні використовують рідко, пере-
важно для валів малого діаметра. Звичайно використовують підшип-
ники ковзання з неметалевими та металевими вкладишами. Немета-
левий підшипник виготовляється, як правило, з бакаута, який має
хороші антифрикційні властивості. Цей матеріал являє собою твер-
ду та міцну деревину гваякового дерева, яке росте у Південній Аме-
риці та відзначається косим сплетінням волокон. У зв'язку з дефіци-
том бакаута широко використовують його замінники: деревинно-
слоїсті пластики, текстоліти, термопластичні матеріали (капролон,
капрографіт), набори з гумометалевих та гумоебонітових сегментів.
За дейдвудний підшипник править латунна або бронзова втул-
Рис.10.8. Підшипник з набором
бакаута:
1 - дейдвудна втулка; 2, 5 - вкладиші
бакаутові торцевий і долевий; 3,6-
вкладиші бакаутові клинові (з двох по-
ловин); 4 - планка упорна; 7 - гвинт;
8 - бакаутові вкладиші; У- облицюван-
ня гребного вала
ка, яка встановлюється в трубі з
невеликим натягом та додатково
фіксується. Внутрішню поверхню
втулки вкрито вкладками сегмент-
ної форми з бакаута або його замін-
ників (рис. 10.8).
Неметалеві підшипники змащу-
ються та охолоджуються заборт-
ною водою. У дейдвудних метале-
вих підшипниках застосовують ча-
вунні втулки, внутрішню поверхню
яких заливають високоолов'янис-
тим бабітом. Такі підшипники зма-
щують та охолоджують маслом. У
зв'язку з використанням масла кон-
струкція повинна забезпечувати
герметичність системи. Цим вимо-
гам відповідають ущільнення типу
"Симплекс-компакт" (рис. 10.9), які
використовують гумометалеві ман-
жети для запобігання витіканню
масла та попаданню забортної води
на опорні поверхні дейдвудного
пристрою.
212
Як опорні підшипники валів звичайно застосовують підшипни-
ки ковзання з індивідуальним змащуванням (рис. 10.10). Масло по-
дається за допомогою гнотів, кілець та дисків.
Рис. 10.9. Дейдвудне ущільнення типу "Симплекс-компакт":
а - кормове; б - носове; в - бульбоподібна манжета: 1 - гребний вал; 2 - ущільню-
вальне кільце; З - гребний гвинт; 4 - прокладка; 5 - втулка; б - кришка; 7- манжети
бульбоподібної форми; 8 - корпус; 9 - дейдвудна труба; 10 - вхід масла; 11 - кільце;
12 - пружина
Рис. 10.10. Опорний підшипник ковзання:
а - гнотово-кільцеве змащення (/ - корпус; 2 -
кришка корпусу; 3 - масляна ванна; 4 - гніт; 5 -
масловідбійне кільце; б - проміжний вал; 7 -
кришка ущільнювальна; 8 - піддон; 9 - водяна
порожнина; 10 - вільне кільце; 11 - покажчик
рівня; 12 - картер); б дискове змащення (1 - кор-
пус; 2 - змащувальний диск; 3 - кришка сальни-
ка; 4 манжета;5-кришка;6-маслоуловлювач;
7 - прилад для вимірювання осідання вала; 8 -
проміжний вал; 9 - вкладиш; 10 - змійовик)
9 12
з-
2
213
Рис. 10.11. Головний упорний
підшипник ковзання:
1 - кришка; 2 - кришка ущільнювальна;
З - манжета; 4 - опорний вкладиш; 5 -
упорний вал; 6 корпус; 7- прокладка;
8 - упорна скоба; 9 - упорні подушки
Головні упорні підшипники ковзання звичайно виконують одно-
грибінчастими з самоустановлюваними упорними подушками
(рис. 10.11). Ці підшипники сприй-
мають значні упори. Вони мають
індивідуальну або централізова-
ну (для важконавантажених ГУП)
системи змащування. Упорні під-
шипники кочення застосовують
рідко, здебільшого для валів діа-
метром до 300 мм та при обмеже-
них упорах.
Крім зазначених елементів до
складу валопроводу входять та-
кож спеціальні пристрої, механіз-
ми та допоміжне устаткування.
Валоповоротний пристрій
призначений для прокручування
валопроводу на стоянках під
час оглядів та ремонтів. Частота
обертання складає 0,05... 1,0 об/хв.
Він може мати електричний при-
вод (для середньо- та великотоннажних суден) або ручний (для су-
ден малої водотоннажності). Валоповоротний пристрій може бути
використано для провертання ГД. Перед пуском установки пристрій
вимикають та стопорять. Для запобігання пуску установки при увімк-
неному валоповоротному пристрої передбачене блокування.
Гальмівний пристрій забезпечує стопоріння валопроводу у ви-
падку пошкодження його елементів або головного двигуна, коли
судно повинне буксируватися або змушене продовжувати рух при
роботі одного вала. Закріплення валопроводу від можливого про-
вертання також необхідне під час докових та інших ремонтних робіт,
коли валопровід та ГД роз'єднані. Гальмо звичайно має просту бу-
гельну (стрічкову) конструкцію, яка працює за принципом сухого
тертя. Гальмо розміщується на фланцевому з'єднанні гребного або
дейдвудного вала з проміжним. Гальмо не призначене для гальму-
вання вала при роботі ГД. Воно вмикається тільки після повної зу-
пинки або на мінімальному ходу судна, коли працює гвинт проти-
лежного борту.
Захист від електрохімічної корозії сталевих поверхонь корпусу
214
судна та пера руля у районі розташування гребного вала, а також
гребного гвинта, металевої захисної обшивки гребного вала та по-
верхонь дейдвудної труби досягається встановленням протекторів.
Контрольно-вимірювальні прилади валопроводу призначені для
вимірів частоти обертання, температури елементів валопроводу, осі-
дання гребного та проміжних валів, момента, що передається.
10.3. Навантаження, які діють на валопровід. Розрахунок валів
Під час роботи валопроводу на нього діють (впливають) такі
навантаження: основні - обертальний момент, який передається від
головного двигуна; гідродинамічні сили, які виникають при роботі
гребного гвинта; сили ваги валів гребного гвинта та інших деталей,
закріплених на валах; допоміжні - згинальні моменти, що виника-
ють через розцентрування валопроводу; навантаження, які з'явля-
ються через нерівноважність гребного гвинта; зусилля, які виника-
ють внаслідок роботи гребного гвинта в косому потоці та при хита-
виці судна; випадкові - зусилля, які виникають при ударах лопатей
гребного гвинта об крижини або інші тверді тіла.
Власна маса валопроводу, маса гребного гвинта та інших за-
кріплених на валах деталей діють в одному напрямку і є відносно
валопроводу змінним навантаженням, що спричиняє утомні явища
у матеріалі. Ці навантаження змінюються за симетрично-змінним
циклом з періодом Т = 1/п , де п - частота обертання, об/хв.
Обертальний момент, що розвиває ГД, може бути рівномірним
(роторні турбінні двигуни і електродвигуни) або циклічним, тобто
мати нерівномірність (поршневі ДВЗ).
При експлуатації гребний гвинт працює в нерівномірному полі
швидкостей, характер якого визначається формою кормових обводів
корпуса судна та розташуванням гвинта відносно корпуса судна. За
таких умов при роботі гвинта виникають гідродинамічні сили, які
діють на кожну лопать та викликають періодично змінюваний опір
та обертальний момент. Так, на гребний вал діють крім періодично
змінюваного обертального моменту та упору ще періодично зміню-
вані поперечні сили і момент, що згинають цей вал. Період зміни цих
навантажень становить
Т - 1/п-2,
де 2 - кількість лопатей гребного гвинта.
215
Робота валопроводу за умов складного напруженого стану утруд-
нює точний розрахунок його елементів. Внаслідок багаторічної прак-
тики експлуатації суден різних типів та великої кількості експери-
ментів за визначальний діаметр валопроводу було прийнято діаметр
проміжного вала, залежно від якого визначаються діаметри інших
валів.
Діаметр проміжного вала б?пр регламентується всіма кваліфі-
каційними товариствами. Правила Морського Регістру рекоменду-
ють формулу для визначення діаметра проміжного вала, мм,
6? > Р д/РР/п,
де Р - коефіцієнт, що залежить від типу ЕУ та дорівнює 95 для уста-
новок з ротативними механізмами або ДВЗ, які обладнано гідрав-
лічними або електромагнітними муфтами; Р - 100 - для інших типів
ЕУ з ДВЗ; Ие - розрахункова потужність на проміжному валу, кВт;
п - розрахункова частота обертання проміжного вала, об/хв.
Регістр рекомендує витримувати діаметр упорного вала винос-
ного підшипника ковзання на відстані одного діаметра упорного вала
в обидва боки від гребеня вала, а для підшипників кочення в межах
корпусу підшипника - не менш як 1,1 б/пр.
Розрахунковий діаметр гребного вала, мм,
а = Шк^ІК/п,
де к-коефіцієнт, що визначається конструкцією вала. Так, для ділян-
ки вала від носового краю кормового дейдвудного підшипника або
кормового кронштейнового підшипника у корму до маточини греб-
ного гвинта або носового фланця гребного вала (але у всіх випадках
> 2,5б/пр) к дорівнює 1,22.
При виготовленні проміжних, упорних та гребних валів зі сталі
з тимчасовим опором К > 400 МПа їх діаметр може бути зменшено.
Він визначається за формулою
ам = ^5600™ +160),
де б/м -зменшений діаметр вала, мм; сі- розрахунковий діаметр вала,
мм; І?тв- тимчасовий опір матеріалу вала, МПа (7?тв < 800 МПа для
проміжних та упорних валів, 1? < 600 МПа для гребного вала).
216
Діаметри валів криголамів та суден з льодовими підсиленнями
збільшуються відповідно до рекомендацій Регістра. Крім того, для
цих суден <7гр, мм, повинні задовольняти такій умові:
6?ГР > «VЬзктл/кпв,
де а - коефіцієнт, що дорівнює 10,8 при діаметрі маточини гвинта
< 0,25Д ; 11,5 - при діаметрі маточини гвинта > 0,25; 5 та Ь - відпов-
ідно найбільша товщина та ширина спрямленого циліндричного пе-
рерізу лопаті в розрахунковому кореневому перерізі, мм; 1? тим-
часовий опір матеріалу лопаті, МПа; К - верхня межа плинності
матеріалу гребного вала, МПа.
При наявності отворів у валах відповідно до існуючих рекомен-
дацій діаметр осьового отвору приймається не більше 0,4 зовніш-
нього діаметра відповідного вала.
Товщина бронзового облицювання гребного вала повинна бути
не менше, мм,
5 = 0,03/ +7,5,
де /р - діаметр проміжного вала, визначений з урахуванням льодо-
вих умов, мм. Товщину облицювання між підшипниками може бути
знижено на 25 %.
Для з'єднування фланців валів застосовують щільно пригнані
циліндричні болти. Діаметр болтів повинний бути не меншим, мм,
/ = 0,65 л/^р(7?т.в+160)/(/2)7?т.б),
де /р - діаметр проміжного вала, визначений з урахуванням льодо-
вих умов, мм; /?б тимчасовий опір матеріалу болта, МПа, який
слід приймати у діапазоні Кт в < Кт б < 1,7Д в, але не більше 1000 МПа;
і - кількість болтів у з'єднанні; І) - діаметр центрового кола з'єдну-
вальних болтів, мм.
Наведені залежності покладено в основу розрахунку діаметрів
валів. Під час розрахунку елементів валопроводу слід користувати-
ся рекомендаціями Регістру, де наведено методики та враховано умо-
ви роботи та виготовлення валопроводу. Розрахунки крутильних ко-
ливань, а також перевірочний розрахунок навантажень на підшип-
ники валопроводу та їх зміни під час експлуатації наведено у спе-
ціальній літературі.
217
10.4. Системи змащення та охолодження дейдвудних підшипників,
які знижують витікання масла
На великотоннажних суднах дейдвудні підшипники сприймають
велике питоме навантаження і тому їх виробляють біметалевими з
білим металом. Ці підшипники потребують масляного змащення та
охолодження. Дейдвудні пристрої у цьому випадку значно усклад-
нюються, тому що у їх складі з'являється спеціальна система, яка по-
винна забезпечити надійність роботи та не допустити витікання масла
за борт у місці виходу дейдвудного вала. Важливу роль у цій справі
має кінцеве сальникове ущільнення.
Система змащення та охолодження дейдвудного пристрою ве-
ликотоннажного судна (рис. 10.12) складається з самостійних участків
Рис. 10.12. Схема змащування та охолодження дейдвудного пристрою:
1 - дейдвудний підшипник; 2 - дейдвудний вал; З, 4 кормове і носове ущільнення
підшипника відповідно; 5-цистерна напірна змащування та охолодження носового
ущільнення; 6цистерна запасу масла; 7- цистерна напірна змащування та охолод-
ження кормового ущільнення при осадці судна у вантажі; 8 - цистерна напірна зма-
щування дейдвудного підшипника; 9,12 - цистерна напірна змащування та охолод-
ження кормового ущільнення при знаходженні судна у вантажі та у баласті № 2 та
№ 1 відповідно; 10,13--охолодник і насос циркуляційної масляної системи носового
сальника; 11 - циркуляційні насоси (основний і резервний) масляної системи дейд-
вудного підшипника; 14 - цистерна зливу масла з дейдвудного пристрою
218
трубопроводів: змащення дейдвудних підшипників; змащення та
охолодження носового сальникового ущільнення; змащення та охо-
лодження кормового сальникового ущільнення; перекачування та
відкачування масла.
Систему заповнюють з цистерни запасу самопливом або за до-
помогою насосів. Рівень масла в напірних цистернах підтримують
на відповідних відмітках, які забезпечують необхідний підпір. Схе-
ма трубопроводів передбачає можливість змащення природною та
примусовою циркуляцією масла. Основним режимом роботи є при-
родна циркуляція до температури масла у системі 50 °С. Природна
циркуляція здійснюється завдяки різниці температур більш нагрітої
та менш нагрітої частин масла, а також дії динамічного напору, який
утворюється робочою частиною гребного вала, що обертається у
дейдвудному пристрої.
Необхідний тиск в системі при природній циркуляції здійснюєть-
ся рівнем масла в напірній цистерні, яка знаходиться на висоті близь-
ко 12 м від осі валопроводи і на 3,2 м вище вантажної ватерлінії.
Примусова циркуляція підключається до роботи при темпера-
турі в системі вище 50 °С з метою очищення масла. Температура масла
у носовому ущільненні допускається 70...90 °С.
Система виконана так, щоб не допустити витікання масла з кор-
мового сальника дейдвудного пристрою за борт. Передбачено підвід
масла у порожнину між нульовою та першою манжетами, а також
дві додаткові цистерни, які розташовані нижче ватерлінії. Під час
ходу судна порожнем змащення ущільнення здійснюється від цис-
терни № 1, завдяки чому тиск у системі знижується. Зовнішній тиск
забортної води вище, ніж у системі, і масло не може витікати через
сальник назовні. Підключення цистерни № 2 до роботи системи ви-
конується тоді, коли осадка судна збільшується до грузової ватерлінії.
Підвищений тиск на кормовий сальник зовні врівноважується тис-
ком масла у системі, який у цьому випадку нижче зовнішнього тиску
забортної води, а це перешкоджує виходу масла назовні.
Контрольні завдання та питання
1. Сформулюйте призначення суднового валопроводу. Як впливає надійність
валопроводу на безпеку експлуатації судна?
2. Поясніть, які елементи входять до складу суднового валопроводу. Охаракте-
ризуйте їх призначення.
3. Наведіть схему розташування суднового валопроводу. Покажіть на схемі
підшипники, дейдвудний та спеціальні пристрої.
219
4. Які типи підшипників використовують у складі суднового валопроводу?
Покажіть на схемі валопроводу місця їх установлення.
5. Для яких суден характерна одночасна наявність у складі суднового валопро-
воду дейдвудного та гребного валів?
6. Які чинники впливають на вибір довжини проміжних валів для конкретного
судна?
7. Назвіть можливі варіанти розташування головного упорного підшипника у
складі пропульсивного комплексу судна.
8. Чим визначається довжина суднового валопроводу?
9. Як відносно основної та діаметральної площин судна може розташовува-
тись валопровід?
10. Назвіть можливі значення кутів нахилу та розходження валопроводів. Чим
вони обмежуються?
11. Охарактеризуйте основні вимоги до матеріалів та конструкцій валів вало-
проводу.
12. Проаналізуйте можливі варіанти жорсткого з'єднання валів валопроводу.
13. Які особливості конструкції та монтажу цільних безшпоночних циліндри-
чних муфт?
14. Назвіть основні способи захисту елементів суднового валопроводу від кон-
такту з морською водою.
15. В чому полягають і чим визначаються особливості конструкції дейдвудних
пристроїв? Назвіть основні елементи дейдвудних пристроїв.
16. Як впливає тип дейдвудних підшипників на загальну будову дейдвудних
пристроїв? Сформулюйте основні принципи компоновки та функціонування
дейдвудних ущільнень.
17. Обгрунтуйте конструктивні особливості проміжних опорних та упорних
підшипників суднового валопроводу.
18. Яке призначення валоповоротних пристроїв у складі валопроводу?
19. За допомогою яких пристроїв забезпечується стопоріння валопроводу у
випадку пошкодження його елементів або головного двигуна?
20. Охарактеризуйте основні, допоміжні та випадкові навантаження, які впли-
вають на судновий валопровід при експлуатації судна.
21. Які основні принципи визначення розмірів основних елементів суднового
валопроводу? Наведіть основні розрахункові співвідношення для визна-
чення розмірів валопроводу.
22. Які особливості розрахунків діаметрів валів криголамів та суден з льодови-
ми підкріпленнями?
23. Обгрунтуйте особливості змащення та охолодження дейдвудних підшипни-
ків. Як забезпечується надійність роботи ущільнень дейдвудних пристроїв
при зміні осадки судна?
220
Глава 11. ПАЛИВНІ ТА МАСЛЯНІ СИСТЕМИ
11.1. Палива та масла, які використовують в СЕУ
Палива. В енергетичних установках морських та річкових суден
використовують здебільшого рідке нафтове паливо, яке є продук-
том переробки сирої нафти. Паливо поділяють на чотири групи:
дизельне, яке належить до категорії дистилятних та складається
з гасо-газойлевих та солярових фракцій нафти;
моторне, яке виробляють змішуванням гасо-газойлевих фракцій
з мазутами;
флотські мазути, які отримують під час прямої перегонки на-
фти або змішуванням залишкових нафтопродуктів з дистилятним
паливом;
котельнімазути, що являють собою залишок процесів перегон-
ки або крекінгу нафти. Дизельне паливо вважається легким, а реш-
та- важкими.
Якість рідкого палива визначається фізико-хімічними властиво-
стями: фракційним складом, температурами застигання та спалаху,
густиною, випарованістю, вмістом води та механічних домішок, на-
явністю сірчистих сполук та смолистих речовин, теплотою згорян-
ня, в'язкістю та ін.
Одним з основних показників палива є в'язкість, яка характери-
зує можливість перекачування палива та його використання в СЕУ.
В суднових установках використовують малов'язке паливо МВП
(його в'язкість при 20 °С не більше 2° ВУ), середньов'язке СВП (при
50 °С не більше 5 °ВУ) та високов'язке ВВП - легке та важке (при
50 °С не більше 20 та 40 °ВУ відповідно). Із зростанням температури
палива в'язкість та густина знижуються. Тому для покращення роз-
пилення палива його підігрівають.
Якість палива у значній мірі визначається кількістю та розміра-
ми механічних домішок, які значно впливають на працездатність
деталей тертя двигунів, у першу чергу - на паливну апаратуру. Легкі
сорти палива, які постачають на судна, здебільшого не містять меха-
нічних домішок, а у важких їх кількість (за масою) коливається від
0,1 до 1,5 %.
У паливі є також домішки різних солей та окислів, кислот, після
221
спалювання яких утворюється мінеральний залишок - зола. Влас-
тивість палива утворювати після спалювання мінеральний залишок
називають зольністю. Кількість речовин у паливі, що утворюють золу,
для легких сортів складає 0,01 ...0,025 %, для важких - 0,04...0,03 %.
В процесі транспортування, зберігання та бункерування до па-
лива потрапляє морська та прісна вода. Морська вода збільшує
зольність палива та його агресивність у першу чергу до паливної
апаратури.
Наявність сірчистих сполук у паливі несприятлива для устано-
вок усіх типів внаслідок руйнівної дії сконденсованої пари сірчаної
кислоти та кородуючої дії самого палива. Сірчисті сполуки у паливі
інтенсификують утворення нагару та лакових відкладень на деталях
двигунів, що викликає корозію паливної апаратури, протокових ча-
стин ГТД та теплообмінних поверхонь, а також спрацювання повер-
хонь тертя.
Залежно від вмісту сірки розрізняють високосірчисте (до 4,5 %),
сірчисте (до 3 %) та малосірчисте (до 0,5 %) палива.
Схильність палива до нагароутворення в звичайній мірі визна-
чається наявністю в ньому смолистих речовин (асфальто-смолистих
сполук), кількість яких більша у важких сортах палива. У флотських
мазутах, наприклад, вміст смолистих речовин може досягати
50...60%.
Теплота згоряння палива, яке використовують в СЕУ, різна та
залежить від сорту палива:
Паливо Нижча теплота
згоряння, кДж/кг
Дизельне 42500
Моторне 41500
Газотурбінне 39800
Мазут:
малосірчистий 40600
високосірчистий 40000
флотський 41300
Метан 46900
Дизельне паливо належить до категорії легких та відрізняється
високою якістю: містить мало сірки, має невисоку кислотність та низь-
ку зольність, у ньому немає води та механічних домішок. Дизельне
паливо вважають за краще для швидкохідних ДВЗ та для ГТД авіа-
ційного типу. У СОД, МОД та ГТД воно використовується тільки
під час запуску та роботи на режимах маневрування.
222
Широко застосовується дизельне паливо, фізико-хімічні показ-
ники якого відповідають міждержавному стандарту ГОСТ 305-82
(табл.11.1). В той же час нафтоперегонні заводи України випуска-
ють дизельне паливо для середньо- та малообертових двигунів за
ДСТУ 3868-99. Це паливо двох типів:
Л (літнє) - для використання при температурі навколишнього
повітря не нижче -5°С;
З (зимове) - для використання при температурі навколишнього
повітря не нижче -15°С.
За вмістом сірки дизельні палива поділяються на чотири види:
І - масова доля сірки не більше 0,05 %;
II - масова доля сірки не більше 0,1 %;
III - масова доля сірки не більше 0,2 %;
IV - масова доля сірки не більше 0,5 %.
Умовне позначення дизельних палив має такі особливості:
дизельні палива марки Л - в позначення повинні входити масова
доля сірки та температура спалаху;
дизельні палива марки 3 - в позначення повинні включатися
масова доля сірки та температура застигання.
Таким чином, літнє паливо з масовою долею сірки до 0,2 % та
температурою спалаху 40 °С позначається так: паливо дизельне
Л-0,20-40 за ДСТУ 3868-99.
Зимове паливо з масовою долею сірки до 0,1 % та температурою
застигання -25°С позначається так: паливо дизельне 3—0,10—(—25) за
ДСТУ 3668-99.
Нижче наведені приклади умовного позначення палив, що ви-
робляються за ГОСТ 305-82.
Паливо літнє з масовою часткою сірки до 0,20 % і температурою
спалаху 40 °С: паливо дизельне Л-0,20-40 за ГОСТ 305-82
Паливо зимове з масовою часткою сірки до 0,20 % і температу-
рою застигання-35 °С: паливо дизельне 3-0,20-(-35) за ГОСТ 305-82.
Паливо арктичне з массовою часткою сірки 0,20 %: паливо ди-
зельне А-0,20 за ГОСТ 305-82.
Моторне паливо ДТ та дизельний мазут ДМ використовуються
для СОД та ВОД, добре пристосованих до цього палива. Однак перед
спалюванням у ДУ необхідна спеціальна підготовка цього палива.
Вони виробляються з мазутів прямої перегонки або крекінгу
нафти шляхом розбавлення їх гасогазойлевими фракціями з метою
досягнення необхідної в'язкості. Палива ДТ та ДМ випускаються
згідго з міждержавним стандартом ГОСТ 1667-68 (див. табл.11.1).
223
224
Таблиця 11.1. Технічні характеристики палив
Показник Дизельне (ТОСТ 305-82) Газотурбінне (ГОСТІ 043 3-75) Моторне (ГОСТ 1667-68)
Л 3 А А Б дт дм
Кінематична в'язкість, мм2/с (сСт) за тем-
ператури, °С:
20 50 3,0...6,0 1,8...5,0 1,5...4,0 22 22 36 150
80 Температура застигання, °С, не вище, для — — — — — —
кліматичної зони:
помірної -10 -35 5 5 -5
холодної -45 -55
Температура спалаху, °С, не нижче, ви- 10
значена у тиглі:
закритому 62 40 35 65 61 65 85
відкритому — — — — — — —
Масова частка сірки, %, не більше, у па-
ливі:
малосірчистому 0,5 0,5 0,4
сірчистому 1,0 0,5 —
високосірчистому 2,5 1,5 3
Зольність, %, не більше 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,04 0,15
Коксівність 10 % залишку, %, не більше 0,2 0,2 0,2 0,5 0,5 3 10
Масова частка механічних домішок, %, не
більше Відсутність 0,02 0,03 0,1 0,2
Масова частка води, %, не більше Відсутність 0,2 0,5 1 1,5
Густина при 20 °С, кг/м , не більше 860 | 840 | 830 935 935 930 970
Показник
Ф5
Кінематична в'язкість, мм2/с (сСт) за темпе- ратури, °С: 20
50 36,2
80 —
Температура застигання, °С, не вище, для кліматичної зони: помірної -5
холодної Температура спалаху, °С, не нижче, визна- чена у тиглі: закритому 80
відкритому —
Масова частка сірки, %, не більше, у паливі: малосірчистому —
сірчистому 2,0
високосірчистому Зольність, %, не більше 0,05
Коксівність 10 % залишку, %, не більше 6
Масова частка механічних домішок, %, не більше 0,10
Масова частка води, %, не більше 0,3
Густина при 20 °С, кг/м3, не більше —
225
Мазут для котлів
(ГОСТ 10585-75)
Ф12 40 100
89 - -
— 59 118
-8 10 25
90
- 90 110
0,6 0,5...1,0 0,5...1,0
— 2,0 2,0
3,5 3,5
0,10 0,12 0,14
6 — —
0,12 0,80 1,50
0,3 1,5 1,5
— — 1015
Флотський мазут марок Ф5, Ф12 належить до важкого палива
підвищеної в'язкості та є основним для МОД і СОД. Вміст сірки в
ньому невисокий.
Топковий мазут М40 та МІ00, який належить до залишкового
палива, призначений здебільшого для спалювання у топках парових
котлів, але за останні часи широко використовується для малообер-
тових ДВЗ. Характеристики таких мазутів відповідають міждержав-
ному стандарту ГОСТ 10585-75.
Газотурбінне паливо дистилятне уповільненого коксування роз-
роблено для ГТУ та містить невелику кількість шкідливих домішок,
таких, наприклад, як ванадій, натрій, калій. Газотурбінне паливо
використовується не тільки у ГТД, але також у СОД та МОД.
В залежності від фізико-хімічних показників встановлено дві
марки газотурбінного палива, призначеного для двигунів стаціонар-
них газотурбінних установок та газотурбінних установок водного
транспорту: А - для легких енергетичних газотурбінних установок;
Б - для суднових та інших енергетичних газотурбінних установок.
За основними показниками таке паливо повинно відповідати
вимогам та нормам міждержавному стандарту ГОСТ 10433-75, який
діє в Україні.
Покращення експлуатаційних властивостей палива здійснюють
застосуванням присадок - речовин, які додають у малих кількостях
до палива. У високов'язкому паливі присадки (антиокислювачі) за-
побігають утворенню нерозчинних осадів, диспергують уже утво-
рені осади, підвищують стабільність палива. Додають присадки про-
тинагарні, протикорозійні. Спеціальні присадки зменшують ток-
сичність випускних газів.
Антиванадієві та антинатрієві присадки містять речовини, що
запобігають ванадієвій та натрієвій корозії.
Масла. У СЕУ використовують здебільшого мінеральні масла,
які виробляються з нафтопродуктів та можуть бути дистилятними,
залишковими або мішаними (компаундованими). В особливих ви-
падках (при високих температурах та навантаженнях), коли масла
на мінеральній основі непридатні, використовують синтетичні мас-
ла. Вони мають кращі властивості, але вартість їх висока, і тому ча-
стіше використовують суміші мінеральних та синтетичних масел.
В'язкість масла визначає несучу здатність масляного кліна у
підшипниках, втрати на тертя у змащуваних вузлах, інтенсивність
тепловідведення від деталей машин і механізмів та ін. В'язкість мас-
226
ла у значній мірі залежить від його температури. Інтенсивність зміни
в'язкості від температури характеризується індексом в'язкості: чим
нижче інтенсивність, тим вищий індекс в'язкості і тим більші наван-
таження витримує шар масла. У СЕУ використовують в основному
масла з індексом в'язкості 85...95.
У процесі експлуатації змінюються фізичні властивості масла,
отже, і в'язкість. При тривалому використанні з нього випаровують-
ся легкі фракції, внаслідок чого в'язкість підвищується та збільшується
опір у масляному шарі. Потрапляння палива у масло різко знижує
його в'язкість та погіршує змащувальні властивості, допустимі на-
вантаження у вузлах тертя знижуються, підсилюються окислювальні
процеси. Зниження в'язкості на 20.. .25 % порівняно з початковою вва-
жається граничним, і у такому випадку масло необхідно замінити.
Властивість масла утворювати на поверхнях тертя з металів та
інших матеріалів стійку масляну плівку називається маслянистістю
або липкістю. Завдяки цій властивості масел виключаються задири
та забезпечується мінімальне спрацювання вузлів тертя.
Масло, як і паливо, містить механічні домішки - нерозчинні ре-
човини органічного та неорганічного походження, які впливають
на його коксованість. Для видалення механічних домішок масло се-
парують та фільтрують, а кількість домішок органічного походжен-
ня знижують введенням диспергуючих присадок.
У маслі містяться також різні солі, оксиди, кислоти та інші речо-
вини, які після спалювання утворюють золу. Зольність свіжого мас-
ла коливається від 0,005 до 0,12 %.
Для покращення функціональних властивостей базових масел
до них вводять спеціальні присадки: миючі (детергентно-диспергую-
чі), антиокиснювальні, протизносні та протизадирні, антипінні,
в'язкісні, депресанти та ін. Для дизельних масел використовують пе-
реважно багатокомпонентні композиції присадок.
Марку масла, що використовується у СЕУ, добирають у кожно-
му конкретному випадку залежно від марки та якості основного па-
лива, на якому працює двигун, а також від ступеня його форсування.
У табл.11.2 наведено технічні характеристики деяких масел, що
використовуються у СЕУ.
11.2. Паливні системи
Паливні системи призначені для приймання, зберігання, пере-
качування, очищення, підігрівання та подавання палива до тепло-
227
15*
228
Таблиця 11.2. Технічні характеристики масел
Марка масла ГОСТ Темпе- ратура засти- гання, °С, не вище Температу- ра спалаху, визначена у відкритому тиглі, °С, не нижче В'язкість кіне- матична, сСт, в межах при температурі, °С Кислотне число, мг КОН на 1 г масла, не більше Золь- ність, %, не більше Вміст
водорозчин- них кислот та лугів механіч- них домі- шок, %, не більше води, %
50 100
Турбінне:
Тп22 -15 180 20...23 — 0,005
ТпЗО Тп46 9972-79 -10 -10 180 195 28...32 44...48 — 0,02 0,005 0,02 Відсутність
Компресорне КС19 Дизельне: 9243-59 -15 270 - 17...21 0,02 0,005
Дп8 5304-54 -25 200 — 8...9 0,15 Слабколужна 0,01
Дп12 -10 210 13...15 0,22 реакція 0,01 Сліди
Моторне М12В Циліндрове — -15 200 — 11 — 0,6 Відсутність 0,025
М16Е-30 — -12 190 — 16 — 5 Те ж 0,03
Для суднових газових турбін 10289-62 -45 135 9,6 — 0,04 0,005
Синтетичне Відсутність
внииип 50-1-4ф 13076-67 -60 204 — 3,2 0,22 од
вих двигунів і котлів, а також для передавання палива на берег або
на інші судна.
У зв'язку з широтою виконуваних функцій паливна система може
поділятися на ряд самостійних систем. Окрім того, в СЕУ часто ви-
користовують декілька сортів палива і в цьому випадку передбача-
ють самостійні трубопроводи для кожного з видів палива, наприк-
лад, дизельного, важкого, котельного. Усе це ускладнює систему.
Приймально-перекачувальний трубопровід виконує такі функції:
приймання палива з берега або з іншого судна; видавання палива на
берег або на інше судно; розміщення палива по цистернах основного
запасу; перекачування палива у відстойні або витратні цистерни.
Зазначені операції можуть здійснюватися одночасно з подаванням
палива до двигунів та котлів.
Крім того, приймально-перекачувальний трубопровід має й інше
допоміжне призначення. Його використовують для вирівнювання
крену та диференту судна під час проведення вантажних операцій та
в аварійних ситуаціях.
Приймання палива на судно здійснюється за допомогою поза-
суднових засобів з берегових або плавучих бункерувальних баз. Для
цього на головній палубі або попід нею прокладають постійний тру-
бопровід з приймальними відростками, що виведені до обох бортів
у спеціальні приймальні станції, які відокремлено від інших при-
міщень. Як правило, приймальні станції розташовують у середній
частині судна поблизу пристрою для приймання рідких вантажів, а
на танкерах - у районі вантажних станцій.
Станції приймання палива обладнують фільтром попереднього
очищення, вимірювальним пристроєм, термометрами та манометра-
ми. Паливо подають на судно за допомогою шлангів, щільно з'єднаних
з патрубками системи спеціальними замками, струбцинами або штуце-
рами. Паливо можна приймати з будь-якого борту. Час приймання
повного запасу палива не повинний перевищувати 6...10 год. Інтен-
сивність приймання залежить від водотоннажності судна: 50 т/год -
до 1200 т, 70 т/год - при 1200... 1900 т та 100 т/год - більше 1900 т.
Під час приймання палива необхідно слідкувати за заповненням
цистерн, щоб не допустити переливання через головки повітряних
труб, якими обладнано усі цистерни.
За призначенням розрізняють такі суднові паливосховища: цис-
терни основного запасу; відстойні, витратні, переливні, стічні, бруд-
ного палива та відходів сепарації. Основний запас палива зберігається
229
у бортових відсіках, у міждонних відсіках, у диптанках. Загальна
місткість цистерн залежить від дальності плавання і визначається
розрахунком.
Цистерни аварійного запасу палива, яке не потребує підігріван-
ня (малов'язкого, звичайно дизельного), передбачають на суднах нео-
бмеженого району плавання та розміщують поза подвійним дном
біля МВ. їх місткість повинна бути не меншою добового запасу па-
лива на ЕУ.
Цистерни, що призначені для зберігання високов'язкого палива,
обладнують паровими підігрівниками, які розміщують у нижній ча-
стині цистерн.
На рис. 11.1 наведено принципову схему приймання та перекачу-
вання палива дизельної установки. Мало- та високов'язке паливо
приймають окремими трубопроводами через станцію приймання
палива. На лінії приймання високов'язкого палива (ВВП) установ-
лено фільтри грубого очищення, манометри та термометри. Прий-
мальні паливні патрубки обладнано відростками з неповоротно-
запірними клапанами для продування трубопроводів повітрям. Тру-
бопроводи ВВП обладнані супутниками для обігрівання. Перекачу-
вання палива здійснюється штатними паливоперекачувальними
насосами. Віддалена від станції приймання група цистерн основно-
го запасу ВВП має окремий агрегат перекачувальних насосів.
Паливопідготовка є найважливішою експлуатаційною опера-
цією, яка покращує якість палива. Під час зберігання паливо у цис-
тернах забруднюється продуктами корозії металу цистерн та трубо-
проводів, а також обводнюється внаслідок спітніння та сполучення
паливних ємкостей з атмосферою через повітряні труби, що призво-
дить до зміни його фізико-хімічних властивостей. Вода у паливі зни-
жує його якість та сприяє корозії матеріалу цистерн, трубопроводів
і паливної апаратури двигунів.
Щоб забезпечити умови роботи паливної апаратури та підви-
щити її надійність, необхідно покращити якість палива попередньою
його підготовкою. Перш за все паливо з запасних цистерн перекачу-
ють у відстійні цистерни, де воно відстоюється і з нього випадають
в осад тверді механичні включення. Для ефективності відстоювання
важкого палива з метою зниження його в'язкості необхідний підігрів:
моторного палива до 40 °С, мазутів - до 50...60 °С.
Наступним етапом паливопідготовки є сепарація. Сепаруванням
видаляють з палива домішки неорганічного походження з розміра-
230
ми частинок 5 мкм та менше, а органічного походження - 7 мкм та
менше. При цьому видаляють і воду до слідів. Втрати пальної части-
ни палива разом з відсепарованою водою та осадом при видаленні
не перевищує 1 % при очищуванні МВП та 3 % - при очищуванні
мазутів.
Рис. 11.1. Схема трубопроводів приймання, перекачування та видавання
палива ДУ:
1 - приймальний трубопровід МВП (57x4 мм); 2-трубопровід продування; 3- прий-
мання та видача МВП; 4 - приймання та видача ВВП; 5 - цистерна запасу МВП; 6 -
приймальний трубопровід ВВП (108x4 мм); 7-переливний трубопровід; 8-цистер-
на відстійна ВВП; 9-трубопровід до сепараторів; 10- осушення у цистерну запасу
ВВП; 11 - цистерна переливна; 12 - цистерна нафтовідходів; 13 - видача масла; 14-
насос перекачування протікань палива та масла; 75 - насос перекачування ВВП;
16-насос перекачування МВП; 77- трубопровід підведення відпрацьованого мас-
ла; 18 - ручний насос; 19 - зливний трубопровід до цистерни води, що містить на-
фту ; 20 - трубопровід подавання малов'язкого палива ДГ; 21 - цистерна запасу ВВП;
22 - цистерна переливна ВВП; 23 - паливоперекачувальні електронасоси (один ре-
зервний)
231
Зменшити втрати пальної частини палива можливо за рахунок
його гомогенізації. Після такої обробки паливо набуває гомогенного
(однорідного) складу, добре та без відходів фільтрується. Гомогені-
зація дозволяє створити стійкі водоналивні емульсії з високим вмістом
води у паливі (до 10... 18 %), які спалюються у двигунах та котлах.
Паливопідготовку рекомендується проводити комплексно, по-
чинаючи від приймання палива на судно та закінчуючи подаванням
його до двигуна. У зв'язку з цим систему паливопідготовки можна
умовно поділити на чотири ділянки: приймання палива на судно;
довгострокове зберігання палива (цистерни та трубопроводи пере-
качування палива з насосами); комплексна обробка палива та добо-
ве зберігання у відстійно-витратних цистернах; підготовка палива
перед подаванням до двигуна.
Паливну систему для суднових дизельних установок з ділянками
паливопідготовки та витрати палива зображено на рис. 11.2. Вона
придатна для використання високов'язкого палива (до топкового
мазуту). Система передбачає хімічну обробку, гомогенізацію та ком-
плексне очищення палива. До неї входять лінії малов'язкого палива
та лінії відходів палива.
Малов'язке паливо з цистерни запасу приймається через фільтр
паливоперекачувальним насосом та подається до сепаратора.
Рис. 11.2. Універсальна система паливопідготовки для суднових дизель-
них установок:
1,22 - цистерни запасу малов'язкого та високов'язкого палива відповідно; 2 - ФГО;
3,24 - паливоперекачувальні насоси; 4 - сепаратор; 5 - витратна цистерна малов'яз-
кого палива; 6 - ежекційно-змащувальний пристрій; 7,12,20- підігрівники палива;
8,10-контрольні фільтри; 9-регулятори в'язкості; 11 -охолоджувачпалива; 13,15 -
паливопідкачувальні насоси; 14 - змішувальна колонка (цистерна); 16 - витратна
цистерна високов'язкого палива; 17 - фільтраційна установка; 18 - гомогенізатор;
19- ротаметр; 21 - цистерна багатофункціональних присадок; 23 - дозатор
232
Відсепароване паливо спрямовується у витратно-відстійну цис-
терну, звідки надходить до змішувальної цистерни, а потім до голов-
ного двигуна. Паливо до ДГ підводиться з тієї ж цистерни окремою
гілкою трубопроводу.
Підготовка ВВП полягає в його послідовній обробці. Спочатку
до палива вводиться композиція присадок. Потім, після попереднього
підігріву, воно подається на гомогенізацію, фільтрувальну установ-
ку та у витратно-відстійну цистерну ВВП.
Хімічна обробка ВВП здійснюється в процесі рециркуляції за
схемою: запасна цистерна - паливоперекачувальний насос - піді-
грівник - гомогенізатор - запасна цистерна. Хімічна обробка прово-
диться відразу ж після прийняття палива з берега. Надалі у процесі
витрачання палива з введеною в нього присадкою проводять тільки
гомогенізацію та подальшу фільтрацію. Система передбачає роботу
допоміжних двигунів на ВВП або на суміші ВВП та МВП.
Витратна ділянка трубопроводу діє таким чином. З витратної
цистерни після відстою паливо самопливом крізь змішувально-
газовідводну цистерну надходить до одного з паливоперекачуваль-
них насосів (другий насос резервний), який нагнітає паливо через
підігрівники та ФТО до паливного насоса високого тиску (ПНВТ)
ГД. Підтримання в'язкості палива у заданих межах здійснює автома-
тичний регулятор в'язкості. Надлишок палива від ПНВТ паливо-
проводом перепускається назад до змішувальної цистерни.
Паралельно з витратною цистерною важкого палива до системи
включено і цистерну дизельного палива, на якому дизель працює під
час пусків, маневрування, перед зупинкою та нерідко на малих на-
вантаженнях.
Паливо з цієї цистерни також надходить до змішувальної цис-
терни і далі до двигуна, при цьому передбачено обхід підігрівників
палива та регулятор в'язкості.
Двигуни, що працюють на легкому паливі (ВОД, ГТД), мають
більш просту паливну систему, аналогічну розглянутій ділянці для
дизельного палива. Не відрізняється складністю і паливна система
котельної установки для важкого палива. Послідовність елементів,
включених до неї, така. З витратної цистерни підігріте до 40...50 °С
паливо самопливом надходить до паливного насоса, на приймальній
магістралі якого встановлено фільтр, що обігрівається, в якому тем-
пература палива підвищується до 90...120 °С. Насос подає паливо до
форсунок котла через автоматизований підігрівник та два щілясті
233
фільтри (з щілиною 0,4 та 0,25 мм), установлені послідовно один за
одним. Надлишки палива перепускаються у витратну цистерну. Роз-
палювання котла здійснюють дизельним паливом, яке подається
з цистерни дизельного палива тією ж магістраллю, але в обхід фільтра,
який обігрівається.
11.3. Визначення запасів палива
Запаси палива на період автономного плавання судна розрахо-
вують під час проектування СЕУ. За ними визначають місткість ци-
стерн для зберігання палива. Однак під час бункерування на судно
приймають таку кількість палива, яка необхідна для здійснення рей-
су. До загальної кількості палива входить основний запас та аварій-
ний (штормовий).
На морських суднах споживачами палива є: ГД, первинні двигу-
ни СЕС, головні та допоміжні котли, а також генератори інертного
газу та інсинератори (печі для спалювання сміття).
Витрату палива на головні двигуни розраховують виходячи з
можливості їх роботи у ходовому та стоянковому режимах. Якщо
припустити, що головні двигуни працюють тільки на ходовому ре-
жимі, то сумарна витрата палива для них може бути підрахована за
формулою
В - В т,
де В х - годинна витрата палива на головні механізми у розрахунко-
вому ходовому режимі, кг/год; тх - загальна тривалість ходового
режиму за період автономного плавання, год. До сумарної витрати
палива включають основне, звичайно важке, паливо (Вгв) та легке
(Вгл), яке використовується у режимах маневрування, запуску та зу-
пинки двигунів і котлів. Тоді
В= В +В .
г г.в г.л
Приймають, що витрата легкого палива на ГД дорівнює 10... 15 %
сумарної витрати.
Розрахунок витрати палива на суднову електростанцію викону-
ють тільки для тих режимів, на яких працюють первинні двигуни
(ДВС та ГТД). Ці двигуни звичайно споживали легке паливо, однак
останнім часом їх усе частіше стали переводити на роботу на важко-
му паливі або на сумішах з важким паливом.
234
Сумарна витрата палива на двигуни СЕС за період автономного
плавання
йе
ве = у Ве те ,
е ег ег ’
/=1
де Ве - годинна витрата палива на двигуни СЕС у розрахунковому
режимі навантаження; те - загальна тривалість роботи двигунів СЕС
у розрахунковому режимі за період автономного плавання, год; пе -
кількість розрахункових режимів навантаження СЕС.
Витрату палива на допоміжні котли визначають виходячи з па-
ропродуктивності для кожного режиму роботи, годинної витрати
палива та сумарної тривалості кожного з розрахункових режимів
роботи за період автономного плавання.
Сумарна витрата палива може бути розрахована за формулою
Пк.
в =У В т ,
К Кг- 5
/=1
де Вк - годинна витрата палива на допоміжні котли на розрахунко-
вому режимі, кг/год; тк - тривалість роботи допоміжного котла за
період автономного плавання, год; пк - кількість розрахункових ре-
жимів навантаження котлів.
Допоміжні котли працюють звичайно на тому ж паливі, що і
головні двигуни, тому окремі цистерни для зберігання котельного
палива у такому випадку не потрібні.
Специфікаційний запас основного палива В, т, на установку скла-
де
В = 10-3к/л(5 + В + В),
де кх - 1,05... 1,5-коефіцієнтексплуатаційного запасу; к2 - 1,05... 1,15 -
коефіцієнт, який враховує додатковий запас дизельного палива на
пуск установки, виведення її з дії та маневрування.
Об'єм цистерн Е, м3, для кожного з сортів палива можна визна-
чити за формулою
Е>£3КВ/р,
де к3 - 1,07...1,1 - коефіцієнт захаращеності цистерн та наявності
"мертвого запасу". За "мертвий запас" вважають залишки палива у
235
цистерні, які не можуть бути прийняті паливоперекачувальним на-
сосом; ХВ - розрахункова кількість кожного з видів палива; р - гу-
стина палива, т/м3.
11.4. Масляні системи
Масляна система СЕУ необхідна для змащування та відведення
теплоти від поверхонь тертя двигунів, механічних передач, дейдвуд-
них, опорних та упорних підшипників валопроводів, охолодження
поршнів дизелів (у дизелях до 8... 12 % теплоти палива відводиться з
циркуляційним маслом), роботи гідравлічних муфт і передач, а та-
кож для приймання, зберігання, перекачування, підігрівання та очи-
щення масла.
Циркуляційні масляні системи поділяються на напірні, граві-
таційні та напірно-гравітаційні.
Напірна система змащування передбачає циркуляцію масла під
тиском, що створюється головним масляним насосом, за замкненим
контуром: стічно-циркуляційна цистерна - головний масляний на-
сос -фільтр-маслоохолоджувач-споживач (наприклад підшипник) -
стічно-циркуляційна цистерна. Тиск масла у системі 0,3...0,5 МПа.
Напірну систему циркуляційного змащення застосовують у го-
ловних та допоміжних двигунах усіх типів.
У гравітаційній системі, на відміну від напірної, охолоджене
масло надходить до місць змащування внаслідок природного напо-
ру від високорозташованої у МВ напірної цистерни. Під час роботи
системи напірна цистерна безперервно наповнюється маслом, що по-
дається насосом зі стічної цистерни двигуна.
Одним з основних показників циркуляційної системи є кратність
циркуляції, за яку вважають число, що показує, скільки разів прока-
чується увесь об'єм масла через систему протягом години.
Показники масляної системи приймаються згідно з технічною
документацією двигунів (табл.11.3). Чим вища кратність циркуляції
масла, тим швидше воно старіє та потребує заміни.
Під час роботи двигунів масло витрачається за рахунок витіків,
угару та втрат при сепаруванні.
На судні зберігається запас масла, який іде на поповнення втрат
та на заміну масла в циркуляційній системі головних двигунів у ви-
падку аварійного обводнення його морською водою або забруднен-
ня (закінчення строку служби) масла.
236
Таблиця 11.3. Характеристики масляних систем
Об'єкт змащування Кратність циркуляції Питома кількість масла, л/кВт Періодичність заміни масла, год Питома витра- та масла, г/(кВт-год)
ДВЗ:
малообертовий 4...15 1,4...8 15 000...20000 0,4...1,1
середньообертовий 25...40 1,4...8 1000...10000 1,2,5
середньообертовий з підвищеною час-
тотою обертання 50...60 1, 1, 5 800...1000 3 ... 5
високообертовий 75...90 0,5...1,5 500 4 ... 5
80...100 0,25...0,6 300 5 ... 7
Турбокомпресор 7...12 0,07...0,15 500 5...10
Редуктор 5...15 1...1,2 1000...20000 0,02
ПТУ 15...20 1,4 15000...20000 0,06
ГТУ 18 1,4 1000...2000 0,14...0,16
Запас циркуляційного масла для ГД визначають за формулою
(2ГГТ = кллгЛ тгл + агл7ггт тггт,
де кх - 1,15 - коефіцієнт експлуатаційного запасу; дгд - годинна ви-
трата масла ГД, кг/год; ґх - тривалість ходового часу, год; ^ГДх -
кількість ГД, працюючих на ходовому режимі; дГДз - маса масла, яке
замінюється, у системі ГД; тгд - загальна кількість ГД; агд - кількість
замін масла у системі ГД, ос^ = ?х/Тгд (значення агд повинно дорів-
нювати цілому числу); Ггд - строк служби масла у системі ГД до його
заміни, год.
Запас циліндрового масла для МОД може бути визначений за
виразом
О' = к.а'ітг„ ,
ГД 1 ^ГД х ГДх’
де ц' - годинна витрата циліндрового масла ГД, кг/год.
Запаси масла на судні значно менші, ніж запаси палива, і звичай-
но не перевищують 5 % загального запасу палива.
Приймання на судно масла, як і палива, проводиться закритим
способом позасудновими засобами через наливні палубні втулки або
приймальні патрубки, розташовані у станціях приймання палива і
масла. Через ті самі патрубки здійснюється видавання масла з судна.
Невеликі кількості масла постачають на судно у бочках, а потім пе-
рекачують переносним агрегатом у відповідні цистерни. Цистерни
237
запасу масла виготовляють вкладними та розміщують вздовж бортів
або перебірок судна у МВ на певній висоті від другого дна, щоб стіч-
но-циркуляційні цистерни головних механізмів могли заповнюватися
самопливом.
На рис. 11.3 як приклад зображено принципову схему системи
приймання, зберігання та підготовки масла (без резервуваня устат-
кування та трубопроводів). Циркуляційне масло для двигуна прий-
мається через палубну втулку та фільтр 1 попереднього очищення у
запасну цистерну 2, звідки воно самопливом може заповнювати цир-
куляційну цистерну З ГД. З запасної цистерни у циркуляційну масло
може подаватися маслоперекачувальним насосом 10 через фільтр 13
або насосом сепаратора 9. У системі передбачені підігрівники масла,
які установлені в цистернах, та зовнішні підігрівники 7 і 8. До ГД
масло подається головним масляним насосом 5 через ФГО, ФТО 6
та підігрівник 7, а потім повертається у цю ж цистерну спеціальним
трубопроводом. За допомогою сепаратора 9 проводиться очищен-
ня масла у циркуляційній цистерні з повертанням його в ту саму ци-
стерну або цистерну сепарованого масла 14. Така байпасна система
очищення дозволяє знизити загальний рівень забруднення масла, яке
міститься у системі змащування.
Рис. 11.3. Принципова схема приймання, зберігання, підготовки та
подавання масла до двигунів ДУ
Перевагою байпасної системи очищення є можливість прийман-
ня масла з нижньої частини маслозабірної цистерни, де концентруєть-
ся більша частина забруднень. Окрім того, очищення масла можна
238
проводити під час стоянки судна, якщо масляну систему двигуна
обладнано автономним насосом та підігрівником.
Через фільтр 13 та клапан 12 насосом 10 можна перекачувати
масло у цистерну відпрацьованого масла 11. Відпрацьоване масло
від допоміжних двигунів також може бути спрямовано у цю цистер-
ну або подано на сепарацію з поверненням його до картера двигуна
або у цистерну сепарованого масла.
Очищення масла на судні здійснюється відстоюванням, фільтру-
ванням та сепаруванням.
Відстоювання найбільш ефективне у тих випадках, коли у маслі
з'являються водні розчини кислот та значно зростає вміст механіч-
них домішок. Відстоювання масла здійснюється у стічно-циркуля-
ційній цистерні під час стоянки судна. Добрі результати дає відсто-
ювання масла протягом 24...40 год при його підігріванні до 60...90 °С.
Після відстоювання масло сепарують.
Для очищення масла від механічних домішок та води звичайно
застосовують відцентрові сепаратори. Кожний головний двигун на
судні повинно бути укомплектовано одним сепаратором продуктив-
ністю 500... 1000 л/год. При потужності ГД більше 15 МВт продук-
тивність сепаратора дорівнює 1500... 3000 л/год. В установках більшої
потужності може бути два сепаратора, один з яких резервний. Про-
дуктивність сепаратора беруть з розрахунку пропускання через ньо-
го усього масла, яке міститься у стічно-циркуляційній цистерні, за
1...3 год.
Окрім сепараторів для очищення масла застосовують фільтри
та фільтраційні установки.
У системах рекомендується установлювати на приймальному
трубопроводі насосів зубчастих передач та гідравлічних муфт магніт-
ний фільтр, на приймальному трубопроводі насоса циркуляційного
змащення - один сітчастий ФГО, на нагнітальному трубопроводі
насоса - два паралельні фільтри або один самоочищуваний фільтр.
В ЕУ різних типів системи приймання, зберігання та підготовки
масла принципово не різняться. Може змінюватися тільки тип та
кількість комплектуючого обладнання, ємкостей тощо. Найбільш
складні циркуляційні масляні системи мають СЕУ з МОД. Звичайно
вони включають декілька самостійних систем: напірну - для змащу-
вання механізму руху та охолодження поршнів; гравітаційну - для
змащування газотурбокомпресорів; лінійну - для змащування
циліндрів; напірну - для змащування механізмів привода паливних
239
насосів та системи газорозподілення. У напірній масляній системі
(див. рис. 11.3 - дільниця подачі масла до ГД) передбачено циркуля-
цію масла під тиском, що створюється головним масляним насосом
у замкненому контурі: стічно-циркуляційна цистерна - ФГО - мас-
лоохолоджувач - ГД - стічно-циркуляційна цистерна. Тиск масла у
системі 0,3...0,5 МПа. Напірну систему застосовують для змащуван-
ня механізмів з високовантажними парами тертя у ГД та ДД.
Принцип роботи гравітаційної масляної системи можна зрозу-
міти з рис. 11.4, на якому зображено розташування та послідовність
включення основних елементів системи. Гравітаційну систему за-
стосовують для змащування ГТЗА, ПТУ, ГТУ транспортних суден,
турбонаддувних агрегатів дизелів, газотурбогенераторів, гребних
електродвигунів та підшипників дейдвудних пристроїв. Переваги гра-
вітаційної системи змащування такі: тиск масла у місцях змащуван-
ня сталий та не залежить від витрати масла у системі; у напірній ци-
стерні відбувається додаткове відстоювання масла та видалення з
нього газу; запас масла у напірній цистерні дозволяє подавати масло
протягом деякого часу (до 5 хв) на двигун за відмови головного
масляного насоса або під час вільного вибігу турбін, коли приті-
нюється подавання енергії до двигунів масляних насосів.
Напірну цистерну розташовують звичайно на висоті 8...10 м від
настилу МВ, що забезпечує тиск масла при підведенні до місць зма-
щування 0,08...0,10 МПа.
Недоліком цієї системи є громіздкість та
установлення додаткового устаткування, а та-
кож невисокий тиск у системі.
Рис. 11.4. Принципова схема гравітаційної
масляної системи:
1 - стічно-циркуляційна цистерна; 2 - ФГО; 3 - голов-
ний циркуляційний масляний насос; 4-ФТО; 5- масло-
охолоджувач; 6- масло до двигуна; 7-напірна цистер-
на; 8 - смотровий ліхтар; 9 - аварійний масляний насос;
10 - масло від двигуна
240
11.5. Основне устаткування систем
Переміщення рідин по трубопроводах систем СЕУ здійснюється
за допомогою насосів, які бувають об'ємними (насоси витискання),
лопатними (гідродинамічної дії) та струминними. Об'ємні насоси
поділяються на поршневі зі зворотно-поступальним рухом поршня
та ротаційні, у яких витискання рідини виконується тілами обертан-
ня - роторами. Із ротаційних насосів в системах СЕУ найчастіше
використовуються шестеренчасті та гвинтові.
Шестеренчасті насоси застосовують для перекачування в'язких
рідин в паливних, масляних та гідравлічних системах. Робочі парамет-
ри насосів: подача 0,5...250 м3/год, тиск 20...400 м вод. ст., оберти 25...
...50 с1. В гідравлічних системах ці насоси створюють тиск до 14 МПа.
Найбільш поширеним типом шестеренчастого насоса є дворо-
торний з зовнішнім зачепленням (рис.11.5). Він складається з двох
циліндричних шестірень одного діаметру, які знаходяться в зачеп-
ленні. В корпусі 8 розміщені ведуча шестірня 11, насаджена на при-
відному валі 1 і зафіксована шпонкою, та ведена 10, які знаходяться
в торцевій частині корпуса і в торцевій кришці 4. Вал ведучої шес-
терні на виході із корпуса насоса ущільнений набивочним сальни-
ком 12. На корпусі насоса встановлено запобіжний клапан 5, наван-
тажений пружиною 6. Затягування пружини регулюється гвинтом 7.
Клапан здійснює перепуск рідини з нагнітальної полості у всмокту-
вальну. якшо тиск нагнітання пеоевишує заданий.
Рис. 11.5. Шестеренчастий насос
241
16-341
Рис. 11.6. Гвинтовий насос
Гвинтові насоси виконують з різною кількістю гвинтів. Найбільш
розповсюджені на суднах тригвинтові насоси з циклоїдальним за-
чепленням і п'ятигвинтові з циклоїдально-евольвентним зачеплен-
ням. Перекачувана рідина заповнює простір між витками різьби та
корпусом і проштовхується в осьовому напрямку при їх обертанні.
В СЕУ гвинтові насоси застосовуються як циркуляційні паливо-
та маслоперекачувальні. Вони ви-
користовуються для вантажних та
зачищувальних операцій. На
рис. 11.6 зображений тригвинто-
вий герметичний насос з односто-
роннім підводом рідини. Середній
гвинт 4 є ведучим, а два бокових
1 - приводними. Нарізані частини
гвинтів укладені в обойму 5, де
вони обертаються, як в підшипни-
ках з невеликими зазорами. Для
розвантажування гвинтів від дії
осьових сил, які виникають при
роботі насоса, у торця ведучого
гвинта передбачено розвантажу-
вальний поршень 3, а у торців при-
відних гвинтів - розвантажувальні
стакани 2.
Апарати для очищення нафтопродуктів. В СЕУ для очищення
робочих середовищ, які циркулюють в системах, застосовують
фільтри і сепаратори. За призначенням фільтри бувають: поперед-
нього, грубого і тонкого очищення. В паливних та масляних систе-
мах крім звичайних фільтрів застосовуються комплексні фільтруючі
установки.
За способом очищення рідин фільтрувальні елементи поділяють-
ся на три основні типи: поверхневі, щільові і ємкісні. Поверхневі за-
тримують домішки на поверхні фільтруючого елемента (сіткового,
тканинного, паперового) з боку підводу забрудненої рідини. У щільо-
вих елементах фільтру домішки - осідають на кромках щілин, які
утворюються пластинками (пластинчасті), витками дроту (дротові)
або тонкою стрічкою (стрічкові). Для ємкісних (об'ємних) фільтру-
ючих елементів характерне утримання домішок не тільки на поверхні
фільтруючого елемента, а і усередині його (у товщі, порах). Для цьо-
242
го використовують войлочні, фетрові, деревинно-волокнисті, мета-
локерамічні та інші фільтрувальні матеріали.
За способом очищення від забруднення фільтри можуть бути з
ручним очищенням, для якого необхідне розбирання для вилучення
скупченого забруднення, і самоочисні, коли забруднення вилучають-
ся без розбирання фільтрів.
Фільтри грубого очищення (ФГО) утримують домішки розміром
від 40 до 1000 мкм. Звичайно вони бувають сітковими. їх установлю-
ють в паливній і масляній системах перед сепараторами або (у ви-
падку відсутності сепараторів) перед фільтрами тонкого очищення.
Часто ФГО (з тонкістю відсіву 150...40 мкм) ставлять безпосередньо
перед двигунами замість фільтрів тонкого очищення. В системах СЕУ
широко застосовуються щільові полегшені фільтри масла і палива,
їх характеристики наведені в табл.11.4.
Таблиця 11.4. Характеристики щільових фільтрів
Марка фільтра Умов- ний прохід, мм Тиск, МПа Тонкість фільтра- ції, мм Пропускна спромож- ність, м3/год Макси- мальна темпера- тура, °С Маса, кг Габарити, мм
1ФЩ32/40 32 3,9 0,25 5,0 100 37 306x210x540
2ФЩ32/40 32 3,9 0,4 5,0 100 37 —
1ФЩ40/10 40 1,0 0,15 7,7 — — —
2ФЩ40/10 40 1,0 0,25 9,0 — — —
1ФЩ50/10 50 1,0 0,15 12 — — —
2ФЩ50/10 50 1,0 0,25 14,0 — — —
1ФЩ60/10 60 1,0 0,15 20,0 — — —
2ФЩ60/10 60 1,0 0,25 23,0 — — —
1ФЩ125/6 125 0,6 0,5 100 70 190 620x586x740
2ФЩ125/6 125 0,6 0,4 100 70 190 —
1ФЩ150/6 150 0,6 0,25 200 70 230 670x636x760
2ФЩ150/6 150 0,6 0,4 200 700 230 -
На рис.11.7 зображено двосекційний сітковий фільтр грубого
очищення палива або масла. Він призначений для відділення твер-
дих частин розміром більше 100 мкм. Фільтрувальний патрон скла-
дено з лінзоподібних пружинних сіток, стиснутих пружиною. Рідина
надходить до нього зовні, проходячи через сітки у внутрішній стер-
жень з отворами, по якому підіймається у верхню камеру, а потім
243
16*
Рис. 11.7. Двосекційний сітковий
фільтр:
1 - корпус; 2 - фільтрувальний патрон;
З - стержень; 4 - камера; 5 - клапан спус-
ку повітря; 6 - крани переключення
секцій фільтра
Широкого розповсюдження
через патрубок іде на вихід. Очи-
щують фільтр вручну при його
розбиранні секціями, не виводя-
чи із роботи усього фільтра.
Фільтри тонкого очищення
(ФТО) забезпечують тонкість
відсіву від 40 до 2...З мкм. Вони
працюють з великими перепада-
ми тиску (0,05 МПа), тому їх
фільтрувальні елементи повинні
мати достатню механічну
міцність.
Ці фільтри виконуються по-
верхневого, об'ємного та щільо-
вого типів. Для фільтрувальних
елементів використовують тек-
стильні тканини та неткані мате-
ріали, папір, картон, металокера-
міку та ін.
Сепаратори. На сучасних суд-
нах у паливних і масляних систе-
мах застосовують відцентрові се-
паратори та статичні фільтри-се-
паратори.
набули відцентрові сепаратори з
тарілчастими барабанами закордонних фірм "Де Лаваль" (Швеція),
"Шарплес" (Великобританія), "Вестфалія" (Німеччина), "Титан" (Да-
нія), "Міцубісі" (Японія), "Лакта" (Фінляндія) та ін. (табл.11.5).
На суднах сепарують усі види рідких палив і масел. Сепаруван-
ням виводять із нафтопродуктів частки 5...7 мкм і менше.
За принципом очищення барабана від бруду сепаратори поділя-
ють на дві групи:
несамоочисні (несаморозвантажні), коли бруд, який набрався в
барабані, виводять вручну, для чого потрібні періодична остановка
і розбирання сепаратора;
самоочисні (саморозвантажні), коли бруд виводиться промивоч-
ною водою автоматично під впливом відцентрових сил під час робо-
ти сепаратора.
Ці та інші сепаратори можуть бути налагоджені на режим, коли
244
Таблиця 11.5. Характеристики сепараторів
Марка сепаратора (фірма, країна) 2 при 2°ВУ, м3/год кВт/(м3/год) с/2, кг-103/(м3/год) 172, м3-103/(м3/год) N/2, м2/(м3/год) з Ф м3/(м3/год)
€N8-66 ("Титан", Дднія) 3 1,23 0,33 1,10 0,25 0,32
€N8-70 те ж 5 1,47 0,29 1,80 0,17 0,27
€N8-80 8,4 1,10 0,14 - 0,18 0,36
€N8-150 18 1,20 0,18 — 0,12 0,27
8АОО-2016 ("Вестфалія", Німеччина) 3 1,96 0,25 0,80 — —
8АОО-3016 теж 3,8 1,62 0,16 0,80 0,30 0,4
8АОО-4016 5 1,47 0,16 0,51 0,19 0,25
8АОО-5016 5,8 1,50 0,14 1 0,32 0,48
УІВ-2900С "Альфа-Лаваль", Швеція) 10 0,60 0,11 0,98 0,03 —
НУВ-310-00 теж 11 0,80 0,13 1,10 0,16 0,68
МРХ-207-00 -"- 5 1,90 0,24 0,80 0,27 0,35
МРХ-309-00 -"- 8 1,40 0,19 0,89 0,17 0,25
МАРХ-205Т-00 - "- 4,4 0,90 0,16 0,32 0,23 0,29
МАРХ-207-14 5,8 1 0,15 0,70 0,24 0,33
МАРХ-210Т-00 -" - 12,5 1,90 0,16 0,48 0,15 0,23
МАРХ-313-00 19 1 0,13 0,67 0,10 0,15
РХ-309-00 8 1,12 0,17 0,89 0,38 0,35
РХ-207-00 5 1,10 0,19 0,80 — —
81-252 ("Міцубісі", Японія) 3 1,40 0,28 — 0,37 0,56
Примітка. N10 - енергоємність; (7/2 - питома маса; К/2 _ питома ємність грязевої камери; /72 - питома площа
фундаменту; Р72 - питомий об'єм сепаратора; (7- маса сепаратора; V- об'єм сепаратора.
245
будуть одночасно відділятися вода та механічні домішки (пурифіка-
ція) або на режим для відділення тільки механічних домішок (клари-
фікація).
Необхідність настройки сепаратора на режим пурифікації вини-
кає тоді, коли нафтопродукти дуже обводнені (вміст води в них більше
0,3 %, наприклад, при промиванні їх гарячою водою). Відділення ме-
ханічних домішок у цьому режимі менш ефективне, ніж у режимі кла-
рифікацїї.
На рис. 11.8 показано сепараційний модуль з сепаратором
РОРХ 608 (а) і схема його роботи (б). Сепаратор придатний для будь-
якого палива з густиною до 1010кг/м3і і = 15 °С з в'язкістю до 700 сСт
при 50 °С. Він очищує паливо від води, механічних і соляних домі-
шок. Ефективність сепаратора не знижується навіть при очистці па-
лива з високою кількістю води. Сепараційна установка автоматизо-
вана і не потребує під час роботи регулювання густини, в'язкості,
температури і витрати сепарованого палива. До складу установки
входять контролюючий блок, який забезпечує роботоздатність се-
Рис.11.8. Сепараційний модуль з сепаратором РОРХ 608.
Загальний вигляд (я) і схема його роботи (б):
1 - вхід палива для сепарації; 2 - вихід очищеного палива; 3 - вихід шламу; 4 - гідро-
апаратура розвантаження сепаратора; 5 - вихід води; 6 - набір дисків (тарілок); 7 -
верхній диск; 8 - вхід промивочної води
246
параційної системи з виведенням на монітор робочих показників і
здійснює контроль за безпекою функціонування.
Гомогенізатори. Для утворення однорідної (гомогенної) струк-
тури рідини використовують гомогенізатори, які шляхом інтенсив-
ного змішування багатокомпонентних систем і диспергування фаз
утворюють однорідні структури. У процесі гомогенізації роздрібню-
ють тверді і желеподібні компоненти та отримують дрібнодисперсні
емульсії та суспензії, які не затримуються фільтрами і сепараторами.
Все це сприяє більш повному згорянню палива, отже зменшенню
відходів.
Контрольні завдання та питання
1. Назвіть групи палив, що використовують в СЕУ.
2. Комплексом яких показників визначається якість рідкого палива?
3. Як впливають сірчисті сполуки, що містяться у паливі, на працездатність
елементів СЕУ? На які групи, в залежності від вмісту сірки, поділяються
палива?
4. Охарактеризуйте дизельні палива, що застосовуються в СЕУ.
5. Охарактеризуйте типи мазутів, які використовують у суднових котлах та
двигунах.
6. Які типи масел застосовуються в СЕУ?
7. Який фізичний показник визначає несучу здатність масляного клина? Як
змінюється цей показник в процесі експлуатації СЕУ?
8. В чому полягає призначення паливних систем СЕУ?
9. Які функції виконує приймально-перекачувальний трубопровід?
10 .3а допомогою яких пристроїв забезпечується прийом палива на судно? Назвіть
місце розташування та необхідне обладнання станцій приймання палива.
11. Де зберігається на судні основний запас палива? Чим визначається міст-
кість цих ємностей?
12. Які суднові паливосховища входять до складу СЕУ?
13. На прикладі схеми приймання та перекачування палива дизельної устано-
вки поясніть склад основного устаткування та його взаємодію.
14. Обгрунтуйте необхідність проведення паливопідготовки в суднових умовах.
15. Охарактеризуйте основні способи паливопідготовки для СЕУ.
16. Покажіть, яким шляхом надходить паливо з витратної цистерни до ГД. Роз-
гляньте варіанти роботи ГД на важкому та легкому паливі.
17. Побудуйте схему паливної системи котельної установки.
18. Як визначаються витрати палива на головний двигун та на суднову елект-
ростанцію?
19. Чим визначається і як розраховується витрата палива на допоміжні котли?
20. Охарактеризуйте склад співвідношення для визначення спеціфікаційного
запасу основного палива на установку.
21. Сформулюйте призначення масляної системи СЕУ.
22. На які типи поділяються циркуляційні масляні системи?
247
23. Розгляньте основні характеристики масляних систем стосовно до основних
елементів СЕУ різних типів.
24. Проаналізуйте склад співвідношень для визначення запасу циркуляційного
та циліндрового масла.
25. Як забезпечується приймання масла на судно? Де розміщуються цистерни
запасу масла?
26. На прикладі принципової схеми приймання, зберігання, підготовки та по-
давання масла до двигунів ДУ покажіть взаємодію її основного устатку-
вання в процесі експлуатації ГД.
27. Назвіть основні способи очищення масла на судні.
28. Обгрунтуйте необхідність застосування гравітаційної масляної системи у
складі СЕУ, назвіть її переваги та недоліки.
29. Дайте характеристику основних елементів, що застосовуються в системах
СЕУ: насосів, фільтрів, сепараторів.
Глава 12. ПОВІТРЯНО-ГАЗОВІ ТА ВОДО-ПАРОВІ
СИСТЕМИ
12.1. Системи охолодження
Системи охолодження призначені для відведення теплоти від
різних механізмів, пристроїв, приладів та робочих середовищ у теп-
лообмінних апаратах.
Робочими середовищами в СЕУ є паливо та повітря, масло, за-
бортна та прісна вода.
Вода порівняно з іншими охолоджуючими середовищами має
більшу теплоємність і при швидкостях 0,5...2,5 м/с високі коефіцієн-
ти тепловіддачі. Це легкодоступне охолоджуюче середовище, яке
широко застосовується в установках усіх типів. Однак у воді містяться
розчинні солі, мікроорганізми та інші домішки, які при нагріванні
випадають в осад. Особливо багато солей та домішок у морській
забортній воді, тому її підігрів у теплообмінних апаратах вище 55 °С
небажаний. При необхідності нагріву охолоджуючого середовища
вище зазначеної температури на суднах використовують двоконтурні
248
системи охолодження з використанням у високотемпературному кон-
турі іншого теплоносія, наприклад прісної води.
Прісна вода допускає нагрівання до 80...90 °С у системах охо-
лодження при атмосферному тиску, а при підвищеному - до ще
більших температур. Прісна вода, що циркулює у внутрішньому кон-
турі, проходить попередню обробку з метою зниження солевмісту,
жорсткості та видалення різноманітних домішок. До неї вводять
інгібітори - уповільнювачі корозії.
В СЕУ найбільшого поширення набули системи охолодження
забортною водою. Нею охолоджують головні та допоміжні конден-
сатори парових турбін, охолоджувачі прісної води ДВЗ, маслоохо-
лоджувачі циркуляційних систем змащування редукторів, ДВЗ, ТЗА
та ГТД, компресори, підшипники суднового валопроводу та інші
елементи СЕУ.
Атмосферне повітря, що застосовується як охолоджуюче сере-
довище, має теплоємність майже в чотири рази меншу порівняно з
водою, отже, системи охолодження потребують збільшену, порівня-
но з водою, його кількість та подавання зі швидкістю до 10 м/с. Це
створює певні незручності внаслідок підвищеної витрати енергії на
нагнітання повітря. Тому повітря як охолоджуюче середовище за-
стосовується тільки у тих випадках, коли використання рідких охо-
лоджуючих середовищ утруднене (в електродвигунах та електроге-
нераторах).
До системи водяного охолодження забортна вода надходить че-
рез спеціальні приймальні пристрої (рис.12.1). Відповідно до вимог
Регістру у кожному МВ повинно бути не менше двох кінгстонних
ящиків циркуляційної або охолоджуючої води, через які можна прий-
няти забортну воду за будь-яких умов експлуатації. Як правило, один
кінгстонний ящик розміщують у подвійному дні, а другий - попід
бортом. їх обладнують пристроями для подавання пари тиском
0,5 МПа, гарячої води та стисненого повітря (р = 0,3 МПа), які вико-
ристовуються для підігрівання води у ящиках та для продування
приймальних решіток. Окрім того, у верхній частині кінгстонного
ящика передбачено трубопровід для відведення повітря, що потра-
пило разом з водою.
На суднах льодового плавання приймання забортної води у си-
стему охолодження здійснюють через льодові ящики. Крихти криги
(шуга), що потрапляють у ящик разом з водою, спливають догори.
Приймальний кінгстон установлено у нижній частині ящика, що за-
249
безпечує надійний прийом. Для розтоплення шуги, що потрапила до
льодового ящика, до нього підводять рециркуляційним трубопро-
водом частину підігрітої води з системи охолодження.
Рис. 12.1. Приймальні пристрої для забортної води:
а - днищевий кінгстонний ящик; б - бортовий кінгстонний ящик; в - льодовий
ящик; 1 - патрубок під арматуру продування; 2 - клінкет; 3 - труба продування;
4 - приймальна решітка; 5 - перфорований лист; 6 - шахта; 7 - горловина
Відведення охолоджуючої води за борт здійснюється крізь непо-
воротно-запірні клапани. Для того, щоб нагріта у системі охолод-
ження вода при відведенні не потрапляла до приймальних отворів,
останні розташовують до носа судна від відливних.
Найбільш складні системи охолодження у ДУ звичайно двокон-
турні (прісною та забортною водою). Окремі вузли ГД охолоджу-
ються маслом і паливом. Залежно від роду рідини, що охолоджує
циліндри, поршні та форсунки двигуна, розрізняють такі системи: з
охолодженням циліндрів, поршнів та форсунок прісною водою; з
охолодженням циліндрів та форсунок прісною водою, а поршнів
маслом; з охолодженням циліндрів прісною водою, поршнів мас-
лом, а форсунок паливом.
У цих системах охолодження прісної води і масла здійснюється
забортною водою у водо- та маслоохолоджувачах. Температура за-
бортної води на виході не повинна перевищувати 55 °С, щоб з неї не
випадали солі та не осаджувались на стінках теплообмінних повер-
хонь у вигляді накипу. Температуру прісної охолоджуючої води
підтримують на вході двигуна не нижче 55 °С, а на виході не більше
250
65...75 °С у головних малообертових ДВЗ та 75...85 °С у головних
середньообертових та допоміжних двигунах.
Спрощену принципову схему системи охолодження ДУ показа-
но на рис.12.2. Головний двигун 1 та дизель-генератори 12 (на ри-
сунку показано один) охолоджуються прісною водою, яку подають
до магістралі головним насосом прісної води 17. Через водоохолод-
жувач 9 прісна вода надходить на охолодження ГД, а потім, виходя-
чи з нього, проходить через водопідігрівник 20, деаератор 16 та оп-
ріснювач 15 і подається до приймального патрубка охолоджуючого
насоса 17. По другій гілці охолоджуюча прісна вода надходить через
водомаслоохолоджувач 73 до ДГ 12 та, виходячи з нього, у всмокту-
ючу магістраль насоса. Циркуляція прісної води здійснюється насо-
сом 7 7 за замкненим контуром.
Рис.12.2. Принципова схема охолодження ДУ:
----------трубопроводи забортної води;--------прісної води
До системи включено розширювальну цистерну 77, яка необхід-
на для поповнення кількості прісної води, що зменшується через ви-
тікання. У цю ж цистерну відводиться пароповітряна суміш з порож-
251
нин охолодження двигунів та теплообмінних апаратів. Водопіді-
грівник 20 використовують під час розігрівання установки перед за-
пуском ГД.
Система забортної води складається з окремих ділянок, які з'єд-
нані між собою з метою резервування механізмів. На сучасних суд-
нах забортна вода з кінгстонних ящиків (льодового 21, бортового 25
та днищевого 24) надходить через фільтр 22 до кінгстонно-розпо-
дільного каналу 23, який розташовано у МВ судна між сусідніми не-
проникними флорами. Завдяки кінгстонно-розподільному каналу
можна приєднувати багатьох споживачів на великій ділянці по ши-
рині судна, що дозволяє зменшити довжину трубопроводів заборт-
ної води.
Головний циркуляційний електронасос 19 подає забортну воду
до загальносуднової магістралі, звідки вона надходить на охолод-
ження теплообмінників ГД та ДД, компресорів 10, підшипників ва-
лопроводу 2 та маслоохолоджувача 3 ущільнювальної системи дей-
двуда, а потім зливається за борт 4.
На ГД забортною водою прокачують охолоджувачі наддувного
повітря 7, масла 8, прісної води 9, масла газотурбонагнітача 5 та
палива 6. У ДГ забортна вода подається на охолоджувачі наддувно-
го повітря 14, масла та води 13, а потім на злив. Циркуляційний елек-
тронасос 18 є резервним для насосів 19 та 17.
Основний потік забортної води у системі охолодження ПТУ
(рис. 12.3) проходить через ГК 5, куди він подається одним з голов-
них циркуляційних насосів 6. Приймання води з-за борту здійснюєть-
ся залежно від умов плавання з бортового 7або днищевого 8 кінгстон-
ного ящика. Від напірної магістралі частина води спрямовується на
Рис. 12.3. Схема охолодження конден-
саторів ПТУ
охолодження допоміжних
конденсаторів 3 та підшип-
ників суднового валопроводу
4. На стоянці допоміжні кон-
денсатори прокачують цирку-
ляційним насосом 2 (основ-
ним або резервним), а прий-
мання води здійснюється від
самостійного кінгстонного
ящика 1. На приймальному
трубопроводі головних цир-
куляційних насосів для прийо-
252
му води з МВ передбачено патрубок 9 з неповоротним клапаном.
Отже циркуляційні насоси будуть резервувати водовідливні засоби,
які включаються при затопленні МВ.
Відливний трубопровід за ГК має відгалуження до бортового
кінгстонного ящика для рециркуляції підігрітої води з метою відта-
вання прийомних решіток при прийманні води взимку.
В сучасних ПТУ застосовують одно- та двопротокові конденса-
тори з поверхнею охолодження 0,08...0,13 м2/кВт. Опір систем скла-
дає 0,075...0,085 МПа з двопротоковим конденсатором та 0,045...
...0,050 МПа з однопротоковим.
У ГК забортна вода нагрівається незначно, бо витрата води ве-
лика, а температура пари, що надходить на конденсацію невисока.
Необхідну продуктивність головного циркуляційного насоса мож-
на розрахувати за формулою
IV - кї) (і - і )/(с Ь.1 ),
кч п к7 4 з.в з.в7 ’
де к - коефіцієнт запасу, к- 1,1... 1,2; - кількість пари, що надхо-
дить до конденсатора на номінальному режимі, кг/год; /, / - ентальпії
відповідно пари та конденсату, кДж/кг; сзв - питома теплоємність
забортної води, кДж/кг; Д/_ - зміна температури забортної води у
конденсаторі, °С.
Як циркуляційні звичайно застосовують вертикальні відцентрові
або осьові насоси з електроприводом. Потужність, що витрачається
на привод цих насосів, значна і досягає 0,8 % потужності ГТЗА.
Спеціфікаційна потужність головних циркуляційних насосів пере-
вищує споживану на 10...15 %.
З метою економії енергії в СЕУ і, зокрема, енергії, яку витрачено
на привод головних циркуляційних насосів, у сучасних ПТУ велико-
тоннажних суден використовують самопротокові системи охолод-
ження конденсаторів забортною водою. Забортна вода подається не
насосами, а самопротоком за рахунок швидкості набіжного потоку
води, що створюється при русі судна. Приймальний патрубок цієї
системи зорієнтовано до носу, а відливний до корми судна. Форму
патрубка виконують такою, щоб динамічний напір найбільш ефек-
тивно перетворювався у статичний.
При зменшенні швидкості руху, під час маневрування або на
стоянці, коли немає самопротока води крізь конденсатор, автома-
тично вмикається циркуляційний електронасос, який подає воду з
бортового кінгстонного ящика у приймальний трубопровод конден-
253
сатора. Продуктивність циркуляційного насоса (а отже, і його по-
тужність) значно менша загальної кількості води, що проходить че-
рез конденсатор на повному ходу судна.
У ПТУ є деякі інші споживачі забортної води, кількість та склад
яких залежать від призначення судна. Вони забезпечуються водою
від спеціальної системи забортної води, що аналогічна розглянутій
вище стосовно до ДУ.
В ГТУ система охолодження призначена для прокачування мас-
лоохолоджувачів двигуна і редуктора, повітроохолоджувача ГТД з
проміжним охолодженням, для охолодження ДГ та їх теплообмін-
ників, опорних і упорних підшипників валопроводу, дейдвудних
пристроїв та інших елементів установки. Будова суднової системи
охолодження ГТУ відносно проста і аналогічна будові системи охо-
лодження ДУ.
12.2. Системи підведення повітря до двигунів та котлів
Системи подавання повітря для горіння палива призначені для
подавання повітря до топок парових котлів, дизелів та ГТД. Витрати
повітря на згоряння палива у СЕУ різних типів різні. При однаковій
потужності ГД найменшу кількість повітря споживають ПТУ, дещо
більшу - дизелі, а найбільшу - ГТД.
Кількість повітря, необхідного для згоряння палива, може бути
визначена з рівняння
(т —
ПОВ 2. 0 ’
де ц сумарний коефіцієнт надлишку повітря; Д - теоретично не-
обхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива, кг/кг; В - витрата
палива, кг/год.
Значення Д залежить від сорту палива та його складу. Для рідко-
го палива умовно середнього складу (87 % С, 12,6 % Н2,0,4 % О2) Д =
= 14,3 кг/кг.
Коефіцієнт надлишку повітря а в головних котлах дорівнює
1,03...1,08, в допоміжних - 1,10...1,25. В дизелях приймають сумар-
ний коефіцієнт надлишку повітря сд який залежить від коефіцієнта
надлишку повітря при горінні а0 та коефіцієнта продування. Для
суднових МОД (Д = 3,2...3,7, а для чотиритактних СОД з наддувом
(Д = 2,3...2,7.
Для ГТД (д залежить від прийнятої початкової температури
254
газу перед турбіною і складає 3,5...4,5 (менше значення - для дви-
гунів з високою початковою температурою газу).
До топки парових котлів повітря подається безперервно, що за-
безпечує стійке горіння палива, гази також безперевно відводяться з
топки через систему газовипуску. За рахунок різниці статичних тисків
повітря, що надходить до топки, та гарячих газів, що виходять з кот-
ла, створюється тяга.
Для інтенсифікації процесу горіння повітря до топки котлів по-
дають під тиском за допомогою вентиляторів, які установлено у
верхній частині МВ над котлом. Вентилятори всмоктують уже
підігріте повітря та подають його у простір поміж кожухом та об-
шивкою котла або через газовий повітропідігрівник до топкових
пристроїв.
Вентилятори створюють надлишковий тиск 1000...2000 Па. їх
подачу визначають за формулою
О - к<р сцк. В.
ПОВ т пов ТО’
де к- коефіцієнт запасу подачі, к - 1,15... 1,20; (рпов - коефіцієнт, що
враховує витікання повітря, (рпов = 1,0...1,05.
В суднових дизелях повітря для горіння палива звичайно подаєть-
ся з МВ, куди воно надходить через світловий люк та з системи вен-
тиляції. Турбонагнітачі двигуна, що розташовані у верхній його ча-
стині, обладнані приймальним патрубком з фільтрами, які очищу-
ють повітря та знижують рівень шуму повітряного потоку. У деяких
установках передбачається автономне підведення повітря до ДВЗ
(наприклад, у СЕУ криголамів), щоб під час роботи двигуна не зни-
жувалась температура повітря у МВ.
До ГТУ повітря може подаватися безпосередньо з МВ (на малих
суднах) та спеціальним повітроприймальним трактом (на великих
водотоннажних суднах). Однією з відзначних особливостей ГТУ є
підвищені вимоги до якості повітря, що всмоктується двигуном. У
морському повітрі завжди знаходяться аерозолі та краплини мор-
ської води, що містять різноманітні солі. їх концентрація особливо
велика біля поверхні води та у вітряну погоду при хвилюванні. Щоб
запобігти попаданню у ГТД солей морської води, повітроприймальні
пристрої намагаються розміщувати по можливості у верхній частині
суднової надбудови, а на вході у повітроприймальну шахту установ-
люють спеціальні дво- та триступеневі фільтри.
На великих морських суднах повітроприймальні пристрої ГТД
255
являють собою складні та громіздкі споруди (рис. 12.4). Це канали ве-
ликого перерізу звичайно прямокутної форми з мінімальними виги-
12.3. Системи газовідводу
нами, які проходять від верхньої частини
суднової надбудови до двигуна.
Внутрішні стінки повітроприймальної
шахти вкривають звукопоглинаючим
матеріалом. Швидкість повітря у шахті
досягає ЗО м/с.
Рис. 12.4. Схема компоновки повітроприй-
мального та газовідвідного трактів ГТД у
МВ великого водотоннажного судна:
1 - газовідвідна шахта; 2, 6 - глушники шуму;
З - компенсатор теплових розширень газохода;
4 - ГТД; 5 - повітроприймальна шахта; 7 - во-
довіддільні пристрої
Система газовідводу СЕУ призначена для відводу продуктів зго-
ряння від головних і допоміжних двигунів та котлів. До її складу вхо-
дять газовипускні трубопроводи, глушники шуму, іскрогасники, ком-
пенсатори температурних розширень, УК та інші елементи.
Схема системи газовідводу визначається типом СЕУ та призна-
ченням судна. Система призначена для транспортування газів, які
мають високу температуру (150...500 °С), є токсичними та несуть не-
допалені крихти палива у вигляді іскр, що може стати причиною по-
жежі. Це потребує надання ряду спеціальних вимог до газовідвод-
них систем під час їх проектування.
Звичайно кожний двигун повинен мати окремий газовипускний
трубопровід, проте допускається і об'єднання цих трубопроводів за
наявності надійних пристроїв, що вимикають непрацюючий двигун.
Димоходи (газовипускні трубопроводи) головних або допоміж-
них парових котлів можуть бути об'єднані у загальний трубопровід.
Випускні гази головних суднових парових котлів мають на виході
помірну температуру (150... 180 °С), тому температурні розширення
трубопроводу для них невеликі.
256
Димохід виготовляють з листової сталі товщиною 3...5 мм за до-
помогою електрозварювання. Для надання йому жорсткості листи
підкріплюють косинцями з внутрішньої або зовнішньої сторони. З
зовнішнього боку димохід захищають шаром ізоляційного матеріалу
товщиною 10... 12 мм, а потім на відстані 10... 12 мм від ізоляції кріплять
сталеві листи зовнішньої обшивки товщиною 1,0... 1,5 мм. Повітря-
ний прошарок між обшивкою та ізоляцією виступає додатковою теп-
лоізоляцією. Димохід виводиться в суднову димову трубу через виріз
у його діафрагмі. Внутрішній переріз димоходу визначають виходячи
з максимального значення швидкості випускних газів, яка для голов-
них котлів складає 7... 10 м/с, а для допоміжних - 15...20 м/с.
Газовипускні труби ДВЗ (рис. 12.5) та ГТД (див. рис. 12.4) виго-
товляють із сталевих труб стандартних розмірів невеликої довжини
(3...5 м), що з'єднуються між собою за допомогою фланців. Між флан-
цями установлюють паронітові прокладки для газонепроникності
стиків.
Переріз газовипускних труб звичайно значний, що утруднює ви-
готовлення вигинів. У більшості ви-
падків такі труби виконують за до-
помогою зварювання з наперед заго-
товлених обичайок.
Газовипускні трубопроводи дви-
гунів на морських суднах виводять
догори через димар. На суднах не-
великої водотоннажності або на
спеціальних випуск газів може
бути здійснено вище або нижче
ватерлінії.
Рис. 12.5 Схема газовідводу ДУ:
1 - ДГ; 2 - ГД; 3 - опора; 4 - допо-
міжний котел; 5 - іскрогасник паро-
вий; 6 - глушник-іскрогасник; 7, 8-
жалюзі природної вентиляції кожу-
ха димової трубі вихідні та вхідні
відповідно; 9 - вентилятор вдувний;
10 - УК; 11 - компенсатори
10
257
17-341
При розрахунках прохідного перерізу газовипуску виходять з
таких допустимих швидкостей газу, м/с: 25...ЗО для двотактних ДВЗ;
40... 50 для чотиритактних ДВЗ; 50...60 для ГТД простого циклу; 15.. .20
для ГТД з регенерацією.
Температура випускних газів дизелів та ГТД значно вища, ніж у
котельних установок, і досягає інколи 500 °С. У зв'язку з високою
температурою газів значно змінюються лінійні розміри трубопро-
воду та підвищується тепловіддача у МВ. Теплове подовження окре-
мих ділянок газовипускних трубопроводів може складати 3...5 мм
на 1 м їх довжини. З метою компенсації теплових подовжень у газо-
випускний трубопровід необхідно вмонтувати спеціальний еластич-
ний елемент - компенсатор, який не тільки компенсує температурні
подовження, але й знижує рівень шуму та вібрації. Застосовують саль-
никові та лінзові компенсатори. їх установлюють на довгих прямих
ділянках труб, а також біля газовипускних колекторів або біля ви-
пускних патрубків газотурбонагнітачів.
Труби кріплять за допомогою жорстких опор та пружних пру-
жинних підвісок. Місця розташування опор та підвісок визначають
так, щоб маса трубопроводу передавалась на корпус судна, а не сприй-
малася двигуном.
У системах газовипуску встановлюють глушники шуму, а на суд-
нах з підвищеною небезпекою пожежі (танкери, газовози, судна, що
перевозять ліс, бавовну та інші легкогорючі матеріали) передбача-
ють іскрогасники.
При установці утилізаційних парових котлів, у яких крім знижен-
ня температури газів забезпечується глушіння шуму та іскрогасіння,
автономні глушники та іскрогасники можуть не застосовуватися.
Середні значення температури випускних газів Т та їх швид-
кості для різних типів двигунів та суднових парових котлів можна
прийняти такими:
г,к 1Тг, м/с
МОД та СОД 530...650 20...40
вод 650...750 40...80
ГТД простого циклу 750...780 50...60
ГТД з регенерацією 600... 650 15...25
Головні котли 430...470 7...10
Допоміжні котли 650... 700 15...20
Газовипускні труби та димоходи у межах закритих приміщень
ізолюють вібростійкою тепловою ізоляцією, що значно знижує теп-
258
ловіддачу. При розрахунках товщини ізоляційного шару виходять з
того, що температура зовнішньої поверхні трубопроводу не повин-
на перевищувати 50...55 °С. У місцях можливих пошкоджень ізоля-
ційний шар вкривають тонким листовим металом.
Зрізи газовипускних труб розташовують відносно козирка суд-
нової димової труби так, щоб виключити задимлення судна. Конст-
рукції суднових димових труб бувають різними. Останнім часом
віддають перевагу газовипускним трубам, які значно виступають над
кожухом димаря, що сприяє знесенню димових газів від судна зуст-
річним потоком повітря.
На суднах з двовальною установкою часто установлюють дві
димові труби по обидві сторони ДП або ближче до бортів. Інколи й
одновальні установки мають дві димові труби. В одній з них розта-
шовують газовипускний трубопровід ГД, а у другій - усі газовипускні
трубопроводи допоміжних двигунів та котлів.
12.4. Системи стисненого повітря
Системами стисненого повітря обладнують ЕУ всіх типів.
Найбільш розвинуті ці системи на дизельних транспортних, промис-
лових та на великих газотурбінних суднах. Розрізняють системи стис-
неного повітря низького (до 1 МПа), середнього (до 3 МПа) та висо-
кого (більш 5 МПа) тиску. Повітря низького тиску витрачається на
господарські потреби судна та ЕУ (продування механізмів,
кінгстонів), середнього тиску - здебільшого на пуск та реверс ДВЗ, а
високого - у системах управління ГТД, пуску допоміжних ДВЗ та на
інші цілі.
За комплектацією механізмами та пристроями системи стисне-
ного повітря суден різних типів практично не відрізняються. Зви-
чайно до складу системи входять поршневі електрокомпресори,
масловологовіддільники, балони для зберігання повітря, редукційні
клапани, трубопроводи, контрольно-вимірювальні прилади та при-
строї автоматичного регулювання системи.
Згідно з Правилами Регістру повітря для пуску ГД повинно збе-
рігатися у двох балонах однакової місткості. Тиск пускового повітря
складає 2,5...З МПа. На великих суднах та для пуску допоміжних
двигунів використовують повітря тиском 5...7 МПа. Запас пусково-
го повітря на судні також визначений Правилами Регістру, відпові-
дно до яких необхідно, щоб його вистачало на 12 послідовних пусків
259
17*
(навперемінно на передній та задній хід) кожного реверсивного ГД.
Для пуску нереверсивних ГД запасу повітря повинно вистачити на
шість пусків двигуна найбільшої потужності, а за наявності більш як
двох двигунів - на три пуски кожного двигуна. Для ДГ допускається
використовувати один балон, місткість якого повинна бути такою,
щоб забезпечити шість послідовних пусків одного двигуна. Якщо ДГ
розташовані на різних бортах судна, передбачають по одному бало-
ну на кожний борт. Між собою балони з'єднують трубопроводом.
При розташуванні ГД у двох приміщеннях, відокремлених во-
донепроникною перебіркою, у кожному з них установлюють не менш
ніж по одному балону на кожному з бортів та по одному головному
компресору.
Питома витрата пускового повітря для сучасних дизелів £пов =
= 4...9 м3 на 1 м3 робочого об'єму циліндрів двигуна.
Стиснене повітря на судні витрачається не тільки на пуск дви-
гунів, але й на інші потреби, тому якщо воно забирається з балонів
пускового повітря, то їх місткість повинна бути відповідно збільше-
на. Наприклад, при використанні стисненого повітря для подавання
звукового сигналу за допомогою тифона необхідно збільшити
місткість пускових балонів на кількість повітря, яка необхідна для
безперервної роботи тифона протягом 8 хв у буксирів та 6 хв у інших
суден.
Балони пускового повітря являють собою великогабаритні ци-
лідричні ємкості. їх звичайно встановлюють у МВ вздовж бортів у
районі платформи з ухилом до корми для накопичування конденса-
ту у місцях розташування клапанів продування або вертикально біля
переднього торця ГД. Кожний балон повинен оснащуватись мано-
метром, запобіжним клапаном та іншою арматурою.
Запас стисненого повітря поповнюється за допомогою голов-
них компресорів, яких повинно бути не менше двох (один резерв-
ний), та одного первинного компресора з автономним двигуном. Пер-
виний компресор дозволяє створити необхідний запас стисненого
повітря для запуску ДГ ("оживлення" установки), а тоді вже може
бути запущено один з електрокомпресорів. Компресорна станція
може мати у своєму складі і підкачувальний електрокомпресор мен-
шої продуктивності порівняно з основним. Підкачувальний комп-
ресор дозволяє поповнювати витрату стисненого повітря при мен-
ших витратах електроенергії.
Згідно з Правилами Регістру подача кожного головного комп-
260
ресора повинна бути такою, щоб забезпечити заповнення пускових
балонів ГД протягом 1 год, починаючи з тиску, при якому можли-
вий останній пуск або маневр, до робочого початкового тиску.
Системи стисненого повітря на дизельних суднах аналогічні
(рис.12.6). Балони пускового повітря 5 та 7 відповідно ГД та ДГ за-
повнюються за допомогою одного з головних компресорів З через
водомасловіддільник 4 з автоматичним спуском конденсату. З ба-
лонів частина повітря через редуктор спрямовується на господарські
потреби б та до тифонів 8. В міру витрачання повітря та зниження
тиску у балонах поповнення здійснюється автоматизованим підка-
чувальним компресором 2. При великій витраті пускового повітря,
як при маневруванні ГД, включається у роботу головний електро-
компресор. Початкове (або аварійне) заповнення балона 7 здійсню-
ється автономним дизель-компресором 1 з ручним пуском.
Рис.12.6. Система стисненого повітря дизельного судна
На паротурбінних суднах повітря витрачається здебільшого на
господарські потреби, тому у системі стисненого повітря, більш
простій, застосовують одноступеневі компресори низького тиску.
На газотурбінних суднах система стисненого повітря складаєть-
ся з окремих трубопроводів низького, середнього та високого тисків.
Повітря високого тиску використовується в системі управління ус-
тановкою.
Стиснене повітря все ширше використовується на сучасних суд-
нах на різні цілі, незважаючи на те, що витрати на його отримання
261
вищі, ніж витрати на інші енергоносії. Стиснене повітря можна три-
вало зберігати, використовувати у будь-який час як джерело енергії
у вибухо- та пожежонебезпечних приміщеннях. Зокрема, воно ши-
роко використовується у системах управліннях СЕУ та у дихальних
апаратах, застосування яких необхідне на спеціалізованих суднах,
що перевозять нафтопродукти, вибухонебезпечні хімічні та інші ван-
тажі, які виділяють шкідливі речовини.
На криголамних суднах для зменшення тертя між корпусом судна
та кригою нижче ватерлінії роблять невеликі отвори (від носа до міде-
ля), крізь які подають стиснене повітря від спеціальної повітродувки.
Це сприяє звільненню корпусу судна від криги та збільшенню швид-
кості судна (внаслідок меншого "прилипання" криги до корпусу).
12.5. Конденсатно-живильні та парові системи
На суднах з ПТУ конденсатно-живильна система є основною та
найбільш складною ланкою теплової схеми установки, яка з'єднує
між собою ГК та головний котел. Вона складається з власно конден-
сатно-живильної системи і системи дистиляту та бідистиляту.
Конденсатно-живильна система призначена для забирання кон-
денсату з конденсатора, приймання, зберігання та подавання живиль-
ної води до котлів, підігрівників, фільтрів, елементів регулювання та
управління системою.
Система дистиляту та бідистиляту забезпечує забирання дисти-
льованої та бідистильованої води з ВОУ, зберігання та подавання її
для підживлення конденсатно-живильної системи.
На рис. 12.7 показано спрощену схему конденсатно-живильної
системи. Відпрацьована пара від останніх ступенів турбінного дви-
гуна 15 надходить на конденсацію до ГК 14.
Одним з головних конденсатних насосів 13 (другий резервний)
конденсат подається до системи, де спочатку попередньо підігріваєть-
ся у маслоохолоджувачі 12 та конденсаторі випарника котлової води
11, а потім надходить до підігрівника низького тиску 10, який є пер-
шим ступенем підігріву живильної води.
Головні конденсатні насоси відкачують конденсат з ГК за тем-
ператури, що майже дорівнює температурі насичення пари при тис-
ках 4...5 кПа. Такі низькі тиски вимагають застосування спеціаль-
них насосів, а розташовувати їх необхідно нижче рівня конденсату
у конденсаторі. З урахуванням того, що ГК стоїть практично на
262
другому дні, конденсатні насоси розташовують у ніші подвійного
дна. Для надійного всмоктування мінімальна відстань по вертикалі
між рівнем води у конденсаторі та приймальним патрубком конден-
сатного насоса повинна бути не менша 1,3 м.
Рис. 12.7. Принципова схема конденсатно-живильної системи
За конструкцією конденсатні насоси бувають вертикальними,
відцентровими і двоступеневими. Вони забезпечують тиск 0,3...
...0,8 МПа. Конденсат гріючої пари з підігрівника 10 дренажним на-
сосом 9 подається до основного конденсатного трубопроводу - ма-
гістралі. До цієї ж магістралі допоміжним конденсатним насосом 8
подається конденсат з допоміжного конденсатора 7. Останній об-
слуговує турбогенератор СЕС. Через нього проходить 5...7 % пари,
що виробляється головним котлом. До конденсатноїмагістралі при-
єднано трубопровід від цистерни гарячих конденсатів 10, у якій зби-
рається дренаж з різних теплообмінних апаратів (допоміжних
підігрівників, конденсатора випару деаератора). Живильна вода з
цієї цистерни подається дренажним насосом 17 до деаератора 6.
У схемі, що розглядається, деаератор служить другим ступенем
підігріву живильної води. Конденсат, який до нього надходить, роз-
пилюється за допомогою форсунок та підігрівається парою, яка ру-
хається йому назустріч. Деаератор працює як теплообмінник змішу-
263
вального типу, забезпечуючи підігрів живильної води до температу-
ри насичення, а також відокремлення від неї розчинених газів, які
разом з парою збираються у верхній частині конденсатора. Потім
пара конденсується, а гази видаляються. Конденсат накопичується
у збірній цистерні деаератора та відводиться з неї одним з живиль-
них насосів 1 (другий резервний). Ділянку трубопроводу між кон-
денсатором і деаератором називають конденсатною, а між деаера-
тором і котлом - живильною.
Для необхідного підпору нагрітої живильної води перед насо-
сом деаератор розташовують як можна вище. На транспортних суд-
нах його ставлять у шахті МВ на висоті 10... 15 м від рівня конденсату
у ГК.
Живильний насос - один з відповідальних допоміжних механізмів
конденсатно-живильної системи. Тиск, який розвиває цей насос, пере-
вищує тиск у котлі на величину втрат у трубопроводах (звичайно
125 % номінального тиску у котлі). За конструкцією такі насоси ви-
конують відцентровими багатоступеневими. Приводом звичайно є
парова турбіна парціального типу з плавним регулюванням частоти
обертання.
Ділянка живильного трубопроводу (між живильним насосом і
котлом) знаходиться під тиском, що перевищує тиск у котлі 5. У
живильний трубопровід вбудовано підігрівники живильної води
високого тиску 2 і З, які є третім та четвертим ступенями підігріву,
регулятор живлення 4, обвідні та рециркуляційні труби, інше облад-
нання. Гріючою для водопідігрівників є пара, яка відбирається від
проміжних ступенів головних турбін, або відпрацьована пара турбін
допоміжних механізмів.
Конденсат гріючої пари під дією різниці тисків самопливом пе-
ретікає з підігрівника 3 до підігрівника 2, а потім до деаератора. При
такій схемі теплота гріючої пари використовується найбільш повно
на підігрів живильної води.
На конденсатній лінії кожного підігрівника встановлюють ав-
томатично діючі пристрої (конденсатовідвідники) для відведення з
них конденсату з одночасним запобіганням виходу гріючої пари.
Для покриття витіків, а також у аварійних ситуаціях, передбача-
ють можливість забору води живильним насосом з цистерни дисти-
ляту 19, яка поповнюється через випарну установку. З цієї цистерни
за допомогою регулятора рівня 16 вода може надходити також до
ГК при зниженні рівня у ньому. У випадку підвищення рівня у кон-
264
денсаторі надлишкова вода через регулятор спрямовується до цис-
терни дистиляту.
Розглянута конденсатно-живильна система належить до закри-
тих, оскільки живильний трубопровід ізольовано від атмосфери. Такі
системи забезпечують роботу головних установок з тиском пари у
котлі 7...15 МПа. У відкритих системах живлення котлів конденсат з
конденсатора подається не до деаератора, а до теплого ящика, який
є збірником гарячих конденсатів. Теплий ящик вентиляційною тру-
бою сполучається з атмосферою, і тому живильна вода у ньому наси-
чується різними газами, які можуть агресивно впливати на внутрішні
поверхні елементів системи. Тому системи відкритого типу, як
найбільш прості за конструкцією, використовують у допоміжних та
утилізаційних установках з тиском пари не вище 2 МПа. Вимоги до
живильної води у цих системах також знижені.
Парова система складається з декількох самостійних систем: го-
ловної, допоміжної та відпрацьованої пари, продування котлів, про-
дування високого та низького тиску, ущільнення та відсмоктування
пари.
Схема системи пари залежить від кількості ГД, взаємного розта-
шування турбін і котлів, а також від загальної теплової схеми уста-
новки. У сучасних ПТУ використовується пара тиском 7... 15 МПа і
температурою 510...550 °С. Для зменшення гідравлічних опорів та
зниження втрат теплоти цю систему виготовляють з мінімальною
кількістю запорної арматури та вигинів труб. Паропроводи виго-
товляють зі сталевих суцільнотягнутих труб та сталевої литої арма-
тури. їх установлюють з ухилом, щоб запобігти створенню застій-
них зон, у яких при прогріві або охолодженні паропроводу може
накопичуватися конденсат.
Діаметри паропроводів та арматури добирають з такого розра-
хунку, щоб швидкість пари була 80...100 для перегрітої та 40...50 м/с
для насиченої і слабоперегрітої (менші значення приймають для три-
валих режимів роботи, більші - для короткочасних).
Принципову схему системи головного паропроводу ПТУ з про-
міжним перегрівом пари показано на рис.12.8. Перегріта пара з ос-
новного пароперегрівника головного котла 1 через головний сто-
порний клапан 18 та засувку 19 надходить до швидкозапірного кла-
пана (ШЗК) 13 маневрового пристрою турбіни і далі двома трубами
підводиться до ТВТ 11. Маневровий пристрій складається зі швид-
козапірного клапана 13, маневрового клапана 12 та відсічного 14.
265
Відпрацьована в ТВТ пара надходить до проміжного паропе-
регрівника головного котла через засувку 2. Вторинно перегріта пара
через засувку 17 магістраллю промперегріву подається до відсічного
клапана і далі двома трубами надходить до верхньої та нижньої со-
плових коробок ТСТ 9. Відпрацьована у ТСТ пара через ресивер
підводиться до ТНТ 7, виконує роботу і скидається до головного
конденсатора.
6
Рис. 12.8. Принципова схема системи головної пари ПТУ
Клапани 5 запобіжні. Вони спрацьовують при підвищенні тиску
у магістралі. Через клапан 6 відводиться пара для підігрівання жи-
вильної води. Через клапани З магістраль продувають.
За аварійних ситуацій, коли не працює головний котел, пара може
підводитись до ШЗК від допоміжного котла через засувку 16 та не-
поворотно-запірний клапан 15. У випадку відмови проміжного па-
роперегрівника клапани 2 та 17 закриваються, а клапан 4 відкри-
вається, і пара після ТВТ надходить через відсічний клапан 14 до
ТСТ. Засувка 8 та заглушка 10 призначені для роз'єднання ТНТ у
аварійних ситуаціях.
Трубопроводи пари звичайно розташовують у верхній частині
МКВ у місцях, які доступні для спостереження та обслуговування.
Відповідно до вимог Регістру такі трубопроводи не дозволяється про-
кладати попід трапами, площадками та настилами МКВ, а також на
відстані менше 450 мм від цистерн рідкого палива.
Висока температура пари під час експлуатації призводить до
266
деформації паропроводів, що необхідно враховувати при проекту-
ванні установленням спеціальних компенсаторів або самокомпен-
сованих ланок трубопроводу. Паропроводи підтримуються опора-
ми, частина з яких виконана рухомими, та пружинними підвісками,
що допускають поздовжнє або поперечне переміщення трубопрово-
ду. Для зменшення тепловіддачі від пари до оточуючого середови-
ща паропроводи ізолюють.
Скидання відпрацьованої пари до головного або допоміжного
конденсатора здійснюється за допомогою системи відпрацьованої
пари. Труби цих систем виготовляють більшого діаметра, бо ними
проходить пара значного питомого об'єму. Швидкість пари для сис-
тем перегрітої пари приймають не більше 80 (з протитиском) та
120 м/с (у вакуумних і атмосферних), для систем насиченої пари відпо-
відно 40 та 60 м/с.
12.6. Основне устаткування систем
Лопатні насоси у залежності від напрямку руху потоку перека-
чуваної рідини поділяються на осьові, відцентрові та вихрові.
Відцентрові насоси класифікують за такими основними ознаками:
розміщенням вала: горизонтальне та вертикальне;
тиском: низького (до 0,5 МПа), середнього (0,5...5 МПа) та висо-
кого (вище 5 МПа) тиску;
подачею: малої (до 20 м3/г), середньої (20.. .60 м3/г) та високої (вище
60 м3/г);
способом підведення рідини до колеса: з однобічним та двобіч-
ним підведенням;
кількістю ступенів: одно- та багатоступінчасті;
швидкохідністю п, об/хв: тихохідні (п - 40...80), нормальні
(80...150) та швидкохідні (150...180).
Відцентрові насоси застосовують у системах охолодження прісної
та забортної води (охолодні насоси), в циркуляційних системах, в
системах живлення котлів (конденсатних, бустерних, живильних та
ін.). В останньому випадку вони повинні бути багатоступінчастими.
Відцентрові насоси використовуються для перекачування малов'яз-
кого палива.
Будову одноступінчастого відцентрового насоса вертикально-
го типу наведено на рис. 12.9. Корпус 1 насоса відлитий разом з діамет-
рально розташованими усмоктувальним та нагнітальним патрубка-
267
Рис. 12.9. Відцентровий насос
ми, що спрощує розташування насоса
на судні. Робоче колесо 2 насаджено
консольно на валу 5 та направлено ус-
моктувальним отвором донизу. Через
велику довжину консолі у насосі перед-
бачено сполучений з грундбуксою
сальник і досить великої довжини
підшипник 4 зі свинцевої бронзи, який
змащується консистентним мастилом
у залежності від робочого середовища.
Підшипник вбудовано у крищці 3 кор-
пуса насоса. У верхній частині корпу-
са 7, передбачено вікно для виймання
колеса з валом під час ремонту насоса.
Поршневі насоси можуть мати па-
ровий привод (від парового поршня) і
електричний. За конструкцією вони можуть бути з горизонтальним
та вертикальним розташуванням циліндрів. В поршневих насосах
переміщення рідини виконується під дією поршня, який виконує по-
воротно-поступальний рух в циліндрі. їх класифікують за такими оз-
наками: кратністю дії - простої та подвійної; тиском нагнітання, МПа,
268
-низького (до 0,5), середнього (0,5...5)
та високого; подачею, м3/г, - малої (до
20), середньої (20.. .60) та високої (вище
60).
Поршневі насоси використову-
ють як живильні, осушувальні, масло-
паливоперекачувальні, зачищувальні.
Загальний ККД таких насосів складає
0,6...0,9.
На рис. 12.10 показана конструк-
ція електроприводного поршневого
Рис.12.10. Поршневий насос ЕМН-7:
1 - нижня частина рами; 2 - блок циліндрів; З -
втулка циліндра; 4 - шток; 5 - всмоктуваль-
ний патрубок; 6 - верхня частина рами; 7 -
напрямні; 8-шатун; У-повзун; /0-клин; 11 -
нагнітальні клапани; 12 - всмоктувальні кла-
пани; ІЗ - поршень
Рис.12.11. Кожухотрубний охолодник:
1 - кришка; 2,5- трубні дошки; 3 - отвір для випуску
повітря; 4 - корпус; 6 - торцова кришка корпус/
насоса ЕМН-7. Це вертикальний насос (агрегат) подвійної дії, який
складається з двох насосів. Його будова ясна з рисунку.
Охолодники. В масляних системах і двоконтурних системах во-
дяного охолодження засто-
совують кожухотрубні і
пластинчасті охолодники.
Кожухотрубні охолодники
(рис. 12.11)- одно- і багато-
ходові теплообмінні апара-
ти. Охолодні елементи ви-
готовляються з круглих
гладких, оребрених та з
плоских труб. Труби мо-
жуть бути прямі, закріплені
в трубних дошках і У-по-
дібні. Усередині гладких
круглих труб циркулює вода, поміж ними - масло. В водо-водяних
охолодниках: усередині гладких труб циркулює забортна вода, поміж
ними - прісна вода.
Теплообмінні апарати з прямими трубками легко очищуються
від забруднення. Зовнішній діаметр гладких труб 6...16 мм, а оребре-
них - 15...ЗО мм.
Пластинчасті охолодники (рис. 12.12) в порівнянні з кожухотруб-
ними мають такі переваги: малі питомі габарити та мала маса, висо-
269
ка поверхнева щільність, тобто відношення площини поверхні теп-
лообмінного апарата до об'єму охолодника; відносна простота об-
слуговування та виготовлення.
Контрольні завдання та питання
1. Охарактеризуйте властивості води як охолоджувальної рідини.
2. Назвіть та обґрунтуйте граничні температури підігріву прісної та забортної
води.
3. Які особливості атмосферного повітря як охолоджувального середовища?
4. Поясніть, як забезпечується на судні приймання охолоджувальної забортної
води.
5. Яке призначення льодових ящиків у складі системи охолодження СЕУ?
6. Наведіть спрощену принципову схему системи охолодження дизельної уста-
новки. Найдіть відповіді на такі питання.
Яка послідовність руху прісної води при охолодженні ГД і ДГ?
Чим забезпечується циркуляція прісної води?
Як забезпечується поповнення прісної води в системі охолодження?
Які пристрої забезпечують розігрівання установки перед запуском ГД?
Який шлях забортної води до споживачів?
Які функції та можливості кінгстонно-розподільного каналу у складі систе-
ми охолодження?
7. Проаналізуйте систему охолодження конденсаторів ПТУ. Поясніть, як здій-
снюється приймання забортної води на ходу судна та на стоянці.
8. Які елементи системи охолодження ПТУ надають додаткові можливості
резервування водовідливних засобів при затопленні МВ?
9. Назвіть основні чинники, які впливають на необхідну продуктивність голов-
ного циркуляційного насосу ПТУ.
10. Охарактеризуйте принцип дії самопротокової системи охолодження кон-
денсаторів ПТУ. Як забезпечується прокачування конденсаторів на змен-
шених ходах або під час маневрування судна?
11. Назвіть елементи суднової ГТУ, які охолоджуються водою.
12. Як визначається кількість повітря, необхідного для згоряння палива?
13. Наведіть коефіцієнти надлишку повітря для різних типів СЕУ.
14. Проаналізуйте способи подачі повітря для згоряння палива у СЕУ з ДВЗ,
ГТУ та ПТУ. Чим пояснюється певне ускладнення системи підведення по-
вітря для ГТУ?
15. За допомогою яких елементів забезпечується функціонування систем газо-
випуску СЕУ?
16. Які особливості газовипускних трубопроводів котлів, ДВЗ, ГТД?
17. Назвіть значення рекомендованих швидкостей випускних газів різних теп-
лових двигунів.
18. Як забезпечується компенсація теплових подовжень газовипускних трубо-
проводів?
19. Наведіть характеристику стисненого повітря як джерела енергії. Які спожи-
вачі стисненого повітря є на судні?
270
20. Які типи систем стисненого повітря застосовують на суднах? Назвіть спо-
живачів повітря різного тиску.
21. Охарактеризуйте склад систем стисненого повітря.
22. Чим визначається вміст та кількість балонів стисненого повітря на судні?
23. Дайте характеристику місцям розміщення балонів пускового повітря на суднах.
24. Розгляньте принципову схему системи стисненого повітря судна з ДЕУ. Яке
призначення у цій схемі первинного компресора?
25. Проаналізуйте призначення конденсатно-живильної системи та її склад.
26. Поясніть взаємодію елементів конденсатно-живильної системи. Покажіть
на схемі такої системи підігрівники живильної води.
27. Які елементи входять до складу парової системи?
28. Наведіть принципову схему системи головної пари ПТУ. Покажіть на схемі
шлях переміщення головної пари та пари, відпрацьованої в турбіні.
29. Які вимоги до розташування в машинному відділенні парових трубопроводів?
ЗО. Наведіть класифікацію та характеристику відцентрових насосів, які засто-
совують в СЕУ.
31. Які типи охолодників застосовуються в СЕУ? Проведіть зіставлення таких
охолодників.
Глава 13. РЕЖИМИ РОБОТИ СЕУ
13.1. Загальна характеристика режимів
Робота енергетичної системи відбувається за різних умов та по-
в'язана зі значними змінами показників потужності, економічності,
теплової і механічної напруженості та ін. Сукупність значень цих
показників характеризує режим роботи установки. Режим роботи
визначається положенням органів управління, установкою та зовніш-
німи умовами: температурою повітря та забортної води, станом по-
верхні моря тощо. Визначальним елементом СЕУ при встановленні
того чи іншого режиму є головний двигун.
Усі можливі режими роботи головних двигунів звичайно по-
діляють на сталі та несталі. Перші характеризуються сталістю на-
вантаження, частоти обертання вихідного вала та теплового стану
деталей двигуна при допустимих відхиленнях за періодичним зако-
ном. Сталі режими головних двигунів бувають при незмінних ма-
271
лих, середніх та повних ходах судна вперед і назад, на перевантаж-
них режимах, на мінімально усталеній частоті обертання вихідного
вала.
У разі зміни хоча б одного з показників двигуна у заданий відрізок
часу режим роботи має назву несталого. Несталі режими характерні
для пуску, зупинки двигуна, зрушування судна з місця, при розгоні,
реверсуванні, циркуляції та ін. Кожний з цих режимів може спосте-
рігатися за різних умов плавання (вільний хід або буксирування, тра-
лення, плавання за нормальних або штормових умов, плавання на
глибокій воді або на мілководді, на чистій воді або за льодових умов,
з вантажем або у баласті та ін.).
Зміна режимів може відбуватися навмисно (у зв'язку з необхід-
ністю змінити швидкість, напрям руху судна) або випадково (під впли-
вом стану водної поверхні, сили та напрямку вітру та ін.).
Слід зазначити деяку умовність поділяння режимів на сталі та
несталі, бо нормативно не визначений період часу, протягом якого
показники повинні бути усталені. Так, в експлуатації за сталий ре-
жим роботи звичайно приймають такий, коли після установки орга-
на управління у фіксоване положення частота обертання та обер-
тальний момент на валу залишаються сталими (за показаннями
штатних контрольно-вимірювальних приладів).
У суднобудуванні при проектуванні пропульсивної установки
розрахунки всіх заданих варіантів її використання звичайно викону-
ють, приймаючи режими роботи двигуна сталими. За деякою част-
кою умовності можна вважати режими роботи двигуна сталими, якщо
вони відповідають гвинтовим характеристикам, що явно виражені.
Розрізняють нормальні режими роботи, які гарантуються заво-
дом-виготовлювачем та передбачаються технічними умовами на
поставку, та неспецифікаційні режими (наприклад, робота при знач-
ному обростанні корпусу, сильному хвилюванні, крені, диференті,
на нестандартних сортах палива і масла, в аварійних режимах).
Перехід установки під час експлуатації з одного сталого режиму
на інший внаслідок зміни положення органів управління називаєть-
ся перехідним процесом.
Найважливішими експлуатаційними режимами транспортних
суден є:
ходові режими - на самому малому, середньому, повному та са-
мому повному ходах (уперед або назад). Ці режими можуть здійсню-
ватися вночі та вдень, за різних метеоумов, у чистій воді або з битою
кригою, на рівному кілі або з креном чи диферентом тощо;
272
стоянкові режими - з вантажно-розвантажувальними операція-
ми або без них;
режими і перехідні процеси при маневруванні - під час зняття з
якоря, входження у порт та виходу з нього, зміни ходу судна тощо.
Режим роботи двигуна як елемента системи пропульсивного ком-
плексу визначається його частотою обертання та потужністю на ви-
хідному фланці. Наявність цих двох основних параметрів - потуж-
ності і частоти обертання - дозволяє графічно відобразити поле мож-
ливих режимів роботи двигуна у координатах.
13.2. Характеристики пропульсивного комплексу
Основними елементами пропульсивного комплексу (ПК) є: го-
ловний двигун, передача, гребний гвинт, корпус судна. Кожний з
них має свої показники, що характеризують даний елемент СЕУ. До
пропульсивного комплексу також входять упорні та опорні підшип-
ники, валопроводи. У явному вигляді вони не впливають на показ-
ники елементів СЕУ, тому у подальшому не розглядаються. Голов-
ному двигуну притаманні такі показники, як обертальний момент,
потужність, частота обертання; передачі - момент, потужність, час-
тота обертання ведучого та веденого валів. Гребний гвинт характе-
ризується упором, обертальним моментом, частотою обертання,
швидкістю води, що надходить до лопатей. Важливими показника-
ми для корпусу судна є опір води та повітря, швидкість судна.
Спільна робота елементів пропульсивного комплексу може бути
розглянута на графіку суміщення їх характеристик.
Визначальною у роботі ПК є характеристика К -/(у). Зі зміною
швидкості судна у змінюється опір корпусу К. Характер цих змін
залежить від особливостей корпусу судна та режиму руху. Опір кор-
пусу для надводного судна можна визначити за виразом
К = А-І/2рі’25с.
де к - коефіцієнт, що враховує опір виступаючих частин корпусу та
повітряний опір; р - густина води, кг/м3; 5 - змочена поверхня кор-
пусу судна, м2; у - швидкість судна, м/с; £, - безрозмірний коефіцієнт
опору. Буксирувальну потужність судна Ик, кВт, визначають за фор-
мулою
А^ = Яу10-3 = Р(1 -ґ>ю-3,
де Р - упор двигуна, Н; і - коефіцієнт всмоктування.
273
18-341
Споживана рушієм потужність буде такою:
N = ЛУп ,
р К |пр’
де г|пр - пропульсивний коефіцієнт:
Ппр = ПРПК = Пр[(1 - 0/(1 - V)] ,
ТУТ Пр ККД рушія у вільній воді; г|к - коефіцієнт впливу корпусу;
\|/ - коефіцієнт попутного потоку.
Пропульсивний коефіцієнт характеризує досконалість перетво-
рення потужності на валу гребного гвинта в ефективну (буксируваль-
ну) потужність судна.
Потужність головного двигуна (необхідна)
N = N /г| г| + N. ,,
р 1п 1в відб’
де Г|п - ККД передачі; т|в - ККД валопроводу; N - потужність, що
відбирається від головного двигуна на привод допоміжних механізмів
(насосів, електрогенераторів та ін.).
Головні суднові двигуни працюють у широкому діапазоні зміни
навантажень та частоти обертання. Стосовно до головного ДВЗ роз-
різняють у експлуатації такі параметричні показники призначення
дизелів (ГОСТ 4.367-85): номінальна потужність IV ; максимальна
потужність N^^1 мінімально допустима за тривалої роботи двигуна
потужність номінальна частота обертання п , що відповідає
А(іно.і; максимальна частота обертання итах; мінімальна усталена час-
тота обертання під навантаженням та частота холостого ходу ихх.
Зовнішньою характеристикою називається залежність показників
роботи двигуна від частоти обертання вала при незмінному поло-
женні органів управління паливоподачею. Зовнішні характеристи-
ки належать до швидкісних характеристик, серед яких розрізняють
абсолютну зовнішню (межа димлення) та часткові. До швидкісних
характеристик, крім того, належать обмежувальні, універсальні, еко-
номічні, гвинтові та регуляторні.
Абсолютною зовнішньою характеристикою називають залежність
від частоти обертання потужності двигуна, максимально можливої
за даної частоти обертання вала. Ця характеристика обмежує поле
граничних режимів двигуна (крива 2 на рис. 13.1). За умов тривалої
експлуатації використовується зовнішня обмежувальна характери-
стика дизеля за моментом 3. Часткові швидкісні характеристики 3,4
Т14
отримані при сталих, але різних подачах палива, менших, ніж при
отриманні зовнішньої характеристики номінальної потужності.
Криві 2 та 1 - характеристики номінальної та максимальної потуж-
ності.
Рис. 13.1. Характеристики та поле
допустимих режимів роботи дизеля:
1,2 - зовнішні характеристики макси-
мальної та номінальної потужностей;
З - обмежувальна характеристика за
моментом; 4,5 - часткові швидкісні ха-
рактеристики; 6 - регуляторна характе-
ристика; 7- навантажувальна характе-
ристика; 8 - характеристика найменшо-
го навантаження; 9 - мінімально уста-
лена частота обертання; І - гвинтова
характеристика
Навантажувальною характеристикою 7 називають залежність
показників двигуна від його потужності (або середнього ефективно-
го тиску) за номінальної частоти обертання вала.
Поле допустимих режимів роботи дизеля визначається положен-
ням обмежувальних характеристик - найбільшого 3 та найменшого
8 навантажень, а також номінальною регуляторною характеристи-
кою б та мінімально усталеною частотою обертання 9.
Гвинтовою характеристикою називають залежність потужності
та інших параметрів роботи двигуна від частоти обертання вала при
його роботі з гребним гвинтом. Під час роботи двигуна за гвинто-
вою характеристикою його потужність повинна повністю поглина-
тися гребним гвинтом. Звідси витікає, що потужність, яку споживає
гвинт, може бути виражена залежністю
N - спт,
гв гв’
де с - коефіцієнт пропорційності, т - показник ступеня (для водо-
тоннажних суден т-3; для суден на підводних крилах, повітряній
подушці, глісуючих суден т - 1,6...2,2).
Потужність, що відбирається від двигуна на привод гребного
гвинта, визначається зі співвідношення, кВт,
275
18*
N - N /п ті ,
е гв 1п 1в’
де Г|п, г|в - ККД передачі та валопроводу.
13.3. Спільна робота двигунів та рушіїв у сталих режимах
Режим спільної роботи двигуна та рушія може бути визначений
шляхом суміщення швидкісних характеристик двигуна та рушія (греб-
ного гвинта). За швидкісну характеристику звичайно приймають
залежність моменту або потужності від частоти обертання.
Моментна та потужнісна характеристики ГФК визначаються
залежностями
М - к2рпЧУ та N - ДДлри3/)5,
де М - обертальний момент; N - потужність, яка підводиться до
ГФК; к2 - безрозмірний коефіцієнт моменту; п - частота обертання;
І) - діаметр гребного гвинта; р - густина води. Створений гребним
гвинтом упор, внаслідок якого водотоннажне судно набуває ходу,
визначається за співвідношенням
Р = к^пЧУ,
де кх - безрозмірний коефіцієнт упору гвинта.
Коефіцієнти к2 та кх залежать від ковзання та відносного посту-
пу гвинта к. Якщо умови руху судна не будуть змінюватися, то і
значення коефіцієнтів к2 та кг будуть залишатися незмінними. У
такому випадку швидкісні (моментна та потужнісна) розрахункові
характеристики руху можуть бути зображені залежностями
М - Сп2 та N = Ап3,
де С та .4 коефіцієнти, які залежать від значення к2 (розрахунко-
вих умов руху судна).
Насправді ж умови руху судна під час експлуатації будуть відхи-
лятися від розрахункових внаслідок корозії та обростання корпусу
судна, зміни стану моря та вітру, зміни осадки залежно від заванта-
ження судна.
Тоді моментна та потужнісна характеристики можуть бути зоб-
ражені у такому вигляді:
М - аСп3 та N = аАп3,
де а - коефіцієнт обважнення номінальної гвинтової характеристи-
276
ки (коефіцієнт, що приблизно враховує відхилення реальних умов
руху судна від розрахункових).
Якщо навантаження збільшується порівняно з розрахунковим,
то а > 1, тобто гребний гвинт стає важким; за більш легких умов
навантаження а < 1, тобто гребний гвинт стає легким.
Орієнтовні межі змінювання а для транспортних суден склада-
ють: під час роботи на швартових а = 1,8...2,4; під час руху судна за
умов хвилювання та зустрічного вітру а = 1,2...1,4; під час руху суд-
на порожнем з баластом а = 0,8...0,95.
Аналіз спільної роботи головного двигуна та рушія ґрунтується
на використанні ряду гвинтових характеристик, які відповідають:
розрахунковому (номінальному) руху судна з заданою швидкі-
стю при його повній осадці з чистим корпусом на глибокій та
спокійній воді (кх -
буксирувальному режиму, коли опір руху судна зростає (X* < V);
руху судна у баласті, коли опір руху судна зменшується (Хх > 'кр);
швартовному режиму при нерухомому судні (к - 0).
За сталого руху судна момент М та потужність, споживані греб-
ним гвинтом, повинні дорівнювати моменту Ме та потужності N,
що розвиває головний двигун, з урахуванням усіх втрат від двигуна
до гвинта, тобто
М = М та N = N.
е е
Тому за наявності прямої або механічної передачі до гребного
гвинта обертальний момент або потужність головного суднового
двигуна повинні змінюватися за гвинтовою характеристикою. її ви-
гляд залежить від елементів гребного гвинта та різних гідродинамі-
чних умов, за яких він працює. При цьому параметри робочого про-
цесу головного двигуна будуть також залежними від елементів гвин-
та та режимів його роботи, які характеризуються зміною відносного
поступу гвинта X .
За основу порівняння гвинтових характеристик приймають роз-
рахункову або номінальну гвинтову характеристику, вихідною точ-
кою якої є номінальна або тривала максимальна потужність голов-
ного двигуна Аен за частоти обертання п .
Якщо за будь-яких причин обертальний момент, що розвиває
головний двигун М, стає більшим за момент опору М, то надли-
шок енергії піде на збільшення частоти обертання гвинта, яка буде
зростати доти, поки не встановиться порушена рівність моментів
277
(Ме - М). Із зростанням М відбудеться також відхилення від стало-
го режиму, внаслідок чого частота обертання гвинта буде знижува-
тися доти, поки гідродинамічний момент не дорівнюватиме номі-
нальному обертальному моменту головного двигуна.
На рис. 13.2 показано характеристики пропульсивного комплек-
су дизель-ГФК за різних умов плавання. Сталий номінальний ре-
жим, що відповідає руху судна із заданою швидкістю при його пов-
ному навантаженні, чистому корпусі і спокійному морі характери-
зується точкою А. В ній перетинаються номінальна гвинтова
характеристика II (А, = А), зовнішня характеристика 2' та обмежу-
вальна характеристика Удизеля за обертальним моментом.
Рис. 13.2. Характеристики спіль-
ної роботи дизеля та ГФК:
IV, І, II, III - гвинтові, що відпові-
дають швартовному, буксируваль-
ному режимам, вільному руху суд-
на та руху судна у баласті; 1,2,3-
обмежувальні дизеля за моментом,
що відповідають М > Меа, М - Меа,
М < Мт, Г,2'~ зовнішні характери-
стики максимальної та номінальної
потужності; 3' - часткова характе-
ристика; ^/-регуляторна характери-
стика
У точці А настає рівність системи:
М = М = 100 %; Р =Р = 100 %; N = N = 100 %; п = п = 100 % .
е 1 е 1 е 1 е
Точка А визначає допустиме навантаження на двигун та часто-
ту обертання вала (або гребного гвинта). При роботі за номіналь-
ною гвинтовою характеристикою перевантаження дизеля можливе
у випадку перевищення частоти обертання над номінальною. За
інших частот обертання дизель залишається недовантаженим, якщо
не передбачено відбір потужності на додаткові потреби.
При зміні умов експлуатації судна умови рівноваги системи по-
рушуються. Так, наприклад, при русі судна у баласті (Ах > А ) з час-
тотою обертання гвинта пх > ин момент опору руху судна М стане
меншим Ме - пряма 3 (точка Ц).
278
Надлишкова енергія дизеля у цьому випадку буде витрачатися
на збільшення частоти обертання гвинта, що може призвести до пе-
ревантаження дизеля за потужністю (крива 7'точка С). Проте суд-
нові дизелі обладнують регуляторами, які не повинні допускати пе-
ревищення частоти обертання двигуна більш як на 10 % розрахунко-
вої. Тому при пх > пн двигун почне працювати за регуляторною ха-
рактеристикою 4, і робочою точкою комплексу гребний гвинт-ме-
ханічна передача-дизель у розглянутому випадку стане точка С2.
Таким чином, ділянка, що лежить праворуч від номінальної ха-
рактеристики гвинта II, є робочою зоною, у якій забезпечуються
найбільш сприятливі умови експлуатації дизеля. Однак за потужні-
стю дизель буде недовантаженим, бо він працюватиме за зовнішньою
частковою характеристикою З’, яка проходить через точку С2.
При русі судна проти вітру та хвилювання, при форсуванні кри-
ги, буксируванні несамохідних та аварійних суден або тралу, а також
значному обростанні корпусу та зношенні обшивки повний опір руху
судна при самій низькій швидкості руху виявляється більшим за роз-
рахунковий. Відносний поступ гребного гвинта зменшується, а кое-
фіцієнти упору кх та моменту к2 зростають, внаслідок чого гідро-
динамічний момент ТИ стане більшим за Ме (точка £>, на кривій І).
У цьому випадку споживана гвинтом потужність та частота його
обертання будуть знижуватися доти, поки не настане рівність ТИ = Ме
(точка В). Це зниження потужності (лінія АВ) буде спостерігатися у
той час, коли для руху судна, щоб повернутися у первісну рівноваж-
ну точку А, необхідне підвищення потужності.
Отже, особливість дизеля полягає у тому, що при роботі за важ-
кими гвинтовими характеристиками він не може розвинути номіналь-
ну частоту обертання ин та номінальну потужність Л(н, бо для цього
у першому випадку його необхідно значно перевантажити за потуж-
ністю (точка В2), а у другому - за моментом (точка Вх). Тому, хоча на
буксирувальних режимах дизель буде розвивати меншу потужність
(за меншого значення п) та споживати меншу кількість палива, його
термічні та механічні питомі навантаження зростуть порівняно з ре-
жимом роботи при номінальній потужності. У двигунів з газотурбін-
ним наддувом за таких умов знижується коефіцієнт надлишку по-
вітря та, відповідно, виникає теплове перевантаження.
З вищевикладеного витікає, що ділянка, розташована ліворуч
від номінальної гвинтової характеристики, відповідає умовам, за яких
тривала робота не повинна допускатися для запобігання підвище-
279
йому спрацюванню двигуна. У зв'язку з цим гребні гвинти установок
з ДВЗ звичайно добирають (або проектують) полегшеними у розра-
хунку на режим експлуатаційної потужності, тобто 85...90 % трива-
лої максимальної потужності.
Турбінний двигун пристосований для спільної роботи з ГФК у
більшій мірі, ніж ДВЗ, що наочно зображено на рис.13.3. Це пояс-
нюється тим, що зовнішня характеристика турбінного двигуна у
робочій ділянці має більш пологу криву, ніж у дизеля. Зміщення ре-
жиму роботи ліворуч від номінальної гвинтової характеристики хоча
і буде супроводжуватися зниженням частоти обертання, але по-
тужність двигуна при цьому зменшиться незначно, а обертальний
момент зросте. Зростання обертального моменту буде сприяти по-
доланню додаткових опорів та покращенню розгону судна. Тому
гребний гвинт турбінної установки, як правило, проектують на но-
мінальну потужність двигуна.
Розглянемо роботу декількох двигунів на один рушій. На рис. 13.4
показано моментні характеристики гребного гвинта та двигунів ус-
тановки, що складається з двох ДВЗ однакової потужності, які пра-
Рис.13.3. Спільна робота турбінно-
го двигуна з ГФК:
А - режим спільної роботи двигуна з ГФК
за номінальної потужності; В-спільна ро-
бота за важкого гвинта; С- те саме за лег-
кого гвинта; І, II, III - те саме, що і на
рис. 13.2; 7 - зовнішня характеристика дви-
гуна; 2 - регуляторна характеристика
280
Рис. 13.4. Спільна робота двох
ДВЗ на один ГФК:
1 - розрахункова гвинтова характери-
стика при роботі двох дизелів; 2- гвин-
това характеристика, віднесена до
кожного двигуна (відносна гвинтова
характеристика)
цюють через редукторну передачу на один ГФК. Будемо вважати,
що при спільній роботі двох двигунів момент опору обертанню ГФК
розподіляється порівно на обидва двигуни. Кожний з них у такому
випадку буде працювати за гвинтовою характеристикою, що зобра-
жена штриховою лінією. При одночасній роботі двох двигунів отри-
маємо гвинтову характеристику 1, яку побудовано шляхом додаван-
ня показників потужності двох двигунів за відповідних частот обер-
тання.
При відключенні одного з двигунів усе навантаження передаєть-
ся другому, гребний гвинт стане для нього важким і частота його
обертання знизиться до пу Двигун тепер зможе розвивати не повну
потужність Ан, а тільки Щоб двигун мав можливість повністю
віддавати потужність, необхідна буксирувальна передача або гвинт
регульованого кроку.
Аналогічним способом можна розглянути роботу установки, що
складається з декількох однакових або різнотипних двигунів.
Робота дизеля на швартовах відбувається за найбільш важкою із
сталих суднових режимів гвинтовою характеристикою (а = 1,8...2,4).
На швартовах прогрівають дизель з безпосередньою передачею
потужності на гвинт перед виходом судна у море, а також випробо-
вують дизельні установки суден, що будуються або ремонтуються.
Під час експлуатації дизель може працювати на режимах, близьких
до швартовних: при зрушуванні судна з місця, реверсуванні, стягу-
ванні з мілини та буксируванні суден та плавучих споруд.
Під час роботи на швартовах дизель не може розвивати номі-
нальної частоти обертання внаслідок значного зростання момента
яке може викликати теплове перенавантаження двигуна.
Найбільша частота обертання, яку може розвивати дизель під
час роботи на швартовах, визначається точкою перетину швартов-
ної гвинтової характеристики (крива IV на рис. 13.2) з зовнішньою
обмежувальною характеристикою дизеля за моментом (точка Д).
Навантаження дизеля при тривалій роботі на швартовах не по-
винно перевищувати значень потужності, що відповідають обмежу-
вальній характеристиці Nт - соп81. При цих умовах найбільшу часто-
ту обертання дизеля може бути визначено при Мш - Мт за формулою
пш = п^к2ЛІк2В,
де ки та к1о - коефіцієнти момента гвинта відповідно у точках А та Д.
281
За дослідними даними для транспортних суден з малообертови-
ми двигунами пш - (0,65...0,8)ин; для швидкохідних суден зі спеціаль-
ними обводами корпусу пш - (0,4...0,5)ин.
Режими спеціальної роботи двигунів з гвинтом регульованого
кроку. Гвинти регульованого кроку останнім часом застосовуються
на суднах різного призначення. Це пояснюється їх перевагами по-
рівняно з ГФК.
Повна потужність двигуна при номінальній частоті обертання
може бути використана тільки у тому випадку, коли потужність, що
споживається гребним гвинтом, буде дорівнювати потужності, яку
розвиває двигун. Для ГФК цього можна досягти лише за певної (роз-
рахункової) швидкості судна.
Гвинт регульованого кроку має більш широку зону використан-
ня потужностей двигуна (рис. 13.5) та дозволяє більш повно викори-
стати його потужність. Це пояснюється тим, що ГРК являє собою
немов би ряд гребних гвинтів з різними кроками. Крок гвинта мож-
на підібрати відповідно до кожного значення опору судна.
Рис.13.5. Поле навантажень під час спільної роботи дизеля з ГФК (а) та
з ГРК (б):
1 - зовнішня характеристика максимальної потужності; 2 - гранична характеристи-
ка за моментом; 3,4 - регуляторна характеристика максимальної та номінальної
потужності; І, II, III - гвинтові характеристики, що відповідають номінальній по-
тужності, під час руху судна у баласті, за роботи на швартових; IIі, ПГ- гвинтові
характеристики, що відповідають відстані нульового упору та максимальній відстані
(за роботи на швартових)
Гвинтові характеристики ГРК являють собою ряд ліній для
різних відношень НІ Б. Найбільшу крутизну має характеристика мак-
282
симального кроку ГРК, найменшу - характеристика кроку нульово-
го упору Яо.
ГРК дає можливість дотримувати постійну потужність та сталу
частоту обертання двигуна на різних нерозрахункових режимах. Це
дозволяє судну при даному опорі мати більшу швидкість ходу (рис. 13.6).
Рис. 13.6. Використання номінальної по-
тужності двигуна під час роботи з ГРК
для збільшення швидкості на нерозра-
хункових режимах:
І, II, III - гвинтові характеристики, що відпо-
відають розрахунковому опору судна, при русі
у баласті та зростанні опору; 1 - зовнішня ха-
рактеристика двигуна; 2 - площа, що харак-
теризує потужність двигуна, яку можна ви-
користати на нерозрахунковому режимі
13.4. Робота двигунів та рушіїв на перехідних та змінних режимах
Перехідні та змінні режими СЕУ спостерігаються при зрушенні
судна, його розгоні та виведенні на повну потужність; реверсуванні;
роботі за умов хвилювання моря; виході на циркуляцію; роботі за
умов мілководдя.
Зміна навантаження на двигун, що працює на ГФК, під час розго-
ну судна. При зрушуванні з місця та розгоні судна окрім опору води
необхідно здолати ще й силу інерції маси судна. Тому рушійна сила
і момент гвинта у цих випадках можуть бути більшими, ніж при ста-
лому русі судна із заданою швидкістю. В установці з прямою переда-
чею на ГФК за відсутності роз'єднувальних муфт під час пуску дви-
гуна водночас починає обертатися гребний гвинт. У перший момент
швидкість судна близька до нуля, тому навантаження на дизель буде
змінюватися за швартовною гвинтовою характеристикою Уш (у = 0)
(рис. 13.7) до перетину її з регуляторною характеристикою У (ділянка
1-2), що відповідає певному положенню важеля управління всере-
жимним регулятором. Після зрушення з місця гвинтова характери-
стика стає більш легкою, а частота обертання двигуна та гребного
гвинта зростають. Навантаження двигуна знижується за регулятор-
ною характеристикою (ділянка 2-3). У точці 3 судно закінчує розгін
до швидкості, що визначається нормальною гвинтовою характери-
стикою II. Для забезпечення подальшого розгону через деякий час
283
збільшують навантаження (ділянка 3-4), а потім, повторюючи сту-
пінчасте збільшення навантаження (точки 5...9), виводять установ-
ку на заданий режим (точка 9).
Рис. 13.7. Зміна наванта-
ження на двигун під час
розгону судна
З цією метою важіль управління всережимним регулятором ус-
тановлюють на ряд проміжних положень, які відповідають регуля-
торним характеристикам. Заштриховані ділянки відповідають ро-
боті, що витрачається додатково на розгін судна. Ступінчастий розгін
дозволяє витрачати меншу роботу та виключає можливість переван-
таження двигуна.
Розгін судна може бути здійснено і у більш швидкому темпі. Для
цього після запуску двигуна (точка 3) рейка паливного насосу пере-
сувається регулятором у положення максимальної подачі. Це при-
зводить до того, що зміна потужності та частоти обертання під час
розгону проходить за більш крутою характеристикою (ділянка 3-
10). У точці 10 двигун виходить на зовнішню характеристику І. При
подальшому розгоні навантаження на двигун буде змінюватися за
зовнішньою характеристикою (ділянка 10-9). Точка Охарактеризує
навантаження на двигун після завершення розгону.
У тому випадку, коли двигун працює на ГРК, процеси розгону
відбуваються швидше, бо при цьому є можливість використати
284
більшу потужність ДВЗ на приріст швидкості та отримати високі
тягові характеристики.
Аналогічним способом при здійсненні розгону судна будуть
змінюватися характеристики головного турбінного двигуна.
Зміна навантаження на двигун під час реверсування рушійного
комплексу. Реверсування є одним з найвідповідальніших режимів
роботи установки. Воно здійснюється з метою зміни напрямку дії
упору, який створюється гребним гвинтом. Реверс може бути реал-
ізовано у гвинтах фіксованого кроку зміною напряму обертання, а у
ГРК - зміною положення лопатей.
Головні двигуни під час реверсування працюють на несталих
режимах, бо безперервно змінюється обертальний момент і частота
обертання гребного вала, що тягне за собою зміни навантаження на
двигун.
Змінювання характеристик при реверсуванні можна прослідку-
Точка а перетину характеристик гребного гвинта та зовніш-
ньої загороджувальної двигуна відповідає режиму роботи останьо-
го при повній швидкості судна. Реверсування починається з того,
що припинення подачі пального з двигуна знімає навантаження (точ-
ки 1, 2). Спочатку швидкість судна залишається незмінною внаслі-
285
док великої інерції. Під дією зустрічного потоку гребний гвинт буде
продовжувати обертатися у тому ж напрямі (уперед), розвиваючи
позитивний обертальний момент до того часу, поки не перейде у
режим гідротурбіни (точка 3). Положення цієї точки визначається
величиною негативного моменту, який розвиває гвинт у турбінному
режимі, що чисельно дорівнює моменту тертя, який виникає від ме-
ханічних втрат при обертанні системи гребний гвинт-валопровід-
механічна передача-дизель.
Якщо не подавати повітря у циліндри дизеля, то з точки 3 поч-
неться вільний вибіг судна з постійним уповільнюванням швидкості
аж до повної його зупинки (3-0). Час вільного вибігу може бути знач-
ним, особливо для великотоннажних та швидкохідних суден (до 20 хв
і більше).
Заради зменшення часу гальмування судна у циліндри дизеля
подають контрповітря. Обертальний момент гребного гвинта при
цьому змінюється за кривою 3-4—5. Рушійний момент дизеля, що при-
кладається до валопроводу, повинен перевищити максимальний
момент гребного гвинта у точці 4, інакше реверс гребного гвинта не
відбувається. Криву рушійного моменту дизеля у момент подачі
контрповітря на рисунку умовно відтворено лінією аЬс.
Після подачі пускового повітря у циліндри дизеля спочатку буде
відбуватися його гальмування ссі, а далі, після зупинки валопроводу
(точка сі), пуск у зворотньому напрямі сіє. З переводом дизеля на па-
ливо є/ при ручному управлінні він почне працювати на задній хід
за частковою характеристикою /її з подальшим переводом на робо-
ту за регуляторною характеристикою Р, яка не допускає його пере-
вантаження.
В установці з регулятором частоти обертання момент валопро-
воду змінюється за кривою 5-6-&-11, а момент двигуна за кривою
СІ-Є-/-&-І1. Ділянка є/ визначає зміну рушійного моменту під час
пуску двигуна на задній хід, а криві /§ та §11 - зовнішню та регуля-
торну характеристики дизеля.
0а та 011 - гвинтові характеристики на передній та задній хід.
З початком роботи дизеля та гребного гвинта на задній хід рух
судна на передній хід швидко уповільнюється, а після повної зупин-
ки (точка § на швартовній характеристиці у = 0) почнеться розгін
судна на задній хід.
Найбільш ефективно реверс здійснюється за подачі контрповіт-
ря при п - (0,3...0,4)ин, тобто якщо попередньо знижено швидкість
судна.
286
Зміна навантаження на двигун при циркуляції судна. Циркуляція
судна здійснюється перекладенням стерна на борт. Лобова сила опору
стерна, що виникає за таких обставин, буде гальмувати судно та
знижувати його швидкість, а поперечна сила, що виникає при цьо-
му, почне зміщувати судно під кутом у бік, протилежний повороту
(кут дрейфу), ще більше підвищуючи опір руху. При циркуляції суд-
но рухається не тільки по радіусу, але й дрейфом. Швидкість судна
падає (на ЗО...50 %) при тій самій частоті обертання гребного вала,
гребні гвинти працюють у косому потоці, ККД гвинта знижується.
У зв'язку з цим навантаження на двигун зростає. Воно залежить від
швидкості, форм обводу корпусу судна, конструкції стерен та кута їх
перекладки.
У багатовальних установках відбувається перерозподіл наван-
тажень між двигунами. Це пояснюється тим, що гвинти працюють у
косих набігаючих потоках води з різними швидкостями. Гвинти лінії
вала, розташовані ближче до центра циркуляції, навантажуються
більше, ніж зовнішні.
На рис. 13.9 наведено дослідні криві двогвинтового дизельного
судна при циркуляції. Внутрішній гвинт (крива 7), а отже і двигун,
значно перевантажується порівняно з двигуном зовнішнього гвин-
та. Перевантаження досягає 1 ЗО % навантаження на прямому ходу
судна. Зовнішній гвинт на початку циркуляції при повороті судна на
20° (звичайно за ЗО с) навіть дещо розвантажується, але надалі на-
вантаження збільшується, перевищуючи на 6...7 % номінальне, і до-
сягає сталої величини (крива 2).
Рис. 13.9. Навантаження дизелів
за циркуляції:
1,2 - зміна навантаження на внут-
рішній та зовнішній гвинт; З - зміна
частоти обертання внутрішнього
гвинта
0
1
2
З
т, хв
287
Навантаження внутрішнього гребного гвинта при змінному ра-
діусі циркуляції безперервно збільшується аж до повороту судна на
180°. Зростання навантаження дизеля супроводжується зменшенням
частоти обертання (крива 3). Відбувається обважнення гвинтовоїха-
рактеристики. За дослідними даними обважнення гвинтових харак-
теристик при циркуляції з повного ходу складе для внутрішнього
гвинта 20 %, зовнішнього - 10 % та середнього - 15 %.
Таким чином, циркуляція судна навіть за зниженої частоти обер-
тання гребних гвинтів призводить до перевантаження дизелів у ви-
падку їх роботи за зовнішньою характеристикою. Під час циркуляції
рекомендують знижувати частоту обертання ДВЗ, а у таких випад-
ках і відключати двигун, що працює на внутрішній гвинт при цирку-
ляції.
В установках з ГРК навантаження на гвинт регулюється поворо-
том лопатей гвинта.
Контрольні завдання та питання
1. Які чинники характеризують режим роботи енергетичної установки?
2. Чим визначається режим роботи енергетичної установки? Який елемент СЕУ
є визначальним при встановленні того чи іншого режиму?
3. Дайте характеристику сталих режимів головних двигунів.
4. Назвіть умови роботи судна та умови плавання, характерні для сталих режи-
мів роботи головних двигунів.
5. При яких умовах роботи установки наступає перехідний процес?
6. Охарактеризуйте найважливіші експлуатаційні режими транспортних суден.
7. Сформулюйте показники, притаманні основним елементам пропульсивного
комплексу. Які параметричні показники регламентуються відповідним ста-
ндартом?
8. Взаємозв'язок яких показників встановлює зовнішня характеристика ДВЗ?
Які існують типи швидкісних характеристик?
9. Положення яких характеристик визначає поле допустимих режимів роботи дизеля?
10. Які умови роботи ДВЗ за гвинтовою характеристикою?
11. Запишіть математичні залежності для визначення моментних та потужнісних
характеристик. Як вони трансформуються при незмінності умов руху судна?
12. Які обставини є причиною відхилення експлуатаційних умов руху судна від
розрахункових?
13. Які гвинтові характеристики необхідні для проведення аналізу спільної
роботи головного двигуна та рушія?
14. Яким чином забезпечується спільна робота ДВЗ та ГФК? Відповідь проілю-
струйте відповідним кресленням.
15. Внаслідок яких властивостей турбінний двигун вважається краще присто-
сованим, порівняно з ДВЗ, для спільної роботи з ГФК?
16. Внаслідок яких причин обмежується перевантаження турбінного двигуна?
288
17. Проаналізуйте умови спільної роботи двох ДВЗ на один ГФК.
18. Охарактеризуйте особливості роботи дизеля на швартових. Чим обмежу-
ється частота обертання дизеля на цьому режимі?
19. Сформулюйте особливості гвинтів регульованого кроку, які дозволяють
розширити зону використання потужностей двигуна.
20. Які особливості гвинтових характеристик ГРК?
21. Проаналізуйте послідовність ступінчастого розгону ДВЗ, що працює на ГФК.
Пояснення супроводіть зображенням необхідних характеристик двигуна.
22. Як здійснюється реверс судна з ДВЗ? Покажіть особливості роботи голов-
них двигунів при реверсуванні.
23. Як змінюється навантаження на двигун під час циркуляції судна?
Глава 14. ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ СУДНОВИХ
ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК
14.1. Організаційні засади проектування СЕУ
Вихідні дані для вибору типу СЕУ визначаються постановкою
завдання на проектування. Такими даними є: тип та призначення суд-
на; потужність головних двигунів на розрахункових режимах; опти-
мальна частота обертання гребних гвинтів; район плавання,
дальність плавання та автономність; орієнтовні витрати електрич-
ної та теплової енергії на загальносуднові та технологічні потреби
на основних експлуатаційних режимах; орієнтовні дані з тривалості
ходових та стоянкових режимів; вимоги до маневрових якостей ЕУ;
ступінь автоматизації; планова серійність та термін побудування
суден; номенклатура та технічні характеристики головних двигунів
та іншого устаткування СЕУ тощо.
Послідовність проектування СЕУ. Основними вимогами, що став-
ляться перед проектантами, є: потужність ГД повинна бути достат-
ньою для підтримання заданої швидкості за установленої водотон-
нажності; забезпечення усіма видами енергії допоміжних механізмів
та обладнання; мінімальна маса та габарити; мінімальна витрата
палива та масла; добрі маневрові якості; висока надійність, живучість
289
19-341
та ресурс; технологічність; раціональний рівень комплексної авто-
матизації та дистанційного управління; невисока вартість. Вибір
типу, складу та основних параметрів ЕУ звичайно проводиться на
основі порівняльної оцінки декількох можливих варіантів, що задо-
вольняють висунутим вимогам. Дослідження допомагають виявити
основні особливості суден різних класів та їх енергетичних устано-
вок. Показниками оптимальності при оцінці звичайно є критерії
економічної ефективності, але можна скористатися й іншими (на-
приклад, для СПК, СПП та спецсуден це мінімальна маса).
Як базовий приймається варіант, для якого є найбільш повна
початкова інформація. Він розробляється більш детально, а отри-
мані загальні дані використовують при опрацюванні інших варіантів.
Велике значення для прийняття остаточного рішення будуть мати
рівні розвитку суднобудування та суміжних галузей промисловості,
які забезпечують його замовлення, а також можливості матеріаль-
ного забезпечення будівництва.
14.2. Вибір типу суднової енергетичної установки
Тип енергетичної установки тісно пов'язаний з типом та призна-
ченням судна, його швидкістю, автономністю, районом плавання.
Ці фактори у значній мірі впливають на комплектування ЕУ голов-
ними двигунами, передачами та допоміжними комплексами, які за-
безпечують усіх суднових споживачів різними видами енергії. Склад
та комплектація ЕУ залежить і від інших факторів, зокрема, від ба-
жання проектанта скористатися тим або іншим устаткуванням, що
має підвищену надійність або меншу вартість і т.п., а також від ви-
мог замовника.
Розглянемо типи СЕУ, що застосовуються на суднах різного
призначення.
На теперішній час ДУ займають монопольне положення на річко-
вому та морському флотах. Нижче наведено дані щодо розподілу за
основними класами морських суден та варіантів їх СЕУ.
Судна
За водотон- Варіанти
нажністю, % СЕУ
Танкери....................................... 40,8
Балкери....................................... 20,5
Для перевезення генеральних вантажів..... 19,2
Комбіновані (нафторудовози, вуглерудовози) 6,1
ДУ, ПТУ
ДУ
ДУ
ДУ, ПТУ
290
Судна
Контейнеровози..........................
Газовози................................
Хімовози................................
Накатні.................................
Інші....................................
Спеціального призначення ...............
Рибопромислові..........................
Криголами та судна активного льодового
плавання................................
За водотон- Варіанти
нажністю, % СЕУ
2,9 ДУ, ПТУ, ГТУ
1,9 ГТУ, ДУ
0,6 ДУ
0,5 ДУ, ГТУ
0,6 ДУ
3,2 ДУ
3,1 ДУ
0,6 ДУ, ЯЛТУ
Танкери є найбільшою групою суден транспортного флоту. Вони
мають максимальну водотоннажність, яка досягає в окремих випад-
ках 500 тис.т і вище. Швидкості ходу невисокі. Для таких суден не-
має обмежень по масогабаритних показниках щодо ЕУ.
Енергетичні установки на танкерах розташовують у кормовій
частині.
Однією з особливостей, характерних для танкерів, є наявність
потужного енергетичного устаткування, яке працює короткочасно
(вантажні насоси). Це устаткування впливає на загальний склад ус-
тановки і особливо СЕС. Вантажні насоси можуть мати приводи:
парову турбіну, електродвигун і рідко - ГТД. При перевезенні висо-
ков'язких вантажів (мазут, сира нафта) їх необхідно підігріти перед
вивантаженням. Тому до складу СЕУ повинні входити допоміжні
котельні установки, які забезпечують парою процес підігрівання ван-
тажу та роботу ПТ. У випадку застосування електроприводів для ван-
тажних насосів необхідно збільшувати установлену потужність СЕС.
На танкерах застосовуються здебільшого одновальні установки
з МОД. Проте на декількох суднах великої водотоннажності побу-
дови минулих років використані ПТУ з ППП. Відомо, що проміжний
перегрів пари дозволяє підняти економічність ПТУ на 5...8 % та до-
вести питому витрату палива на установку до 230...240 г/(кВттод).
Застосуванню ПТУ на танкерах сприяла можливість викорис-
тання пари на головну установку, вантажні насоси та підігрівання
вантажу, що зручно для обслуговування.
На великотоннажних танкерах (водотоннажністю більше як
150 тис.т) порівняно з ДУ зростають переваги ПТУ, бо вони вигра-
ють за масою, а їх економічність зростає зі збільшенням потужності.
Однак, як показують наслідки техніко-економічного аналізу, ДУ ви-
являються більш ефективними на танкерах малої, середньої та вели-
кої водотоннажності. З метою підвищення економічності СЕУ на
291
19*
великих танкерах, наприклад, замінюють ПТУ на ДУ (танкер "Аль-
фа Сі" дедвейтом 225 тис.т).
До складу дизельних ЕУ танкерів середньої та великої водотон-
нажності звичайно входить СЕС, яка складається з трьох-чотирьох
ДГпотужністю400...600кВттаодногоУТГпотужністю400...900 кВт.
Відносна потужність СЕС при цьому складає 0,185...0,253.
Балкери та комбіновані судна (нафторудовози, нафтонавалочні
судна) мають ЕУ, близькі за своім складом до СЕУ танкерів. Різниця
полягає у комплектації СЕС, яка проектується меншої потужності.
Для суховантажних універсальних суден характерна менша, по-
рівняно з танкерами, тривалість ходового часу, а тривалість стоянок
без вантажних операцій більша. На цих суднах застосовують зде-
більшого одновальні ДУ з СОД та МОД. Для цього класу суден ха-
рактерне кормове розташування МВ, наявність потужних вантаж-
них кранів та великовагових стріл з електроприводами. Усе це при-
зводить до збільшення відносної потужності СЕС до 0,27...0,31.
Контейнеровози та судна з горизонтальною вантажообробкою
порівняно з іншими суднами характеризуються підвищеними швид-
костями та потужностями СЕУ. На цих суднах застосовують дизельні,
паротурбінні та газотурбінні ЕУ, одно- та двовальні. Вимоги щодо
надійності ЕУ контейнеровозів підвищені (у зв'язку з регулярністю
рейсів та високою вартістю вантажів). Для цих суден характерна
значна потужність СЕС (досягає у ходовому режимі 4. ..5 % номіналь-
ної потужності ГД).
На аміаковозах та газовозах для перевезення зріджених нафто-
вих газів (пропану, бутану) використовуються виключно ДУ з МОД
або СОД, які працюють на рідкому нафтовому паливі. Водотон-
нажність цих суден до 100 тис.т і швидкість до 20 вуз. Навантаження
СЕС на цих суднах велике, бо енергія витрачається на підтримання
низьких температур (-40...-50 °С) у вантажних танках.
На метановозах газ перевозиться за більш низьких температур
(близько -162 °С). Тому під час перевезення цей газ випаровується (у
середньому за добу близько 0,25 % метану, що перевозиться). Швид-
кості метановозів лежать у межах 20...25 вуз, а вантажомісткість до-
сягає 125 тис.м3. Протягом години на такому судні випаровується
близько 5...6 т метану, що за теплотою згоряння еквівалентно
5,5...6,5 т дизельного палива. Цієї кількості палива достатньо для
роботи всієї СЕУ, однак Класифікаційні товариства з метою підви-
щення безпеки мореплавання не дозволяють роботу тільки на ме-
292
тані. Під час маневрування та проходження вузьких місць установка
повинна працювати на суміші газоподібного та рідкого палива.
На цих суднах великі установочні потужності СЕС, що склада-
ють 10...20 % потужності ГД.
Пасажирські судна мають СЕУ з підвищеними вимогами до на-
дійності та шумності механізмів. Ці установки значно відрізняються
від установок транспортних суден та виконуються багатовальними
(2...3 гребні гвинти), мають СЕС великої потужності - 20...25 %, а у
деяких випадках до 50 % потужності ГД. Розташування МВ середнє
або зміщене до корми. У цих суден добре розвинута котельна уста-
новка: кожний ГД має УК та два або три допоміжні котли.
Парами - високоманеврені судна. Вони комплектуються СЕУ
різних типів. Часто використовують двовальні установки з МОД або
СОД. СОД дозволяє зменшити висоту МВ та використати палубу
над ним для проїзду автомобілей або для розміщення вантажу. У
деяких випадках застосовують комбіноване розташування МВ: кор-
мове та носове. На сучасних паромах обмеженої водотоннажності зі
швидкістю 50 та більше вузлів широко застосовуються газотурбінні
та комбіновані (ДВЗ + ГТД) установки. На паромах розвинуті ван-
тажопідйомні пристрої, необхідні для переміщення автомобілей на
різні палуби. Це вимагає великої потужності встановленої СЕС. їх
відносне навантаження зростає під час вантажних операцій до
0,35...0,42.
Рибообробні бази та транспортні рефрижератори обладнують
дизельними установками. Вони мають СЕС великої потужності для
забезпечення роботи технологічного устаткування. Рибообробні суд-
на мають розвинену котельну установку та ВОУ.
Рибопромислові судна комплектують різноманітними ДУ з пря-
мою, дизель-редукторною та дизель-електричною передачами.
Малі, середні та великі траулери мають одновальну установку з
прямою передачею. У складі СЕУ найчастіше застосовуються вало-
генераторні установки, особливо у дизель-редукторних передачах.
На цих суднах розвинута СЕС. Застосовано допоміжні котли та ВОУ
великої продуктивності.
СЕУ рибопромислових суден комплектують гвинтами регульо-
ваного кроку, що значно підвищує їх маневрені якості.
Криголами обладнують установками різних типів: паротурбін-
ними, дизельними, комбінованими (дизель-газотурбінними). У СЕУ
криголамів широко використовується електрорух. Ці установки ма-
293
ють високу надійність та маневреність, що важливо для криголамів.
Велика автономність досягається застосуванням ПТУ з ядерними
реакторами. На криголамах з дизель-газотурбінними установками
хід на вільній воді забезпечується дизель-електричною установкою,
а при необхідності нарощування потужності для подолання важкої
криги включаються прискорювальні ГТУ. ЕУ розміщується у се-
редній частині судна. Кількість валів приймається два або три.
Таким чином, основними типами СЕУ є дизельні установки з МОД
та СОД з прямою та редукторною передачею. Паротурбінні установ-
ки використовуються на великотоннажних суднах минулих років по-
будови та на криголамах з ЯЕУ. Газотурбінні установки мають до-
сить обмежене застосування на транспортних суднах. Цей тип уста-
новок може бути конкурентоспроможним тільки у тому випадку, коли
необхідна велика одинична потужність за малих масогабаритних по-
казників. Тому вони здебільшого використовуються на швидкісних
суднах та кораблях у складі багатомашинних агрегатів.
Легкі ГТД авіаційного типу застосовуються на СПК та СПП,
що дозволяє цим суднам розвивати високі швидкості (40...60 вуз).
14.3. Розташування устаткування у МВ
Загальні положення. Загальні правила, що стосуються механізмів,
полягають у тому, що їх слід розташовувати у таких місцях, де вони
будуть найбільш ефективно виконувати свої функції. Розташування
окремих комплексів механізмів пов'язано з місцем розташування МВ
по довжині судна, яке визначається призначенням судна та його особ-
ливостями. Ці питання вирішуються під час проектування судна за-
мовником та проектантом корпусу.
Оскільки призначення судна - перевезення корисних вантажів,
об'єм корпусу, що виділяється на розміщення механізмів повинний
бути мінімальним.
У морській практиці зустрічаються чотири варіанти розташу-
вання приміщень ЕУ по довжині судна: кормове, середнє, проміжне
(зсунуте до корми від мідель-шпангоута) та носове (рис.14.1). Кож-
ний з варіантів має свої переваги і недоліки. На сучасних суднах за-
гального призначення (танкери, суховантажники, контейнеровози
та ін.) здебільшого приймається кормове місцеположення МВ. Воно
дозволяє збільшити вантажомісткість, дещо зменшити масу ЕУ за
рахунок скорочення довжини валопроводу та коридора гребного
294
вала. При кормовому розташуванні МВ покращуються умови розмі-
щення вантажу та його обробки під час вантажних операцій.
Рис. 14.1. Розташування ЕУ по довжині судна:
а - кормове; б - середнє; в - проміжне; г - носове
Кількість відсіків для розміщення ЕУ повинна бути мінімальною
при найменшій їх довжині. На транспортних суднах ЕУ звичайно
розташовують у одному відсіку. На спецсуднах, де необхідна підви-
щена живучість, установку поділяють на автономні групи, які роз-
міщують у різних відсіках.
Розташування на судні ЕУ та її устаткування повинно відповіда-
ти вимогам Правил класифікаційних товариств (наприклад, Правил
Морського Регістру).
Енергетична установка повинна надійно працювати за усіх мож-
ливих режимів експлуатації, навіть за тривалого крену судна до 15°
та диференту до 5°, а аварійні джерела енергії та механізми - за три-
валого крену до 22,5° та диференту до 10°.
295
Устаткування ЕУ розташовують таким чином, щоб до нього був
вільний та зручний підхід для обслуговування та аварійного ремон-
ту. Між устаткуванням передбачаються проходи шириною не мен-
ше 0,6 м.
Механізми та апарати установлюють та закріплюють на міцних
та жорстких фундаментах. Фундаменти повинні бути легкими, для
чого слід розташовувати устаткування над флорами, стрингерами
та у районі шпангоутів. На палубах та платформах передбачається
спеціальне підкріплення набору, якщо фундамент не установлюєть-
ся безпосередньо на жорстких зв'язках перекриття корпусу. Допус-
кається установлення механізмів та іншого обладнання на зовнішній
обшивці корпусу, водонепроникних перебірок, стінках тунелю ва-
лопроводу або на стінках паливних та масляних цистерн за умови
кріплення їх до ребер жорсткості або на кронштейнах, приварених
до обшивки біля ребер жорсткості.
Окрім приміщення МВ для розміщення обладнання ЕУ викори-
стовуються додаткові об'єми коридора валопроводу, машинні шах-
ти та кожухи димарів.
Розташування головних і допоміжних механізмів та іншого ус-
таткуваня. Розташування обладнання ЕУ може бути одно- і багато-
ярусним. На великих морських суднах зі значною висотою борту за-
стосовують багатоярусне розташування, що дозволяє зменшити дов-
жину МВ та габарити установки.
Головні двигуни та передачі розташовують у нижній частині МВ
на фундаментах, зв'язаних з днищевим набором корпусу. Для зруч-
ності обслуговування двигуна необхідно звільнювати навколо ньо-
го достатні площі, на які можна покласти великі деталі, вийняті
(від'єднані) з двигуна для ремонту. Над двигуном повинний залиши-
тися достатній простір для витягування поршнів зі штоком або ша-
тунів за допомогою спеціальних підйомних пристроїв.
Дизель-редукторний агрегат розміщується у трюмі МВ.
В установках з електрорухом ГЕД розташовують у трюмі по
можливості ближче до корми. Дизель-генератори можуть розташо-
вуватися у трюмі або на платформі, а іноді й на верхній палубі у над-
будові, що істотно зменшує розміри МВ.
Головний турбозубчастий агрегат ПТУ розташовується у трюмі
МВ на спеціальному фундаменті. Турбіни розташовуються до носа
від редуктора, а головний упорний підшипник установлюється за
редуктором.
296
Компоновка ГТЗА може бути: осьова - з розташуванням голов-
ного конденсатора до носа від ТНТ у одній з нею площині, та підваль-
на - з розташуванням головного конденсатора попід ТНТ.
Головний конденсатор може бути розташованим уздовж або
впоперек судна. Компоновка ГТЗА спрощується при поперечному
розташуванні ГК.
Головні парові котли розміщують переважно на платформі. На
великих суднах з кормовим розташуванням МВ їх розміщують до
корми від ГТЗА.
Допоміжні парові котли розміщують на платформі. У МВ їх тре-
ба огороджувати металевою вигородкою, щоб захистити устатку-
вання від дії полум'я у випадку його викиду з топки.
Утилізаційні парові котли, як правило, розміщують у верхній
частині машинних шахт на спеціальному фундаменті. Газовідвод-
ний трубопровід між двигуном та УК повинний мати компенсатор.
Агрегати СЕС розташовують у МВ разом з ГД або у спеціаль-
них приміщеннях (у випадку розвиненої електростанції, наприклад
в ЕУ з електрорухом).
Дизель-генератори найчастіше розташовують у трюмі або на
платформі, а турбогенератори - на платформі поблизу допоміжно-
го та утилізаційного котлів, від яких вони живляться.
Розподільні щити установлюють у місцях найменшої імовірності
концентрації газів, пари, пилу та вологи - найчастіше на платформі.
Головний розподільний щит (ГРЩ) розташовують на платформі
або у приміщенні центрального поста управління (ЦПУ) ЕУ. Відпо-
відно до Правил Регістру прохід перед ГРЩ повинний бути не мен-
шим як 0,8... 1,0 м залежно від довжини щита, а з задньої сторони -
не менше 0,6...0,8 м.
А варійний дизель-генератор разом з розподільним щитом, палив-
ною цистерною та іншим устаткуванням, що забезпечує роботу ДГ,
установлюють в одному приміщенні, яке знаходиться вище палуби
перебірок і має вихід на відкриту палубу.
Кабелі прокладаються у верхній частині приміщень по можли-
вості прямими та доступними трасами. Забороняється прокладання
кабелів у цистернах та відсіках, призначених для перевезення займи-
стих рідин.
Трубопроводи повинні прокладатися найбільш коротким шля-
хом. При цьому треба додержуватися вимог трасування - прокла-
дання у трьох взаємно перпендикулярних напрямках: паралельно
297
діаметральній площині судна, перпендикулярно їй та перпендику-
лярно основній площині. Забороняється прокладати траси через жит-
лові та службові приміщення. Паливні трубопроводи не повинні
проходити понад двигунами, паровими котлами та газоходами.
Розташування насосів повинно забезпечувати надійне всмокту-
вання за найбільш сприятливих експлуатаційних умов. У зв'язку з
цим насоси розташовують у нижній частині трюму, однак таким
чином, щоб їх привідні електродвигуни розташовувались над рівнем
підлоги біля насосів.
Перекачувальні, відкачувальні, підкачувальні (циркуляційні) та
інші насоси аналогічного призначення мають приймальні патрубки
мінімальної довжини і достатньо великого прохідного перерізу та
установлюються поблизу місць забору перекачуваної рідини.
Насоси, сепаратори, фільтри та інше устаткування паливної си-
стеми необхідно розташовувати у трюмі МВ компактно, бажано в
агрегаті та поблизу витратних цистерн очищеного палива. Для пе-
рекачування палива установлюють не менше двох насосів, один з
яких резервний.
Насоси циркуляційної системи охолодження розміщують у най-
нижчій частині контура. Краще ставити насос так, щоб він приймав
рідину від охолоджувача та нагнітав у порожнину охолодження.
Конденсатні насоси найчастіше розташовують у спеціальних
кільцях подвійного дна під головним конденсатором, щоб забезпе-
чити природний напір не менш 600...800 мм.
Головні живильні насоси установлюють поблизу ГТЗА.
Паропроводи прокладають у верхній частині МВ у місцях, дос-
тупних для огляду та обслуговування.
Забортна вода надходить до насосів системи охолодження через
приймальну арматуру (кінгстон, клінкетна засувка, поворотна зас-
лінка), яку розміщено на кінгстонних ящиках або у кінгстонно-роз-
подільних каналах. Забортні отвори для приймання охолоджуючої
води у зовнішній обшивці судна повинні бути захищені гратками.
Розташування забортних отворів повинно бути таким, щоб забезпе-
чити нормальне надходження води за різних умов плавання. Прий-
мання забортної води передбачається переважно у носовій частині
МВ, а відлив - у кормовій з лівого борту.
Системи охолодження обладнують двома насосами з однаковою
продуктивністю - основним та резервним. Розташовують їх нижче
ватерлінії.
298
На криголамах та суднах льодового плавання приймання заборт-
ної води здійснюється через льодові ящики.
Циркуляційні масляні насоси установлюють поблизу стічно-цир-
куляційних цистерн. Над насосами на платформі розміщують охо-
лоджувачі масла та води.
Паливні цистерни у МВ розміщують з урахуванням пожежної
безпеки. їх заборонено розташовувати над трапами, головними меха-
нізмами, котлами, газовідводними трубами та газоходами, над елек-
трообладнанням та постами управління головними механізмами.
Механізми та апарати суднових систем (насоси трюмних сис-
тем, сепаратори трюмних вод, пожежні насоси, насоси та апарати
систем водозабезпечення, інсинератори та ін.) розміщують у трюмі
МВ, групуючи їх за функціональними ознаками.
Рефрижераторне устаткування звичайно розміщують на плат-
формі.
Для зручності обслуговування механізмів та апаратів при великій
висоті приміщення ЕУ споруджують спеціальні площадки у декіль-
ка ярусів. Ширина проходів між виступаючими частинами повинна
бути не меншою як 600 мм, висота проходів у світлі не менше
1850...1900 мм.
Настил підлоги виготовляють із знімних металевих рифлених
листів на металевому риштуванні.
Трапи для переміщення у вертикальному напрямку та виходу з
приміщень ЕУ повинні бути металевими, шириною не менше 600 мм,
з кутом нахилу до горизонтальної площини 60°. Довжина маршу тра-
па не повинна перевищувати 6 м.
Вихідні шляхи з приміщень ЕУ повинні забезпечувати можливість
швидкої евакуації обслуговуючого персоналу за аварійних ситуацій
(пожежа, затоплення приміщень). Кожне приміщення ЕУ повинно
мати не менше двох вихідних шляхів, розташованих як можна далі
один від одного у протилежних кінцях приміщення.
Розташування постів управління. Центральні пости управління
(ЦПУ) звичайно виконують закритими та розміщують у спеціально
виділених захищених від шуму приміщеннях, розташованих на плат-
формі МВ. У ЦПУ передбачається вікно для візуального спостере-
ження за МВ. ЦПУ обладнують пристроями індикації та аварійно-
попереджувальної сигналізації, органами управління та зупинки
механізмів, засобами зв'язку.
ЦПУ зв'язані органами управління та зв'язку з головним постом
299
управління та місцевими постами управління. Місцеві пости управ-
ління є домінуючими у відношенні до ЦПУ. Перемикання управлін-
ня з місцевого поста управління на ЦПУ та назад повинно відбува-
тися на місцевому посту управління з автоматичною подачею до ЦПУ
сигналу про перемикання.
ЦПУ, у свою чергу, є домінуючим перед постом управління у
ходовій рубці (головним постом управління).
14.4. Методи проектування розташування СЕУ
До завдань проектування розміщення СЕУ входить визначення
оптимального розташування комплектуючого обладнання в обме-
женому просторі машинного відділення. При цьому враховуються
особливості цього обладнання та умови виконання ним своїх функцій,
а також вимоги, що ставляться до нього при роботі у складі СЕУ.
Різноманітність вимог до СЕУ та суднового устаткування уск-
ладнює задачі проектування. Ці задачі погано піддаються формалі-
зації та звичайно вирішуються на основі евристичних прийомів з
використанням моделювання.
Площинне масштабне проектування (метод креслень) широко
використовується під час проектування розміщення СЕУ. Цей ме-
тод у багатьох випадках є достатньо ефективним. Звичайно він ви-
користовується на початкових стадіях проектних проробок, коли
необхідно визначити розташування лише основного устаткування,
а також при проектуванні СЕУ невеликої потужності з розміщенням
устаткування на одному рівні.
Цей метод дуже простий та дає повну уяву про розміщення ус-
таткування, хоча й не дає просторового унаочнення, що може при-
звести до помилок.
Розроблене розташування відображають на кресленнях у де-
кількох проекціях.
Креслення виконуються у масштабах 1 : 10; 1 : 25; 1 : 50.
Розробка креслень загального розміщення устаткування СЕУ є
складним та трудомістким завданням. Для його виконання необхід-
но мати повний перелік комплектуючого устаткування ЕУ з усіма
технічними характеристиками, а також принципові схеми систем, що
визначають взаємозв'язок елементів, які входять до установки. Від
якості проекту розміщення ЕУ залежать розміри відсіків МВ,
300
зручність обслуговування та проведення профілактичних ремонтних
робіт, можливість автоматизації, а також термін та вартість монтаж-
них робіт.
Для раціонального компонування устаткування та розміщення
його у приміщеннях МВ графічний метод малоефективний.
Об'ємний метод проектування є більш прогресивним і дозволяє
якісно проектувати розміщення устаткування у МВ та готувати кон-
структорсько-технологічну документацію.
Останніми роками набув розповсюдження модульно-агрегатний
метод проектування.
Під агрегатуванням у суднобудуванні розуміють метод компо-
нування насичення приміщень суден (головним чином МВ) з агре-
гатів та блоків, починаючи від проектування до складання їх у цеху
та монтажа на судні. З появою складальномонтажних одиниць (СМО)
типу модулей метод проектування отримав назву модульно-
агрегатного.
Компонування устаткування у агрегати, блоки та модулі здійсню-
ється методами стандартизації, серед яких можна відзначити уніфі-
кацію, типізацію та агрегатування.
Уніфікація полягає у раціональному, економічно обґрунтовано-
му та технічно допустимому скороченні кількості типів, видів та
розмірів об'єктів однакового функціонального призначення, а та-
кож конструктивних елементів, параметрів, норм, правил тощо.
Уніфікація дозволяє використати функціональні подібності, кон-
структивну спадковість та стандартні елементи для скорочення
кількості індивідуальних комплектуючих виробів. У суднобудуванні
випускаються спеціальні альбоми уніфікації устаткування, механізмів
та виробів, які широко використовуються під час проектування.
Типізація полягає у розробці та застосуванні типових технічних
рішень. Типові технічні рішення повинні широко використовувати-
ся у процесі проектування СЕУ при розробці конструкторських та
компонувальних схем розміщення елементів устаткування, під час
проектування систем СЕУ тощо.
Агрегатування - процес компоновки механізмів, апаратів, еле-
ментів систем та більш складних комплексів (агрегатів та блоків) з
обмеженої кількості стандартних та уніфікованих деталей та вузлів.
При агрегатуванні основна частина устаткування СЕУ об'єд-
нується у такі монтажні одиниці:
монтажний вузол (або просто вузол) - з'єднання декількох дета-
301
лей або виробів однієї конструктивної групи. Це найпростіша скла-
дальна одиниця незавершеного функціонального призначення;
агрегат - механізм, устаткування, апарати, прилади та інші
технічні засоби, функціонально зв'язані у цілу систему (або її части-
ну) або установку, які складені на загальній несучій конструкції для
виконання самостійної функції на судні;
модуль - уніфікований або стандартний агрегат, що має певні
габаритні розміри та параметричні характеристики;
монтажний блок - велика агрегатована одиниця, яка складаєть-
ся з механізмів та іншого устаткування різних функціональних сис-
тем, об'єднаних за принципом територіальної спільності та закріп-
лених на спеціальній несучій конструкції;
зональний блок - агрегатована одиниця, що включає у себе кор-
пусні конструкції (приміщення або їх частини), механізми спеціаль-
ного устаткування, інші технічні засоби різних функціональних сис-
тем, які об'єднані за принципом територіальної спільності.
Зі схеми складально-монтажних одиниць (рис. 14.2) видно, що
302
зональний блок є найбільшою складальною одиницею, до якої вхо-
дять монтажні вузли, агрегати, модулі та блоки.
Вихідним документом під час проектування СЕУ блочним мето-
дом є принципова схема пропульсивної установки, систем, що її об-
слуговують, суднової електростанції, котельної установки, суднових
систем та пристроїв, що розміщуються у МВ (рис.14.3). Основним
призначенням цих схем є цілеспрямоване керування процесом об'єм-
ного проектування енергетичних установок та комплексів, а також
комплектуючих їх агрегатованих функціональних установок.
Рис. 14.3. Принципова схема енергетичної установки:
1 - масляні фільтри; 2 - магнітний фільтр; З - цистерна збирання шламу; 4 - охолод-
жувачі прісної води; 5 - випарник трихлоретилену; 6- до сепаратора; 7- до стічно-
циркуляційної цистерни ГД; 8 - відведення конденсату; 9 - підведення пари; 10 -
циркуляційна цистерна ТНА; 11 - масляні насоси; 12 - фільтри; 13 - до ГД; 14 - до
напірної цистерни; 15-маслооходжувач ТНА; 16-охолоджувач палива; /7зви-
тратних цистерн ГД; 18 - до ДГ; 19 - підігрівник прісної води; 20 - охолоджувач
забортної води; 21 - циркуляційні насоси прісної води; 22 - від ГД; 23 - від насосів
забортної води; 24 - на охолодження валопроводу; 25 - від циркуляційних масляних
насосів
303
Усе устаткування, що входить до ЕУ, об'єднують по групах з
таким розрахунком, щоб з кожної групи можна було сконструювати
агрегат. На схемі групи обведено штриховою лінією, а головний
двигун не показано. Аналізуючи устаткування, що увійшло до окре-
мих груп, можна визначити склад агрегатів та їх зовнішні зв'язки,
кількість яких повинна бути мінімальною з метою досягнення ком-
пактності агрегату та скорочення довжини єднальних трубопроводів.
Контури об'єднують устаткування систем:
І - циркуляційного змащення головного двигуна, окрім насосів;
II - масляної системи СЕУ;
III - змащення газотурбонагнітачів;
IV - охолодження форсунок ГД;
V - охолодження прісною водою.
Конструкція агрегатів опрацьовується на масштабних макетах з
метою визначення оптимального розташування обладнання. Маке-
ти збирають із зазделегідь виготовлених моделей у масштабі 1:5;
1 : 10;1 : 20.
Під час проектування складають ескізи блоків, перелік комплек-
туючого устаткування та виконують макетування кожного блока.
Потім комплектують макет машинного відділення.
Компонування машинного відділення макетами агрегатів доз-
воляє ефективно провести процес робочого проектування, бо дає
можливість уявити проект СЕУ у просторі (в об'ємі МВ) до його ви-
готовлення у натуральну величину. Це полегшує процес проекту-
вання та дозволяє оперативно ліквідувати помилки; дає можливість
опрацювання декількох варіантів та оптимізації технічних рішень.
Агрегатування передбачає два основні принципи компонуван-
ня складально-монтажних одиниць:
функціональний - коли отримують агрегати;
територіальний (зональне агрегатування) - коли отримують скла-
дально-монтажні одиниці двох різновидів: на несучій конструкції
типу рами (монтажні блоки) та на штатній корпусній конструкції
(зональні блоки).
Під час компоновки устаткування за функціональним принци-
пом можна отримати агрегати устаткування: частини системи, всієї
системи, пристрою, всієї установки.
Компонування монтажних та зональних блоків здійснюється за
ознакою територіальної спільності, що покладено в основу зональ-
ного агрегатування. Усе устаткування, незалежно від функції, яку
304
воно виконує, розташоване у зоні МВ або іншого насиченого при-
міщення, об'єднують в одну складальну одиницю. Зони МВ транс-
портного судна показано на рис. 14.4. Усі механізми, агрегати та інше
устаткування розташовані у трьох зонах: головного двигуна, допо-
міжних механізмів енергетичної установки, механізмів та обладнан-
ня, що обслуговують головний двигун. Устаткування кожної зони
об'єднується в одноіменний монтажний блок.
Рис. 14.4. Зони МВ транспортного судна:
1 - механізмів та устаткування ГД; 2 - компресорної установки; 3 - холодильних
машин; 4 - котельної установки (зміщено у корму); 5 - димоходу котла; 6 фекаль-
ної системи; 7-установки водозабезпечення; 8-допоміжних механізмів ЕУ; 9 ГД;
10 - СЕС (зміщено у корму)
Таким чином, розрізняють два види агрегатування (функціональ-
не і зональне) та два види складальних одиниць (агрегати, які ском-
поновані за функціональною ознакою; зональні та монтажні блоки,
що скомпоновані за територіальною ознакою).
Оптимальна компоновка (конструкція) агрегату обумовлена
такими факторами:
мінімізацією довжини комунікацій - трубопроводів та електро-
кабелів (позначимо цей фактор як М);
компактністю конструкції (позначимо її через Т), яку можна ви-
разити двома способами: як відношення маси до об'єму конструкції
або площі у плані до площі, яку займає устаткування за умови одно-
рядного його розміщення, тобто
305
20-341
Т-Мсмо/Усмо,
показниками ремонтопридатності Р;
показниками технологічності К;
експлуатаційними параметрами під час роботи за призначенням Е.
Тоді оптимальна компоновка агрегату Лоп[ буде визначатися
Лоп[ = /(М,К,Р,Т,Е).
Розв'язання цієї математичної залежності дозволить скласти ал-
горитми визначення оптимальної конструкції СМО на ЕОМ.
Аналогічним способом вирішується задача оптимізацїї конст-
рукції МВ загалом, тобто у заданих об'ємах та площах МВ суден.
Визначення оптимальної конструкції агрегату здійснюється ме-
тодом компромісної оцінки багатофакторної залежності та відносить-
ся до галузі автоматизованого проектування. Незважаючи на велику
наочність і безумовно велику допомогу при будівництві головного
судна, цей метод потребує великих витрат, як матеріальних, так і ча-
сових, внаслідок чого зараз використовується в окремих випадаках
як доповнення до комп'ютерного проектування окремих типів суден.
Зараз вибір оптимальної конструкції агрегатів, монтажних і зональ-
них блоків та компонування МВ здійснюється майже виключно за
допомогою ЕОМ, що суттєво розширює варіантність рішень.
14.5. Основи автоматизованого проектування компоновок
енергетичних установок
Проектування енергетичної установки судна є великою і склад-
ною оптимізаційною задачею. Під час її вирішення необхідно врахо-
вувати різні вимоги, що ставляться до розміщення устаткування та
трасування комунікацій. Усі питання, пов'язані з опрацюванням ва-
ріантів компоновки устаткування, вирішуються зараз здебільшого
евристично: способами, що ґрунтуються на традиціях, інтуїції та
досвіді колективу розробників. При цьому трудовитрати на компо-
нувальні роботи великі, а варіанти розміщення, що приймаються як
кінцеві, не завжди є оптимальними. Підвищити якість компонуваль-
них рішень можна за допомогою математичних методів та засобів
обчислювальної техніки.
Графічні методи проектування за допомогою ЕОМ. Одним з ме-
тодів вирішення складних оптимізаційних задач є їх декомпозиція.
306
Стосовно компонування машинного відділення судна задача розби-
вається на такі рівні:
розбиття всього устаткування по групах за їх належністю до
різних зон та платформ МВ;
трасування, тобто з'єднання устаткування, що розміщується,
комунікаціями оптимальної довжини (з урахуванням обмежень на їх
прокладання);
На початкових стадіях проектування необхідно знати габарити
машинного відділення. Для визначення його довжини можна роз-
глянути план трюма. Енергетичне устаткування, скомпоноване у бло-
ки, можна графічно зобразити у вигляді "габариток". Під габарита-
ми устаткування розуміють не тільки його фізичні розміри, але й
необхідні для обслуговування відстані, які враховують половину
відстані необхідних проходів (відстаней між механізмами). Потім
складають банк даних про габарити блоків устаткування. Під час
компоновки блоки доцільно зображати у вигляді прямокутників, що
значно спрощує задачу. Такий підхід дозволяє мати одну просту
програму для побудови цих прямокутників та здійснювати оптимі-
зацію їх розташування.
Технологія побудови плана трюму на ЕОМ полягає у наступно-
му. На дисплеї за координатами будують план трюму, потім на ньо-
му розміщують головні двигуни та інші блоки устаткування, які роз-
ташовують щільно один до одного. Оптимальним є розташування,
при якому не буде порожнин. Переміщення та зміна положення пря-
мокутників, що імітують блоки, здійснюється за допомогою спе-
ціальної програми. Сторони прямокутників блоків устаткування по-
даються у вигляді векторів. При необхідності прямокутник можна
перетворити на трапецію зміною косинуса вектора.
Наступним етапом проектування є уточнення місцеположення
на кресленні деталей двигунів та блоків устаткування. З цією метою
розширюють банк даних про габарити елементів блоків та навіша-
ного на двигун обладнання. Усі елементи знов подаються у вигляді
прямокутників, що дозволяє використати той самий пакет програм
та дає можливість виправити помилки попередньої компоновки
шляхом зміни положення блока або його деяким перекомпонуван-
ням. На подальших етапах деталізації до ЕОМ вводять підпрограму
побудування кіл.
Таким чином, проектування МВ суден за допомогою ЕОМ може
подаватися як багаторівневий процес, у якому використовується один
307
20*
і той самий пакет програм. Проектування здійснюється у діалогово-
му режимі. Такий спосіб компонування МВ з блоків можна розціню-
вати як напівавтоматичний.
Автоматизація процесу розміщення устаткування у МВ та отри-
мання креслень можливі також завдяки застосуванню графічної си-
стеми ЛіЦоСЛО, що реалізована на персональній ЕОМ. Для цього
складається банк даних графічних зображень блоків устаткування,
що входять у СЕУ. Блоки зображуються у вигладі темплетів - плос-
ких спрощених зображень об'єкта. У пам'яті ЕОМ темплети зберіга-
ються у вигляді координат безлічі точок, що описують об'єкт, та
називаються цифровими моделями об'єктів. Формування креслень
розміщення устаткування у різних проекціях здійснюється шляхом
постановки цифрових моделей об'єктів у місце, зазначене проктан-
том на дисплеї. У випадку необхідності темплети устаткування мож-
на переставити з одного місця на інше або повернути на заданий кут.
Кожна з проецій креслень загального вигляду (план трюму, план
платформи, вид на борт та ін.) формується на дисплеї окремо, сфор-
моване креслення виводиться на графопобудівник.
Такою автоматизованою системою зручно користуватися на
початкових стадіях проектування суден, коли необхідно зіставити
декілька варіантів розміщення та обрати найбільш прийнятний.
Існують й інші пакети прикладних програм, за допомогою яких
можна здійснити проектування загального розташування механізмів
та обладнання в машинному відділенні судна.
Для зручності роботи з кресленням елемента (здійснення пере-
міщення, виклику у потрібне місце) обирається спеціальна точка,
орієнтовно - центр зображення. Відносно цього центра формується
креслення елемента СЕУ. Т ому для виконання креслення у даній точці
або переміщення його у інше місце достатньо змінити координати
центральної точки. Таким чином, щоб задати місцеположення еле-
мента СЕУ, достатньо задати координати його центральної точки.
На рис. 14.5 наведено план машинного відділення, зображений
за допомогою програми контурів (а) та програми накреслювання
уточнених зображень елементів (б).
Наступним рівнем проектування СЕУ буде відпрацьовування
з'єднання устаткування трубопроводами оптимальної довжини. Од-
ною з найважливіших переваг автоматизації проектування систем є
можливість одночасної розробки робочої, конструкторської та час-
тини технологічної документації й передачі її виготовлювачу на елек-
308
тронних носіях. Це значно скорочує трудомісткість її обробки та
дозволяє скоротити цикл проектування.
Рис. 14.5. План машинного відділення судна, який зображено за допо-
могою програми контурів (а) та програми накреслювання уточнених
зображень елементів (б)
У суднобудівній галузі функціонують декілька автоматизованих
систем проектування систем СЕУ, кожна з яких має свої переваги та
недоліки, але полегшує та прискорює роботу проектантів та конст-
рукторів.
Таким чином, застосування ЕОМ та спеціальних методів пошу-
ку розміщення механізмів у МВ дозволяє врахувати усі обмеження,
що звичайно використовуються у практиці конструювання, провес-
ти порівняння декількох варіантів інженерних рішень і, крім того,
оптимізувати їх за обраними критеріями.
309
14.6. Приклади розташування механізмів та устаткування СЕУ у
приміщеннях МВ
Крупноблочний метод складання й монтажу устаткування та
трубопроводів систем, який застосовано при комплектації двоваль-
ної ДУ з МОД ліхтеровоза "Алексей Косьігин" (дедвейт 40880 т,
швидкість 18,5 вуз), показано на рис. 14.6. Судно побудовано на клас
КМ ЛІ ®Ш А2 (баржовоз) Морського Регістру. В основу розміщен-
ня устаткування та трубопроводів покладено принцип групування
їх за функціональними ознаками, що враховують зручність обслуго-
вування, скорочення протяжності трубопроводів та електричних
трас, доступність при виконанні ремонтних робіт.
Комплектуюче устаткування у МВ розміщується у трьох ярусах.
Основні яруси - платформи III та І, додатковий - платформа II -
знаходиться у носовій частині МВ, на якій розміщуються ЗІП голов-
них двигунів та допоміжні приміщення.
Машинне відділення сформовано 23 монтажними блоками і май-
же 40 панелями та вузлами. Функціональні ознаки враховані при
виготовленні 14 блоків: систем ЕУ, сепарації палива та масла, цир-
куляційних насосів, утилізаційних котлів, масляних фільтрів, насосів
ГД, повітряних компресорів, баластно-осушувального насосу та ін.
У монтажному цеху блоки формуються на фундаментних рамах,
об'єднуючи трубопроводи з механічним та електричним обладнан-
ням. Блоки включають до 70 % трубопроводів та 90 % одиниць ос-
новного механічного устаткування.
Електричне обладнання подано у вигляді дев'яти блок-щитових
та блок-ширм, що забезпечують перенесення частини електромон-
тажних робіт до цеху. Блочний метод, що застосовується під час
монтажу електрообладнання, зменшив кількість та упорядкував про-
кладання магістральних електротрас, скоротив їх довжину. Відсут-
ність на бортах МВ поодиноких щитів та іншого електрообладнан-
ня забезпечило вільний доступ до зовнішньої обшивки (випадки
ліквідації аварій) та покращило естетичний вигляд приміщення.
Як ГД використано МОД типу 7 ДКРН 80/160, який розвиває
тривалу експлуатаційну потужність 12,35 МВт за частоти обертання
122 об/хв. Двигуни обладнано системами дистанційного автомати-
зованого управління з ЦПУ.
До складу СЕС входять чотири автоматизованих дизель-гене-
ратори ДГРА 500/500 потужністю по 500 кВт при 500 об/хв, один
310
утилізаційний турбогенератор ТГУ-800 потужністю 900 кВт та один
аварійний дизель-генератор ДГРА 200/1 500-Р потужністю 200 кВт.
Рис. 14.6. Розташування обладнання ДУ з МОД ліхтеровоза "Алексей
Косьігин":
а - поздовжній розріз (тут та далі вид на лівий борт); б поперечний розріз (див. у
ніс); в, г - плани трюму та платформи III; 1 - цистерна запасу масла; 2 - витратна
цистерна важкого палива; 3 - блок масляних фільтрів; 4 - ГД; 5 - УК; 6 - газовідвод
ГД; 7- газовідвод ДГ; 8 - глушник-іскрогасник ДГ; 9 - ЦПУ; 10 - ДГ; 11 - стічно-
циркуляційна масляна цистерна; 12 - блок сепарації палива та масла; 13 - ліхтерний
кран; 74-приміщення вентиляторів; І5-УК; 16-блок повітряних компресорів; 17 -
блок насосів ГД; 18 - цистерна запасу дизельного палива; 19 - блок насосів систем
ЕУ; 20 - сепаратор льяльних вод СК-10М; 21 - блок циркуляційного змащення; 22
- баластно-осушувальний блок; 23 - насос забортної води; 24,25 - кінгстонний та
льодовий ящики; 26- блок паливоперекачування та насосів турбогенератора; 27-
розташування станції обігріву; 28-цистерна збирання продуктів хімічного очищення
котлів; 29 - цистерна запасу моторного палива; ЗО - ВОУ; 31 - блок циркуляційних
насосів УК; 32 - сепаратор пари УК; 33 - УТГ; 34,35 - витратна та відстійна
цистерни важкого палива; ВП - верхня палуба; ОЛ - основна лінія
311
За нормальних умов експлуатації ходовий режим забезпечуєть-
ся роботою утилізаційного турбогенератора, під час роботи у тро-
піках утилізаційним турбогенератором та одним-двома ДГ, на сто-
янці під час роботи ліхтерного крана - трьома ДГ. Під час плавання
у помірних широтах електроенергія виробляється УТГ без введення
у дію ДГ, що досягається підвищенням тривалої експлуатаційної
потужності ТГУ-800 до 900 кВт.
Особливістю МВ ліхтеровоза є відсутність шахти МВ та наявність
двох димарів, які розташовані по бортах. Ця особливість обумовила
розміщення ДГ з їх обладнанням у носовій частині трюму.
Головні двигуни та допоміжні котли на основних режимах ро-
боти працюють на важкому паливі з в'язкістю не більше 360 сСт при
38 °С. Для роботи ДГ, а також для пуску та зупинки ГД, режімів ма-
неврування та при проході крізь вузькі місця, розпалюванні ДК та
інсинератора використовується дизельне паливо.
Паливний бункер розміщується у кормовій частині МВ, що доз-
воляє підвищити пожежну безпеку за рахунок віддалення палива від
потенційних джерел пожежі - ДГ та ГРЩ. Є дві витратні цистерни,
місткість кожної (близько 140 м3) відповідає добовій витраті палива
двома ГД за тривалої експлуатаційної потужності. Установлено та-
кож одну відстійну цистерну важкого палива місткістю близько
160 м3, дві витратні цистерни дизельного палива (по 36 м3) та окрема
витратна цистерна палива (10 м3) для котлоагрегатів.
Блок сепарації палива та масла раціонально розміщено у вільно-
му просторі між валопроводами та у безпосередній близькості від
паливних та масляних цистерн. Для сепарації легкого та важкого
палива передбачено чотири самоочищуваних сепаратори продуктив-
ністю на паливі ДМ близько 6 м3/год кожний. Для обробки важкого
палива використовуються три сепаратори (один резервний). При їх
паралельній роботі добова витрата важкого палива на ГД очищуєть-
ся приблизно за 20 год. Для обробки дизельного палива використо-
вується один сепаратор.
Блок повітряних компресорів, що постачає стиснене повітря се-
реднього тиску, складається з трьох автоматизованих електрокомп-
ресорів подачею по 420 м3/год при тиску 29,5 кПа та одного автома-
тизованого компресора подачею 140 м3/год з таким самим тиском.
Повітря низького тиску для загальносуднових потреб виробляється
електрокомпресором ЕК 16/П подачею 162 м3/год при тиску 78 кПа.
Є система автоматики та контролю компресорів пускового повітря,
312
яка забезпечує дистанційне управління ними з ЦПУ, автоматичний
запуск та зупинку відповідно до тиску у пускових балонах ГД.
До складу паропродуктивної установки входять два ДК та два
УК. На стоянці пара виробляється автоматизованими водотрубни-
ми котлоагрегатами КАВ 4,0/7 з нафтовим опаленням та природ-
ною циркуляцією паропродуктивністю по 4 т/год насиченої пари при
тиску 69 кПа. У ходовому режимі відпрацьовані гази ГД утилізують-
ся у котлах КУП 1500Р, окремих для кожного двигуна та працюю-
чих на загальний сепаратор пари.
При 90 % навантаження від тривалої експлуатаційної потужності
ГД сумарна паропродуктивність УК складає близько 15 т/год при
тиску 69 кПа. Перегрітої пари кількістю 7 т/год достатньо для забез-
печення суднових споживачів та отримання близько 900 кВт елект-
роенергії від УТГ.
Розміщення та компоновка устаткування та трубопроводів у МВ
виконувалася з урахуванням максимально можливого зменшення
обсягу робіт під час ремонту. У відповідних місцях передбачено ре-
монтні площадки, зручні проходи, підступи до обладнання для про-
ведення технічного обслуговування та ремонтно-профілактичних
робіт.
Суховантажні та спеціалізовані судна, судна для навалочних
вантажів, рудовози та нафторудовози, а також більшість наливних
суден обладнують МОД типу ДКРН. Дизелі цього типу постачаються
дизелебудівними підприємствами у розібраному вигляді по деталях
та вузлах та складаються на суднах. Устаткування систем, що обслу-
говують ці дизелі, включаючи насоси та теплообмінні апарати, ав-
тономне і монтується у МВ незалежно від головного двигуна у будь-
якому відповідному для цього місці.
У МВ суден з крецкопфними двигунами устаткування розміщу-
ють у багато ярусів. Трюм МВ майже повністю зайнятий устатку-
ванням систем, які обслуговуються ГД, до того ж ці системи іден-
тичні для усіх двигунів цього типу та комплектуються одноіменним
обладнанням різних марок. Устаткування, характерне для конкрет-
ного типу судна розміщується на платформах (допоміжні котельні
установки, СЕС) або поза МВ (устаткування насосних відділень на
наливних суднах). Ці обставини мають велике значення при вирі-
шенні питань, пов'язаних з типізацією МВ.
Судна типу ріка-море, судна для внутрішніх водних шляхів, а
також усі промислові судна комплектують середньо- та високообер-
313
товими двигунами. Ці двигуни постачаються в агрегатному вико-
нанні. На більшості з них насоси циркуляційного змащення, охолод-
ження, паливопідкачуючі навішано на дизелі та лише резервуються
автономними насосами з електроприводами. Ці насоси обслугову-
ють й інші системи. Тому зменшується номенклатура та кількість
допоміжних механізмів, а також іншого устаткування, що монтуєть-
ся у МВ.
На суднах змішаного плавання через зменшення кількості допо-
міжного устаткування, а також у зв'язку з тим, що це низькобортові
судна, у МВ, як правило, відсутні платформи і усе устаткування роз-
міщується у трюмі МВ (рис. 14.7). У трюмі також розміщується допо-
міжна котельна установка та СЕС.
Рис. 14.7. Схема розміщення механізмів та устаткування у МВ судна
змішаного плавання:
1 - головний двигун; 2 - агрегат охолодження ГД; З - електромеханічна майстерня;
4 - агрегат масляної системи; 5 - фільтр забортної води; 6 - баластно-пожежний
агрегат; 7- ДГ; 8,9 - трюмні насоси; 10 - агрегат управління та автоматики елект-
рокомпресорів; 11 - електрокомпресор; 12 - трюмно-пожежний насос; 13 - механі-
чна майстерня; 14 - паливний агрегат; 15 - балон пускового повітря; 16 - агрегат
живлення допоміжного котла; 17-агрегат сепарації палива; 18- допоміжний котел;
19- агрегат водопостачання забортної води; 20 - циркуляційний насос; 21- агрегат
сепарації пари
314
Пропульсивні установки на цих суднах здебільшого двовальні.
Збільшена ширина корпусу цих суден сприяє більш зручному розта-
шуванню механізмів у МО.
На рис. 14.8 наведено розташування основного устаткування
ПТУ з ППП потужністю 22 МВт великотоннажних танкерів типу
"Крим" (дедвейтом 150 тис.т). Особливістю установки є висока еко-
номічність, яку отримано за рахунок застосування пари підвищених
параметрів, проміжного перегріву пари, розвинутого (п'ятиступе-
невого) регенеративного підігріву живильної води, підвищення ККД
головного котла та інших заходів. В установці застосовано ГРВ, який
дозволяє повніше використати потужність ПТУ, особливо у ході з
баластом.
Загальне розташування механізмів та устаткування двовальної
ГТУ з ТУК швидкісного накатного судна типу "Капитан Смирнов"
показано на рис. 14.9. Цю установку скомпоновано з двох агрегатів
М25, кожний з яких включає реверсивний ГТД, теплоутилізаційний
котел, парову турбіну з конденсаційною установкою та об'єднуваль-
ну редукторну передачу. Кожний агрегат розвиває потужність
18,4 МВт за частоти обертання валопроводу 130 об/хв.
Особливістю ГТД з ТУК є агрегатування допоміжного облад-
нання. Усі агрегати, що обслуговують ГТД, розміщено у трюмі МВ
та огороджено спеціальним звукоізолюючим кожухом з метою зни-
ження шуму у МВ до прийнятих меж. Утилізаційний паровий котел
розташований над ГТД та з'єднаний з ним конденсатором.
У трюмі МВ між лініями валопроводів установлено агрегати
системи паливопідготовки, включаючи потужну установку для про-
мивання високов'язкого палива.
Допоміжні комплекси (котельну установку, випарну та компре-
сорну установку, а також суднову електростанцію) розміщено на
першій платформі МВ. Суднова електростанція включає три авто-
матизованих ДГ та два УТГ потужністю по 1000 кВт кожний. Аварій-
ний ДГ розташовано у спеціальному приміщенні на верхній палубі.
Головна ГТУ, допоміжні комплекси і системи автоматизовані
та управляються з навігаційної рубки та ЦПУ, розташованого у кор-
мовій частині МВ на рівні головної палуби.
315
316
в
Рис.14.8. Схема розташування основного устаткування ПТУ
танкерів типу ''Крим”:
а - поздовжній розріз; б - план трюму; в - план платформи; 1 - вало-
провід та МЗВ ГРВ; 2 - ГУП; 3 - ГТЗА; 4 - головний циркуляційний на-
сос; 5 - головні конденсатні насоси; 6 - головний живильний насос (на-
вішаний на ГТЗА); 7 - валогенератор; 8 - випарник брудних конденса-
торів; 9 - цистерна котельної води; 10 - головний котел; 11 - деаератор;
12 - підігрівники живильної води; 13 - шахта ліфта; 14 - ЦПУ; 15 - тур-
богенератор; 16-турбоприводи вантажних насосів; 17-цистерна цирку-
ляційного масла; 18 - цистерни баласту; 19 - допоміжний котел; 20 - ви-
тратні цистерни котельного палива; 21 - турбоживильні насоси; 22 - ви-
тратна цистерна дизельного палива
Рис. 14.9. Схема розташування основного устаткування ГТУ з ТУК суден типу "Капитан Смирнов":
а - поздовжній розріз; б,в - план трюму та платформи; г - поперечний розріз (див. у ніс); 1 - ДГ; 2 - УТГ; 3 - глушник -
іскрогасник ДГ; 4 - ЦПУ; 5 - УК; б - шахта газовипуску; 7 - шахта подачі повітря для горіння; 8 - сепаратор пари; 9 -
циркуляційний насос конденсатора утилізаційної парової турбіни; 10 - сточно-циркуляційна цистерна масла редукторів;
11 -агрегат мийної установки системи паливопідготовки; 12 -агрегат сепарації легкого палива і масла; 13-- маслоохолод-
ники редукторів ГТД; 14 - сепаратор льяльних вод; 15 - ГТД; 16 - утилізаційна парова турбіна; 17 - агрегат масляних
насосів редукторів; 18 - випарна установка; 19 - механічна майстерня; 20 - ДК; 21 - електрокомпресори; 22 - балони
стиснутого повітря; 23 - звукоізолюючий кожух
Контрольні завдання та питання
1. Проаналізуйте початкові дані для вибору типу СЕУ.
2. Сформулюйте основні вимоги, які ставляться перед проектантами СЕУ.
3. Як проводиться вибір типу, складу та основних параметрів СЕУ?
4. Обґрунтуйте вибір варіантів СЕУ для найбільш поширених класів морських
суден: танкерів; контейнеровозів та ролкерів; газовозів; пасажирських; па-
ромів; рибопромислових; криголамів.
5. Скільки варіантів розташування приміщень енергетичних установок по дов-
жині судна застосовуються у морській практиці? Назвіть їх.
6. Розташування головних і допоміжних механізмів СЕУ та їх елементів повин-
но відповідати певним вимогам. Обґрунтуйте їх для: головних ДВЗ та ДРА;
головних турбозубчастих агрегатів; головних, допоміжних та утилізаційних
парових котлів; дизель-генераторів СЕС; аварійних дизель-генераторів; тру-
бопроводів; паропроводів; насосів різних типів та призначення; паливних
цистерн.
7. Де розміщуються та чим обладнані центральні пости управління? Як підпо-
рядковуються між собою ЦПУ та місцеві пости управління?
8. Викладіть основні принципи площинного масштабного проектування при
розробці розміщення СЕУ.
9. В чому полягають основні положення агрегатування як метода компонуван-
ня насичення машинного відділення судна?
10. Дайте характеристику основних монтажних одиниць, у які об'єднується
устаткування СЕУ.
11. Що є вихідним документом під час проектування СЕУ блочним методом?
12. Яка послідовність основних етапів при об'ємному проектуванні розміщен-
ня СЕУ в МВ?
13. Які принципи компонування складально-монтажних одиниць передбача-
ються агрегатуванням?
14. Якими чинниками обумовлюється оптимальна компоновка агрегату в МВ?
15. Назвіть рівні декомпозиції, на які розбивається задача компонування МВ
судна при проектуванні за допомогою ЕОМ.
16. Викладіть основні етапи побудови креслення плану машинного відділення
за допомогою комп'ютера.
17. Покажіть різницю у розміщенні устаткування у МВ на морських та річко-
вих суднах.
18. На прикладі схеми розташування енергетичного устаткування у МВ судна
поясніть основні положення компоновки дизельних; паротурбінних; газо-
турбінних енергетичних установок.
ДОДАТОК 1
Таблиця ІД. Параметри МОД фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн"
Марка Ре, 8е, г/(кВтх хгод) £ В Н С,т £> 5
кВт хв 1 бар ММ ММ
4826МС 1600 250 18,4 179 3242 1880 4825 29 260 980
5826МС 2000 250 18,4 179 3732 1880 4825 34 260 980
6826МС 2400 250 18,4 179 4222 1880 4825 40 260 980
7826МС 2800 250 18,4 179 4712 1880 4825 46 260 980
8826МС 3200 250 18,4 179 5202 1880 4825 51 260 980
9826МС 3600 250 18,4 179 5692 1880 4825 57 260 980
10826МС 4000 250 18,4 179 6577 1880 4825 68 260 980
11826МС 4400 250 18,4 179 7067 1880 4825 73 260 980
12826МС 4800 250 18,4 179 7557 1880 4825 79 260 980
4Б35МС 2600 210 18,4 177 3574 1980 5175 50 350 1050
5Б35МС 3250 210 18,4 177 4174 1980 5175 58 350 1050
6Б35МС 3900 210 18,4 177 4774 1980 5175 67 350 1050
7Б35МС 4550 210 18,4 177 5374 1980 5175 75 350 1050
8Б35МС 5200 210 18,4 177 5974 1980 5175 83 350 1050
9Б35МС 5850 210 18,4 177 6574 1980 5175 92 350 1050
10Б35МС 6500 210 18,4 177 7809 1980 5175 108 350 1050
11Б35МС 7175 210 18,4 177 8409 1980 5175 118 350 1050
12Е35МС 7800 210 18,4 177 9009 1980 5175 126 350 1050
4835МС 2960 170 18,4 178 3609 2200 6425 56 350 1400
5835МС 3700 170 18,4 178 4209 2200 6425 64 350 1400
6835МС 4440 170 18,4 178 4809 2200 6425 74 350 1400
7835МС 5180 170 18,4 178 5409 2200 6425 83 350 1400
8835МС 5920 170 18,4 178 6009 2200 6425 92 350 1400
9835МС 6660 170 18,4 178 6609 2200 6425 102 350 1400
10835МС 7400 170 18,4 178 7809 2200 6425 120 350 1400
11835МС 8140 170 18,4 178 8409 2200 6425 130 350 1400
12835МС 8880 170 18,4 178 9009 2200 6425 139 350 1400
4Е42МС 3980 176 18,0 177 4829 2460 6700 95 420 1360
5Е42МС 4975 176 18,0 177 5577 2460 6700 110 420 1360
6Е42МС 5970 176 18,0 177 6325 2460 6700 125 420 1360
7Е42МС 6965 176 18,0 177 7073 2460 6700 143 420 1360
8Е42МС 7960 176 18,0 177 7821 2460 6700 158 420 1360
9Е42МС 8955 176 18,0 177 8569 2460 6700 176 420 1360
1042МС 9950 176 18,0 177 10065 2460 6700 210 420 1360
11Е42МС 10945 176 18,0 177 10813 2460 6700 229 420 1360
12Е42МС 11940 176 18,0 177 11561 2460 6700 244 420 1360
319
Продовж. табл.ІД
Марка Ре, 8е, г/(кВтх хгод) £ В Н С,т £> 5
кВт -1 хв бар мм ММ
4842МС 4100 136 18,0 174 4829 2740 8125 107 420 1650
5842МС 5125 136 18,0 174 5577 2740 8125 124 420 1650
6842МС 6150 136 18,0 174 6325 2740 8125 142 420 1650
7842МС 7175 136 18,0 174 7073 2740 8125 159 420 1650
8842МС 8200 136 18,0 174 7821 2740 8125 175 420 1650
9842МС 9225 136 18,0 174 8569 2740 8125 194 420 1650
10842МС 10250 136 18,0 174 10065 2740 8125 230 420 1650
11842МС 11275 136 18,0 174 10813 2740 8125 247 420 1650
12842МС 12300 136 18,0 174 11561 2740 8125 267 420 1650
4846МС 5240 129 19,0 174 4659 2924 8575 139 460 1932
5846МС 6550 129 19,0 174 5441 2924 8575 159 460 1932
6846МС 7860 129 19,0 174 6223 2924 8575 178 460 1932
7846МС 9170 129 19,0 174 7005 2924 8575 199 460 1932
8846МС 10480 129 19,0 174 7787 2924 8575 219 460 1932
4Е50МС 5320 148 17,0 173 5615 2710 7825 168 500 1620
5Е50МС 6650 148 17,0 173 6505 2710 7825 193 500 1620
6Е50МС 7980 148 17,0 173 7395 2710 7825 220 500 1620
7Е50МС 9310 148 17,0 173 8285 2710 7825 249 500 1620
8Е50МС 10640 148 17,0 173 9175 2710 7825 276 500 1620
4850МХ 5720 127 18,0 171 5712 2950 8800 176 500 1910
5850МХ 7150 127 18,0 171 6602 2950 8800 200 500 1910
6850МХ 8580 127 18,0 171 7492 2950 8800 231 500 1910
7850МХ 10010 127 18,0 171 8382 2950 8800 255 500 1910
8850МХ 11440 127 18,0 171 9272 2950 8800 288 500 1910
4850МС-С 6320 127 19,0 171 5035 3150 8900 160 500 2000
5850МС-С 7900 127 19,0 171 5875 3150 8900 186 500 2000
6850МС-С 9480 127 19,0 171 6715 3150 8900 212 500 2000
7850МС-С 11060 127 19,0 171 7555 3150 8900 238 500 2000
8850МС-С 12640 127 19,0 171 8395 3150 8900 273 500 2000
4Е60МС 7680 123 17,0 171 6311 3228 9300 280 600 1944
5Е60МС 9600 123 17,0 171 7379 3228 9300 328 600 1944
6Е60МС 11520 123 17,0 171 8447 3228 9300 353 600 1944
7Е60МС 13440 123 17,0 171 9515 3228 9300 407 600 1944
8Е60МС 15360 123 17,0 171 10583 3228 9300 451 600 1944
320
Продовж. табл.ІД
Марка Ре, 8е, г/(кВтх хгод) £ В Н С,т £> 5
кВт -1 хв бар ММ ММ
4860МС 8160 105 18,0 170 6587 3478 10500 284 600 2292
5860МС 10200 105 18,0 170 7655 3478 10500 330 600 2292
6860МС 12240 105 18,0 170 8723 3478 10500 381 600 2292
7860МС 14280 105 18,0 170 9791 3478 10500 422 600 2292
8860МС 16320 105 18,0 170 10583 3478 10500 470 600 2292
4860МС-С 9020 105 19,0 170 5971 3768 10825 273 600 2400
5860МС-С 11275 105 19,0 170 6979 3768 10825 324 600 2400
6860МС-С 13530 105 19,0 170 7987 3768 10825 368 600 2400
7860МС-С 15785 105 19,0 170 8995 3768 10825 410 600 2400
8860МС-С 18040 105 19,0 170 10003 3768 10825 467 600 2400
4Е70МС Мкб 11320 108 18,0 174 7419 3842 10850 396 700 2268
5Е70МС Мкб 14150 108 18,0 174 8665 3842 10850 461 700 2268
6Е70МС Мкб 16980 108 18,0 174 9911 3842 10850 537 700 2268
7Е70МС Мкб 19810 108 18,0 174 11157 3842 10850 592 700 2268
8Е70МС Мкб 22640 108 18,0 174 12403 3842 10850 667 700 2268
4870МС 11240 91 18,0 169 7735 4250 12225 430 700 2674
5870МС 14050 91 18,0 169 8981 4250 12225 509 700 2674
6870МС 16860 91 18,0 169 10227 4250 12225 578 700 2674
7870МС 19670 91 18,0 169 11473 4250 12225 648 700 2674
8870МС 22480 91 18,0 169 12719 4250 12225 722 700 2674
4870МС-С 12420 91 19,0 169 6966 4396 12550 423 700 2800
5870МС-С 15525 91 19,0 169 8142 4396 12550 495 700 2800
6870МС-С 18630 91 19,0 169 9318 4396 12550 569 700 2800
7870МС-С 21735 91 19,0 169 10494 4396 12550 624 700 2800
8870МС-С 24840 91 19,0 169 11670 4396 12550 704 700 2800
4Е80МС 14560 93 17,0 174 8394 4388 12400 595 800 2592
5Е80МС 18200 93 17,0 174 9818 4388 12400 696 800 2592
6Е80МС 21840 93 17,0 174 11242 4388 12400 806 800 2592
7Е80МС 25480 93 17,0 174 12666 4388 12400 864 800 2592
8Е80МС 29120 93 17,0 174 14090 4388 12400 974 800 2592
9Е80МС 32760 93 17,0 174 16584 4388 12400 1120 800 2592
10Е80МС 36400 93 17,0 174 18008 4388 12400 1218 800 2592
11Е80МС 40040 93 17,0 174 19432 4388 12400 1339 800 2592
12Е80МС 43680 93 17,0 174 20856 4388 12400 1440 800 2592
321
21-341
Продовж. табл.ІД
Марка Ре, 8е, г/(кВтх хгод) £ В Н С,т £> 5
кВт хв 1 бар ММ ММ
6К80МС-С 21660 104 18,0 174 11154 4088 11475 774 800 2300
7К80МС-С 25270 104 18,0 174 12578 4088 11475 875 800 2300
8К80МС-С 28880 104 18,0 174 14002 4088 11475 984 800 2300
9К80МС-С 32490 104 18,0 174 15426 4088 11475 1101 800 2300
10К80МС-С 36100 104 18,0 174 17900 4088 11475 1202 800 2300
11К80МС-С 39710 104 18,0 174 19324 4088 11475 1302 800 2300
12К80МС-С 43320 104 18,0 174 20748 4088 11475 1423 800 2300
4880МС 15360 79 18,0 167 8931 4824 14050 657 800 3056
5880МС 19200 79 18,0 167 10355 4824 14050 777 800 3056
6880МС 23040 79 18,0 167 11779 4824 14050 885 800 3056
7880МС 26880 79 18,0 167 12556 4824 14050 996 800 3056
8880МС 30720 79 18,0 167 13980 4824 14050 1105 800 3056
9880МС 34560 79 18,0 167 16901 4824 14050 1223 800 3056
6Е90МС-С 29340 83 17,0 167 12700 4936 13875 1077 900 2916
7Е90МС-С 34230 83 17,0 167 15537 4936 13875 1279 900 2916
8Е90МС-С 39120 83 17,0 167 17139 4936 13875 1446 900 2916
9Е90МС-С 44010 83 17,0 167 18741 4936 13875 1589 900 2916
10Е90МС-С 48900 83 17,0 167 20343 4936 13875 1734 900 2916
11Е90МС-С 53790 83 17,0 167 21945 4936 13875 1877 900 2916
12Е90МС-С 58680 83 17,0 167 23547 4936 13875 2038 900 2916
4К90МС 18280 94 18,0 171 9496 4936 14100 787 900 2550
5К90МС 22950 94 18,0 171 11098 4936 14100 932 900 2550
6К90МС 27420 94 18,0 171 12706 4936 14100 1074 900 2550
7К90МС 31990 94 18,0 171 14302 4936 14100 1272 900 2550
8К90МС 36560 94 18,0 171 17139 4936 14100 1411 900 2550
9К90МС 41130 94 18,0 171 18741 4936 14100 1553 900 2550
10К90МС 45700 94 18,0 171 20343 4936 14100 1700 900 2550
11К90МС 50270 94 18,0 171 21945 4936 14100 1840 900 2550
12К90МС 54840 94 18,0 171 23547 4936 14100 1980 900 2550
6К90МС-С 27360 104 18,0 171 12865 4286 12125 986 900 2300
7К90МС-С 31920 104 18,0 171 14615 4286 12125 1106 900 2300
8К90МС-С 36480 104 18,0 171 17605 4286 12125 1253 900 2300
9К90МС-С 41040 104 18,0 171 19355 4286 12125 1415 900 2300
10К90МС-С 45600 104 18,0 171 20060 4286 12125 1561 900 2300
11К90МС-С 50160 104 18,0 171 21662 4286 12125 1686 900 2300
12К90МС-С 54720 104 18,0 171 23264 4286 12125 1828 900 2300
322
Продовж. табл.ІД
Марка кВт хв 1 Ре, бар 8е, г/(кВтх хгод) £ В Н С,т £> 5
ММ м м
6890МС-С 29340 76 18,0 167 12675 4936 15000 1093 900 3188
7890МС-С 34230 76 18,0 167 14070 4936 15000 1297 900 3188
6К98МС 34320 94 18,2 171 12865 4640 13000 1280 980 2400
7К98МС 40040 94 18,2 171 12615 4640 13000 1440 980 2400
8К98МС 45760 94 18,2 171 17605 4640 13000 1600 980 2400
9К98МС 51390 94 18,2 171 19355 4640 13000 1760 980 2400
10К98МС 57100 94 18,2 171 21105 4640 13000 1945 980 2400
11К98МС 62810 94 18,2 171 22855 4640 13000 2110 980 2400
12К98МС 68520 94 18,2 171 24605 4640 13000 2270 980 2400
6К98МС-С 34260 104 18,2 171 12865 4370 12425 1245 980 2400
7К98МС-С 39970 104 18,2 171 14615 4370 12425 1405 980 2400
8К98МС-С 45680 104 18,2 171 17605 4370 12425 1565 980 2400
9К98МС-С 51390 104 18,2 171 19355 4370 12425 1725 980 2400
10К98МС-С 57100 104 18,2 171 21105 4370 12425 1906 980 2400
11К98МС-С 62810 104 18,2 171 22855 4370 12425 2067 980 2400
12К98МС-С 68520 104 18,2 171 24605 4370 12425 2227 980 2400
Таблиця 2Д. Параметри МОД фірми "Вяртсіля Нью Зульцер дизель"
Марка д, кВт хв 1 Ре, бар 8е, г/(кВтх хгод) £ їв н С,т £>
ММ IV їм
4КТА38 2720 196 16,7 181 3645 2300 6130 75 380 1100
5КТА38 3400 196 16,7 181 4325 2300 6130 90 380 1100
6КТА38 4080 196 16,7 181 5005 2300 6130 100 380 1100
7КТА38 4760 196 16,7 181 5685 230 6130 115 380 1100
8КТА38 5140 196 16,7 181 6365 2300 6130 125 380 1100
9КТА38 6120 196 16,7 181 7045 2300 6130 140 380 1100
4КТА48 4360 154 16,8 178 4745 2700 7945 155 480 1400
5КТА48 5450 154 16,8 178 5655 2700 7945 180 480 1400
6КТА48 6540 154 16,8 178 6565 2700 7945 205 480 1400
7КТА48 7630 154 16,8 178 7475 2700 7945 235 480 1400
8КТА48 8720 154 16,8 178 8385 2700 7945 260 480 1400
9КТА48 9810 154 16,8 178 9295 2700 7945 285 480 1400
323
21*
Продовж. табл.2Д
Марка кВт хв 1 Ре, бар 8е, г/(кВтх хгод) £ їв н С,т П
ММ IV [М
5КТА48Т 6800 124 18,2 171 4946 3170 9034 170 480 2000
6КТА48Т 8160 124 18,2 171 5780 3170 9034 195 480 2000
7КТА48Т 9520 124 18,2 171 6614 3170 9034 220 480 2000
8КТА48Т 10880 124 18,2 171 7448 3170 9034 245 480 2000
5КТА48Т-В 7275 127 19,0 171 4929 3170 9034 171 480 2000
6КТА48Т-В 8730 127 19,0 171 5763 3170 9034 196 480 2000
7КТА48Т-В 10185 127 19,0 171 6597 3170 9034 221 480 2000
8КТА48Т-В 11640 127 19,0 171 7431 3170 9034 247 480 2000
4КТА52 5680 130 17,1 174 4685 3030 7480 180 520 1800
5КТА52 7100 130 17,1 174 5605 3030 7480 210 520 1800
6КТА52 8520 130 17,1 174 6525 3030 7480 240 520 1800
7КТА52 9940 130 17,1 174 7445 3030 7480 270 520 1800
8КТА52 11360 130 17,1 174 8365 3030 7480 300 520 1800
4КТА5211 6240 135 18,1 174 4685 3030 7480 180 520 1800
5КТА5211 7800 135 18,1 174 5605 3030 7480 210 520 1800
6КТА5211 9360 135 18,1 174 6525 3030 7480 240 520 1800
7КТА5211 10920 135 18,1 174 7445 3030 7480 270 520 1800
8КТА5211 12480 135 18,1 174 8365 3030 7480 300 520 1800
5КТА58Т 10000 130 18,3 170 5968 3820 10810 280 580 2416
6КТА58Т 12000 130 18,3 170 6974 3820 10810 320 580 2416
7КТА58Т 14000 130 18,3 170 7980 3820 10810 360 580 2416
8КТА58Т 16000 130 18,3 170 8996 3820 10810 405 580 2416
5КТА58Т-В 10625 105 18,3 170 5940 3820 10810 281 580 2416
6КТА58Т-В 12750 105 18,3 170 6946 3820 10810 322 580 2416
7КТА58Т-В 14875 105 18,3 170 7952 3820 10810 362 580 2416
8КТА58Т-В 17000 105 18,3 170 8958 3820 10810 407 580 2416
4КТА62 8120 109 17,2 173 5544 3560 10630 285 620 2150
5КТА62 10150 109 17,2 173 6644 3560 10630 330 620 2150
6КТА62 12180 109 17,2 173 7744 3560 10630 380 620 2150
7КТА62 14210 109 17,2 173 8844 3560 10630 430 620 2150
8КТА62 16240 109 17,2 173 9944 3560 10630 480 620 2150
4КТА6211 8880 113 18,2 173 5544 3560 10630 285 620 2150
5КТА6211 11100 113 18,2 173 6644 3560 10630 330 620 250
6КТА6211 13320 113 18,2 173 7744 3560 1030 380 620 2150
7КТА6211 15540 113 18,2 173 8844 3560 10630 430 620 2150
8КТА6211 17760 113 18,2 173 9944 3560 10630 480 620 2150
324
Продовж. табл.2Д
Марка кВт хв 1 Ре, бар 8е, г/(кВтх хгод) £ їв н С,т П
ММ IV [М
5КТА6211-В 11425 115 18,4 173 6457 3560 10630 320 620 2150
6КТА6211-В 13710 115 18,4 173 7557 3560 10630 370 620 2150
7КТА6211-В 15955 115 18,4 173 8657 3560 10630 420 620 2150
8КТА6211-В 18280 115 18,4 173 9757 3560 10630 470 620 2150
5КТА68Т-В 14700 94 19,0 169 6960 4300 12590 412 680 2720
6КТА68Т-В 17640 94 19,0 169 8140 4300 12590 472 680 2720
7КТА68Т-В 20580 94 19,0 169 9320 4300 12590 533 680 2720
8КТА68Т-В 23520 94 19,0 169 10500 4300 12590 593 680 2720
4КТА72 10960 94 17,2 171 6485 4090 12260 430 720 2500
5КТА72 13700 94 17,2 171 7775 4090 12260 500 720 2500
6КТА72 16440 94 17,2 171 9065 4090 12260 580 720 2500
7КТА72 19180 94 17,2 171 10355 4090 12260 555 720 2500
8КТА72 21920 94 17,2 171 11645 4090 12260 730 720 2500
4КТА7211 11960 97 18,2 171 6485 4090 12260 430 720 2500
5КТА7211 14950 97 18,2 171 7775 4090 12260 50 720 2500
6КТА7211 17940 97 18,2 171 9065 4090 12260 580 720 2500
7КТА7211 20930 97 18,2 171 10355 4090 12260 655 720 2500
8КТА7211 23920 97 18,2 171 11645 4090 12260 730 720 2500
5КТА7211-В 15400 99 18,3 171 7549 4070 12260 485 720 2500
6КТА7211-В 18480 99 18,3 171 8839 4070 12260 565 720 2500
7КТА7211-В 21560 99 18,3 171 10129 4070 12260 640 720 2500
8КТА7211-В 24640 99 18,3 171 11419 4070 12260 715 720 2500
4КТА76 11480 104 16,6 173 7215 4100 12890 460 760 2200
5КТА76 14350 104 16,6 173 8665 4100 12890 565 760 2200
6КТА76 17220 104 16,6 173 10115 4100 12890 670 760 2200
7КТА76 20090 104 16,6 173 11565 4100 12890 775 760 2200
8КТА76 22960 104 16,6 173 13015 4100 12890 880 760 2200
9КТА76 25830 104 16,6 173 15400 4100 12890 1010 760 2200
10КТА76 28700 104 16,6 173 16850 4100 12890 1115 760 2200
12КТА76 34440 104 16,6 173 19750 4100 12890 1325 760 2200
4КТА84М 14920 81 17,2 170 7880 4680 14527 700 840 2900
5КТА84М 18650 81 17,2 170 9480 4680 14527 820 840 2900
6КТА84М 22380 81 17,2 170 11080 4680 14527 940 840 2900
7КТА84М 26110 81 17,2 170 12680 4680 14527 1060 840 2900
8КТА84М 29840 81 17,2 170 15280 4680 14527 1230 840 2900
9КТА84М 33570 81 17,2 170 16880 4680 14527 1360 840 2900
10КТА84М 37300 81 17,2 170 18480 4680 14527 1490 840 2900
12КТА84М 44760 81 17,2 170 21680 4680 14527 1720 840 2900
325
Продовж. табл.2Д
Марка д, кВт хв 1 Ре, бар 8е, г/(кВтх хгод) £ їв н С,т £>
ММ IV їм
5КТА84Т 19400 74 18,0 168 8890 5000 14633 740 840 3150
6КТА84Т 23280 74 18,0 168 10390 5000 14633 860 840 3150
7КТА84Т 27160 74 18,0 168 11890 5000 14633 990 840 3150
8КТА84Т 31040 74 18,0 168 14390 5000 14633 1140 840 3150
9КТА84Т 34920 74 18,0 168 15890 5000 14633 1260 840 3150
4КТА84С 16200 102 17,9 171 7880 4320 13520 630 840 2400
5КТА84С 20250 102 17,9 171 9480 4320 13520 740 840 2400
6КТА84С 24300 102 17,9 171 11080 4320 13520 850 840 2400
7КТА84С 28350 102 17,9 171 12680 4320 13520 960 840 2400
8КТА84С 32400 102 17,9 171 15280 4320 13520 1110 840 2400
9КТА84С 36450 102 17,9 171 16880 4320 13520 1230 840 2400
10КТА84С 40500 102 17,9 171 18480 4320 13520 1350 840 2400
11КТА84С 44550 102 17,9 171 20080 4320 13520 1460 840 2400
12КТА84С 48600 102 17,9 171 21680 4320 13520 1570 840 2400
6КТА96С 32940 100 18,2 171 11564 4480 13549 1150 960 2500
7КТА96С 38430 100 18,2 171 13244 4480 13549 1280 960 2500
8КТА96С 43920 100 18,2 171 15834 4480 13549 1460 960 2500
9КТА96С 49410 100 18,2 171 17514 4480 13549 1600 960 2500
10КТА96С 54900 100 18,2 171 19194 4480 13549 1740 960 2500
11КТА96С 60390 100 18,2 171 20874 4480 13549 1890 960 2500
12КТА96С 65880 100 18,2 171 22554 4480 13549 2030 960 2500
Таблиця ЗД. Параметри МОД фірми "Міцубісі хеві індастріес"
Марка д, кВт -1 хв Ре, бар 8е, г/(кВтх хгод) £ в \н С,т £> | 5
ММ ММ
411ЕС37ЕА 2060 210 15,5 175 4290 1900 4590 54 370 880
511ЕС37ЕА 2570 210 15,5 175 4950 1900 4590 65 370 880
611ЕС37ЕА 3090 210 15,5 175 5610 1900 4590 75 370 880
711ЕС37ЕА 3600 210 15,5 175 6395 1900 4590 86 370 880
811ЕС37ЕА 4120 210 15,5 175 7055 1900 4590 97 370 880
411ЕС45ЕА 3530 158 15,6 170 4625 2560 6240 111 450 1350
511ЕС45ЕА 4410 158 15,6 170 5445 2560 6240 133 450 1350
611ЕС45ЕА 5300 158 15,6 170 6265 2560 6240 155 450 1350
711ЕС45ЕА 6180 158 15,6 170 7085 2560 6240 178 450 1350
811ЕС45ЕА 7060 158 15,6 170 7905 2560 6240 200 450 1350
326
Продовж. табл.ЗД
Продовж. табл.ЗД
Марка кВт хв 1 Ре, бар 8е, г/(кВтх хгод) £ в ін С,т П | 5
ММ ММ
411ЕС50Е8ІІ 5500 124 17,4 167 4702 3100 7302 136 500 1950
511ЕС50Е8ІІ 6880 124 17,4 167 5582 3100 7302 163 500 1950
611ЕС50Е8ІІ 8250 124 17,4 167 6462 3100 7302 190 500 1950
711ЕС50Е8ІІ 9630 124 17,4 167 7342 3100 7302 217 500 1950
811ЕС50Е8ІІ 11000 124 17,4 167 8222 3100 7302 244 500 1950
911ЕС50Е8ІІ 12380 124 17,4 167 9102 3100 7302 271 500 1950
411ЕС60Е8П 7940 105 17,5 166 5600 3660 8593 222 600 2300
511ЕС60Е8ІІ 9930 105 17,5 166 6656 3660 8593 266 600 2300
611ЕС60Е8ІІ 11920 105 17,5 166 7712 3660 8593 310 600 2300
711ЕС60Е8П 13900 105 17,5 166 8768 3660 8593 354 600 2300
811ЕС60Е8П 15890 105 17,5 166 9824 3660 8593 398 600 2300
411ЕС75Е8ІІ 11770 84 17,0 165 7000 4460 10430 436 750 2800
511ЕС75Е8ІІ 14710 84 17,0 165 8320 4460 10430 523 750 2800
611ЕС75Е8ІІ 17650 84 17,0 165 9640 4460 10430 610 750 2800
711ЕС75Е8ІІ 20590 84 17,0 165 10960 4460 10430 697 750 2800
811ЕС75Е8ІІ 23540 84 17,0 165 12280 4460 10430 784 750 2800
911ЕС75Е8ІІ 26480 84 17,0 165 14520 4460 10430 903 750 2800
1011ЕС75Е8ІІ 29420 84 17,0 165 15840 4460 10430 990 750 2800
1211ЕС75Е8ІІ 35300 84 17,0 165 18480 4460 10430 1164 750 2800
511ЕС85Е8ІІ 17310 76 17,0 163 9429 5000 11748 736 850 3150
611ЕС85Е8ІІ 23170 76 17,0 163 10925 5000 11748 859 850 3150
711ЕС85Е8ІІ 27030 76 17,0 163 12241 5000 11748 980 850 3150
811ЕС85Е8ІІ 30890 76 17,0 163 14960 5000 11748 1147 850 3150
911ЕС85Е8ІІ 34750 76 17,0 163 16456 5000 11748 1269 850 3150
1011ЕС85Е8ІІ 38610 76 17,0 163 17952 5000 11748 1391 850 3150
1211ЕС85Е8ІІ 46340 76 17,0 163 20944 5000 11748 1635 850 3150
511ЕС85Е8С 19490 102 17,1 165 9429 4230 10111 676 850 2360
611ЕС85Е8С 23390 102 17,1 165 10925 4230 10111 787 850 2360
711ЕС85Е8С 27290 102 17,1 165 12241 4230 10111 899 850 2360
811ЕС85Е8С 31190 102 17,1 165 14960 4230 10111 1052 850 2360
911ЕС85Е8С 35080 102 17,1 165 16456 4230 10111 1164 850 2360
1011ЕС85Е8С 38980 102 17,1 165 17952 4230 10111 1275 850 2360
12УЕС85Е8С 46780 102 17,1 165 20944 4230 10111 1499 850 2360
328
329
Таблиця 4Д. Параметри пропульсивних установок Рго Рас з МОД фірми "Вяртсіля НСВ"
Тип двигуна Кількість циліндрів Потужність, кВт Частота обертання гребного гвинта, хв Діаметр гвинта, м Габаритні розміри,мм Маса ПК (без двигуна), кг
У Лпіп -^гпіп О А
КТА48 5 5450 154 4,3...4,5 1755 3300 2500 5655 16600
6 6540 154 4,5...4,7 1870 3400 2500 6565 20100
7 7630 154 4,6...4,8 1972 3600 2500 7475 22400
8 8720 154 4,7...4,9 1972 3700 2500 8385 23900
9 9810 154 4,8...5,0 1972 3800 2750 9295 29300
КТА48-В 5 7275 127 5,1...5,3 2210 3700 2500 4929 24400
6 8730 127 5,3...5,5 2210 3800 2800 5763 31300
7 10185 127 5,3...5,6 2210 4000 2850 6597 33400
8 11640 127 5,5...5,8 2420 4200 3150 7431 40200
В.ТА5211-В 5 8000 137 5,0...5,2 2210 3700 2750 5605 28600
6 9600 137 5,1...5,3 2210 3800 2800 6525 30900
7 11200 137 5,3...5,5 2210 4000 2850 7445 33900
8 12800 137 5,3...5,6 2420 4200 3150 8365 40200
КТА58Т-В 5 10625 105 6,1...6,4 2420 4300 3200 5940 43100
6 12750 105 6,3...6,6 2585 4500 3250 6946 52600
7 14875 105 6,5...6,8 2585 4600 3300 7952 56700
8 17000 105 6,7...7,0 2815 3000 4800 3400 8958 68300
В.ТА6211-В 5 11425 115 5,8...6,1 2420 4300 3200 6457 42400
6 13710 115 6,1...6,4 2585 4500 3250 7557 52100
7 15995 115 6,2...6,5 2585 4600 3300 8657 55800
8 18280 115 6,3...6,6 2815 4800 3400 9757 66500
КТА68Т 5 14700 94 6,8...7,1 2585 4800 3400 6980 60400
6 17640 94 7,1...7,4 2815 5000 3500 8140 74100
7 20580 94 7,3..7,6 2935 5300 3550 9320 86900
8 23520 94 7,5..7,8 2935 5400 3650 10500 92800
Продовж. табл.4Д
330
Тип двигуна Кількість циліндрів Потужність, кВт Частота обертання гребного гвинта, хв Діаметр гвинта, м Габаритні розміри,мм Маса ПК (без двигуна), кг
У Лпіп ТГ -^тіп С А
КТА721І-В 5 15400 99 6,7...7,0 2585 4800 3400 7549 60200
6 18480 99 6,9...7,2 2815 5000 3500 8839 72900
7 21560 99 7,2...7,5 2935 5200 3550 10129 86600
8 24640 99 7,4...7,7 2935 3000 5400 3650 11419 92500
КТА84С 4 18800 102 6,7...7,0 2585 4900 3400 7880 62300
5 20500 102 6,9...7,2 2815 5200 3500 9480 58300
6 24300 102 7,2...7,5 2935 5500 3600 11080 89800
7 28350 102 7,4...7,7 2935 5700 3700 12680 98700
331
Таблиця 5Д. Параметри пропульсивних установок з МОД фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн"
Тип двигуна Кількість циліндрів Потужність, кВт Частота обертання гвинта, хв-1 Діаметр гвинта, мм Габаритні розміри, мм Маса пропульсивного комплексу (без двигуна), кг
У Н
826МС 5 2000 250 2750 1224 1940 6400
6 2400 250 2850 1224 1940 7200
7 2800 250 2950 1390 1970 8500
8 3200 250 3050 1390 1970 9300
835МС 5 3500 170 3750 1551 2040 11400
6 4200 170 3950 1625 2040 15400
7 4900 170 4100 1625 2040 16000
8 5600 170 4250 1625 2140 16400
12 8400 170 4660 2010 2200 24000
Ь42МС 6 5970 176 4200 1840 2140 16400
8 7900 176 4500 2010 2200 23100
10 9950 176 4800 2145 2200 26200
12 11940 176 4900 2145 2270 30500
850МС-С 5 7900 127 5200 2145 2270 29100
6 9480 127 5450 2145 2350 32100
7 11060 127 5650 2265 2350 35500
8 12640 127 5850 2415 2350 39900
ЬбОМС 4 7680 123 5200 2261 2651 29500
5 9600 123 5500 2270 2676 34500
6 11520 123 5750 2417 2676 39900
7 13440 123 5950 2425 2919 44200
8 15360 123 6150 2616 2976 53200
860МС 5 11275 105 6150 2425 2919 43500
6 13530 105 6450 2616 2976 53300
Таблиця 6Д. Параметри СОД фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн"
Марка 77, Ре, §Є’ г/(кВтх хгод) Ь В Н С,т /) 5
кВт хв 1 бар ММ ММ
5Ь16/24 500 1200 20,7 205 2745 1000 2175 6,5 160 240
6ІД 6/24 600 1200 20,7 205 3020 1000 2175 7,6 160 240
7Ь16/24 700 1200 20,7 205 3295 1000 2215 8,2 160 240
8Ь16/24 800 1200 20,7 205 3570 1000 2215 8,6 160 240
9Ь16/24 900 1200 20,7 205 3845 1000 2215 9,4 160 240
6Е23/30А-Е 800 825 18,0 192 3737 1628 2467 Н,5 225 300
6Е23/30А-Е 960 900 18,0 194 3737 1628 2467 Н,5 225 300
8Е23/30А-Е 1280 900 18,0 194 4477 1628 2467 14,0 225 300
12Е23/30А-Е 1920 900 18,0 195 4670 1757 2615 17,5 225 300
6Е27/38 2040 800 18,0 188 4900 2037 3435 30,0 270 380
7Е27/38 2380 800 18,0 188 5500 2092 3435 33,5 270 380
8Е27/38 2720 800 18,0 188 5950 2092 3630 37,0 270 380
9Е27/38 3060 800 18,0 188 6395 2092 3630 40,5 270 380
6Е28/32А 1470 775 18,0 192 5330 1732 3186 19,0 280 320
7Е28/32А 1715 775 18,0 192 5810 1732 3186 21,0 280 320
8Е28/32А 1960 775 18,0 192 6290 1732 3186 23,5 280 320
9Е28/32А 2205 775 18,0 192 6770 1844 3242 26,5 280 320
12У28/32А 2940 775 18,0 193 5560 2015 3032 29,5 280 320
16У28/32А 3920 775 18,0 193 6680 2015 3092 37,0 280 320
6Е32/40 2880 750 21,9 185 5940 2740 4055 38,0 320 400
7Е32/40 3360 750 21,9 185 6470 2740 4055 43,0 320 400
8Е32/40 3840 750 21,9 185 7010 2900 4325 47,0 320 400
9Е32/40 4320 750 21,9 185 7675 2900 4325 52,0 320 400
12У32/40 5760 750 21,9 184 6880 3140 4100 63,0 320 400
14У32/40 6720 750 21,9 184 7510 3140 4100 70,0 320 400
16У32/40 7680 750 21,9 184 8365 3730 4230 79,0 320 400
6Е40/54 4320 550 23,2 183 7520 2600 4345 70,0 400 540
7Е40/54 5040 550 23,2 183 8600 2750 4380 80,0 400 540
8Е40/54 5760 550 23,2 183 9155 2815 4380 89,0 400 540
9Е40/54 6480 550 23,2 183 10000 2815 4380 97,0 400 540
6Е48/60 6300 514 22,6 181 8090 3130 5010 108,0 480 600
7Е48/60 7350 514 22,6 181 9120 3390 5010 122,0 480 600
8Е48/60 8400 514 22,6 181 9835 3265 5010 136,0 480 600
9Е48/60 9450 514 22,6 181 10655 3265 5010 149,0 480 600
12У48/60 12600 514 22,6 180 9670 5515 4910 190,0 480 600
14У48/60 12700 514 22,6 180 10985 5515 4950 218,0 480 600
16У48/60 16800 514 22,6 180 11985 5515 4950 242,0 480 600
6Е58/64 8340 428 23,0 177 9190 3550 5140 154,0 580 640
7Е58/64 9730 428 23,0 177 10600 3550 5140 177,0 580 640
8Е58/64 11120 428 23,0 177 11600 3550 5140 198,0 580 640
9Е58/64 12510 428 23,0 177 12600 3550 5140 217,0 580 640
332
Таблиця 7Д. Параметрі СОД фірми " Нью Зульцер дизель"
Марка 77, Ре, §е> г/(кВтх хгод) Ь В Н О т 5
кВт хв 1 бар ММ ММ
4Ь820 640 1000 21,7 197 2560 1980 1870 7,7 200 300
6Ь820 960 1000 21,7 193 3182 1980 1870 9,5 200 300
8Ь820 1280 1000 21,7 193 3850 1980 1980 12,0 200 300
9Ь820 1440 1000 21,7 193 4160 1980 1980 13,0 200 300
6Е2А408 4320 510 24,1 185 7239 2847 4480 59,0 400 560
8Е2А408 5760 510 24,1 185 8779 2847 4818 78,0 400 560
9Б2А408 6480 510 24,1 185 9479 2847 4818 86,0 400 560
12У2А408 8640 510 24,1 183 7645 2865 5123 102,0 400 560
14У2А408 10080 510 24,1 183 8600 2865 5305 119,0 400 560
16У2А408 11520 510 24,1 183 9380 2865 5305 132,0 400 560
18У2А408 12960 510 24,1 183 10160 2865 5305 145,0 400 560
6Е2А508 7200 450 24,7 181 8155 2798 5582 111,0 500 660
8Е2А508 9600 450 24,7 181 9840 2813 5848 143,0 500 660
9Е2А508 10800 450 24,7 181 10640 2813 5848 187,0 500 660
Таблиця 8Д. Параметри високо- і середньообертових дизелів фірми "СЕМТ
Пілстік"
Марка Ие, и, Ре, §е> г/(кВтх Ь В Н С, т 5
кВт хв бар хгод) ММ ММ
6РА6Е280 1950 1050 20,8 198 3736 1637 2615 14 280 290
7РА6Е280 2600 1050 20,8 198 4576 1637 2690 16 80 290
8РА6Е280 2925 1050 20,8 198 5125 1637 2690 18 280 290
12РА6У280 3900 1050 20,8 198 4323 1960 2941 22 280 290
16РА6У280 5200 1050 20,8 198 5516 1960 3023 зо 280 290
18РА6У280 5850 1050 20,8 198 6640 1960 3023 34 280 290
20РА6У280 6500 1050 20,8 198 7100 1960 3023 36 280 290
12РА6У280В 4860 1050 22,8 196 5375 2400 3540 26 280 330
16РА6У280В 6480 1050 22,8 196 6255 2400 3540 34 280 330
20РА6У280В 8100 1050 22,8 196 7215 2400 3540 42 280 330
6РА6Е280СЕ 1770 750 21,9 190 3867 1405 2690 15,4 280 350
8РА6Е280СЕ 2360 750 21,9 190 4840 1635 2725 18,4 280 350
9РА6Е280СЕ 2655 750 21,9 190 5260 1635 2725 19,5 280 350
12РА6Е280СЕ 3540 750 21,9 190 4325 1900 2940 24 280 350
16РА6Е280СЕ 4720 750 21,9 190 5515 1950 3025 32 280 350
18РА6Е280СЕ 5310 750 21,9 190 5975 1950 3025 36 280 350
20РА6Е280СЕ 5880 750 21,9 190 6435 1950 3025 40 280 350
6РА4И85УС 740 1500 17,4 198 3120 910 1700 3,4 185 210
8РА4И85УС 985 1500 17,4 198 3715 920 1700 4,3 185 210
6РА4У185УС 740 1500 17,4 198 1640 1450 1865 3,1 185 210
8РА4У185УС 985 1500 17,4 198 1940 1450 1865 3,9 185 210
12РА4У185УС 1475 1500 17,4 198 2540 1450 1865 5,6 185 210
333
Продовж. табл.8Д
Марка и, Ре, §е> г/(кВтх Ь В Н С, т 5
кВт хв бар хгод) ММ мм
16РА4У185УС 1970 1500 17,4 198 3140 1450 1865 7,1 185 210
18РА4У185УС 2215 1500 17,4 198 3440 1700 1920 7,9 185 210
8РА4У200УСА 1325 1500 20,0 199 2185 1576 1810 5,5 200 210
12РА4У200УСА 1990 1500 20,0 199 2805 1680 1940 8,0 200 210
16РА4У200УСА 2625 1500 20,0 199 3504 1740 1940 10,0 200 210
5РА5Е255 1100 1000 19,1 194 3150 1300 2255 9,5 255 270
6РА5Е255 1320 1000 19,1 194 3590 1300 2255 10,0 255 270
8РА5Е255 1760 1000 19,1 194 4400 1310 2440 13,5 255 220
12РА5Е255 2640 1000 19,1 194 4060 1980 2620 17,0 255 270
16РА5Е255 3520 1000 19,1 194 5140 2070 2870 22,2 255 270
18РА5Е255 3960 1000 19,1 194 5590 2070 2870 24,8 255 270
6РС2.6Е400 3300 520 22,0 182 6833 1840 3063 50 400 460
7РС2.6Е400 3850 520 22,0 182 8050 1840 3063 57 400 460
8РС2.6Е400 4400 520 22,0 182 8313 1840 3063 64 400 460
9РС2.6Е400 4950 520 22,0 182 9053 1840 3063 72 400 460
10РС2.6У400 5500 520 22,0 182 6080 3360 3085 70 400 460
12РС2.6У400 6600 520 22,0 182 6580 3500 3085 80 400 460
14РС2.6У400 7700 520 22,0 182 7320 3700 3085 90 400 460
16РС2.6У400 8800 520 22,0 182 8190 3700 3400 100 400 460
18РС2.6У400 9900 520 22,0 182 8930 3700 3400 ПО 400 460
6РС2.6ВЕ400 3780 530 22,7 182 6833 1840 4530 50 400 500
7РС2.6ВЕ400 4410 530 22,7 182 8050 1840 3063 57 400 500
8РС2.6ВЕ400 5040 530 22,7 182 8313 1840 3063 64 400 500
9РС2.6ВЕ400 5670 530 22,7 182 9053 1840 3063 72 400 500
10РС2.6ВУ400 6300 530 22,7 182 7285 3600 3063 87 400 500
12РС2.6ВУ400 7560 530 22,7 182 8025 3600 3665 96 400 500
14РС2.6ВУ400 8820 530 22,7 182 8765 3600 3800 112 400 500
16РС2.6ВУ400 10080 530 22,7 182 9505 3600 3800 121 400 500
18РС2.6ВУ400 11340 530 22,7 182 10245 3600 3800 130 400 500
6РС4.2Е570 7290 400 23,0 181 10010 3880 6095 143 570 620
7РС4.2Е570 8500 400 23,0 181 11450 3880 6290 161 570 620
8РС4.2Е570 9720 400 23,0 181 12430 3880 6290 179 570 620
9РС4.2Е570 10930 400 23,0 181 13410 3880 6290 197 570 620
10РС4.2У570 12150 400 23,0 181 9815 5170 6855 195 570 620
12РС4.2У570 14580 400 23,0 181 10795 5170 6855 232 570 620
14РС4.2У570 17010 400 23,0 181 11475 5170 7170 262 570 620
16РС4.2У570 19440 400 23,0 181 12455 5170 7170 290 570 620
18РС4.2У570 21870 400 23,0 181 13435 5170 7170 322 570 620
10РС4.2ВУ570 13000 430 21,5 179 9210 5170 5670 205 570 660
12РС4.2ВУ570 15600 430 21,5 179 10190 5170 6100 240 570 660
14РС4.2ВУ570 18200 430 21,5 179 11410 5170 6600 275 570 660
16РС4.2ВУ570 20800 430 21,5 179 12390 5170 6600 300 570 660
18РС4.2ВУ570 23400 430 21,5 179 13370 5170 6600 330 570 660
334
Продовж. табл.8Д
Марка Уе, кВі и, Ре, §е> г/(кВтх Ь В Н Ст, т О 5і
хв бар хгод) ММ ММ
5РС40Б570 6625 375 22,1 177 8432 3350 4800 134 570 750
6РС40Б570 7950 375 22,1 177 9462 3350 4800 159 570 750
7РС40Б570 9275 375 22,1 177 10442 3350 4800 179 570 750
8РС40Б570 10600 375 22,1 177 11954 3520 5100 199 570 750
9РС40Б570 11925 375 22,1 177 12934 3520 5100 230 570 750
10РС40Б570 13250 375 22,1 177 14400 3520 5300 250 570 750
Таблиця 9Д. Параметри СОД фірми "Вяртсіля Нью Зульцер дизель"
Марка и, Ре, §е> г/(кВтх хгод) Ь В Н С, т О 8
кВт хв 1 бар ММ ММ
4Ь20 660 1000 23,5 194 2430 1426 2093 6,8 200 280
5Ь20 825 1000 23,5 194 2730 1630 2093 7,6 200 280
6Ь20 990 1000 23,5 191 3123 1360 2242 8,4 200 280
8Ь20 1320 1000 23,5 192 3731 1360 2350 10,5 200 280
9Ь20 1485 1000 23,5 192 4031 1360 2350 12,5 200 280
6К.25 1545 1000 19,7 192 4245 1355 2855 9,9 250 300
12У25 2760 1000 19,7 193 4665 1960 3095 16,6 250 300
16У25 3680 1000 19,7 193 6850 2110 3095 21,1 250 300
6Ь26 1950 1000 24,0 192 3660 1826 2870 18,5 260 320
8Ь26 2600 1000 24,0 192 4440 1826 2870 22,5 260 320
9Ь26 2925 1000 24,0 192 4830 1826 2870 24,5 260 320
12У26 3900 1000 24,0 192 4000 2375 2984 29,0 260 320
16У26 5200 1000 24,0 192 4840 2375 2984 35,5 260 320
18У26 5850 1000 24,0 192 5260 2645 2984 39,0 260 320
4К32УА8А 1640 750 23,3 192 3945 1981 3394 20,3 320 350
6К32УА8А 2460 750 23,3 190 5083 1993 3480 29,2 320 350
8К32УА8А 3280 750 23,3 190 6113 2034 3847 40,5 320 350
9К32УА8А 3690 750 23,3 190 6603 2034 3871 44,4 320 350
12У32УА8А 4920 750 23,3 188 5686 2310 3721 42,5 320 350
16У32УА8А 6560 750 23,3 188 6883 2360 4001 58,0 320 350
18У32УА8А 7380 750 23,3 188 7443 2403 4031 61,4 320 350
6Ь32 2760 750 23,3 188 5110 2207 3703 32,0 320 475
8Ь32 3680 750 23,3 188 6405 2207 3956 42,0 320 475
9Ь32 4140 750 23,3 188 6895 2207 3956 48,0 320 475
12У32 5520 750 23,3 186 6868 2920 4152 55,0 320 475
16У32 7360 750 23,3 186 8206 3296 4382 67,0 320 475
18У32 8280 750 23,3 186 8766 3296 4382 75,0 320 475
335
Продовж. табл.9Д
Марка Ре, 8е, г/(кВтх хгод) £ В Н С,т £> 5
кВт -1 хв бар ММ ММ
6Ь38 3960 600 24,5 186 6069 2073 4176 50,0 380 475
8Ь38 5280 600 24,5 186 7390 2073 4503 67,0 380 475
9Ь38 5940 600 24,5 186 7990 2073 4503 72,0 380 475
12У38 7920 600 24,5 186 7705 3158 4470 84,0 380 475
16У38 10560 600 24,5 186 9105 3158 4750 104,0 380 475
18У38 11880 600 24,5 186 9805 3158 4750 117,0 380 475
6К46А 5430 514 21,9 173 8290 2895 5427 95,0 460 580
8К46А 7240 514 21,9 173 10005 3105 5427 121,0 460 580
9К46А 8145 514 21,9 173 11015 3270 5592 137,0 460 580
12У46А 10860 514 21,9 173 10330 3740 5867 165,0 460 580
16У46А 14480 514 21,9 173 12530 3740 5867 225,0 460 580
18К46А 16290 514 21,9 173 13900 3740 6022 250,0 460 580
61146В 5850 514 23,6 177 8290 2895 5427 95,0 460 580
8К46В 7800 514 23,6 175 10005 3105 5427 121,0 460 580
91146В 8775 514 23,6 175 11015 3270 5592 137,0 460 580
12У46В 11700 514 23,6 175 10330 3740 5867 165,0 460 580
16У46В 15600 514 23,6 175 12530 3740 5867 225,0 460 580
18У46В 17550 514 23,6 175 13900 3740 6022 250,0 460 580
6Н46С 6300 514 25,4 179 8290 2895 5427 95,0 460 580
8К46С 8400 514 25,4 177 10005 3105 5427 121,0 460 580
9Н46С 9450 514 25,4 177 11015 3270 5592 137,0 460 580
12У46С 12600 514 25,4 177 10330 3740 5867 165,0 460 580
16У46С 16800 514 25,4 177 12530 3740 5867 225,0 460 580
18У46С 18900 514 25,4 177 13900 3740 6022 250,0 460 580
5Ь64 10050 333 24,4 173 9085 3965 6315 185,0 640 900
6Ь64 12060 333 24,4 173 10135 3965 6315 227,0 640 900
7Ь64 14070 333 24,4 173 11475 3965 6315 240,0 640 900
8Ь64 16080 333 24,4 173 12525 3965 6655 265,0 640 900
9Ь64 18090 333 24,4 173 13575 3965 6655 292,0 640 900
12У64 23280 429 24,4 173 13345 6300 7670 428,0 640 900
16У64 31040 429 24,4 173 15945 6400 7770 532,0 640 900
20У64 38800 429 24,4 173 18545 6500 7870 580,0 640 900
336
Таблиця 10Д. Параметри СОД фірми"Крупп МаК'
Марка Ре, 8е, г/(кВтх хгод) £ В Н С,т £> 5
кВт хв 1 бар ММ ММ
6М20 930 900 21,9 186 3175 1420 2480 10,5 200 300
1020 900 24,1 188 3175 1420 2480 10,5 200 300
1140 1000 24,2 188 3175 1420 2480 10,5 200 300
8М20 1360 900 24,1 186 3835 1420 2480 13,0 200 300
1520 1000 24,2 188 3835 1420 2480 13,0 200 300
9М20 1530 900 24,1 186 4165 1420 2480 14,1 200 300
1710 1000 24,2 188 4165 1420 2480 14,1 200 300
6М25 1800 750 23,5 184 3802 2129 3311 19,0 255 400
8М25 2400 750 23,5 184 4662 2129 3311 23,5 255 400
9М25 2700 750 23,5 184 5092 2129 3311 28,0 255 400
6М453С 2200 600 21,7 182 4235 1834 3605 23,3 320 420
8М453С 2940 600 21,7 182 5135 1834 3605 29,0 320 420
12М453С 4400 600 21,7 182 4668 2922 3945 37,0 320 420
16М453С 5880 600 21,7 182 5808 2922 3945 47,0 320 420
6М32 2640 600 22,8 180 4570 2220 3946 35,4 320 480
8М32 3520 600 22,8 180 5630 2220 3946 45,4 320 480
9М32 3960 600 22,8 180 6160 2220 3946 49,4 320 480
12М32 5280 750 20,08 183 5850 2800 4340 64,4 320 420
16М32 7040 750 20,08 183 7200 2800 4520 81,4 320 420
6М552С 4500 500 21,8 184 5565 2340 4205 62,0 450 520
8М552С 6000 500 21,8 184 6865 2340 4727 76,0 450 520
6М601С 7500 425 21,7 181 7500 3327 4937 108,9 580 600
8М601С 10000 425 21,7 181 9280 3327 5215 145,9 580 600
338
Таблиця ПД. Параметри пропульсивних установок з СОД фірми "Вяртсіля НСВ" і ГРК
Спожива- на потуж- ність, кВт Гвинт Тип редуктора Двигун Габаритні розміри, мм
Тип Діаметр, мм Частота обер- тання, об/хв Тип Потужність, кВт А О Н І У
600 СР56-І 2000 270 8СУ50 6Ь170 660 2716 1885 1000...2000 1600 980
900 СР56-І 2100 260 8СУ50 8Ь170 880 3270 1885 1600 980
1000 СР56-І 2200 290 8СУ50 6Ь20 1000 3100 1885 1600 980
1300 СР65-І 2500 250 8СУ50 8Ь20 1320 3700 1885 1800 1110
1600 СР74-І 2700 230 8СУ50 9Ь20 1500 4000 1885 2000 1205
2000 СР74-І 2900 230 8СУ56 6Ь26 2000 3700 1950 2000 1205
2600 СР74-І 3100 220 8СУ62 8Ь26 2600 4440 2000 2000 1205
2800 СР82-І 3500 220 8СУ62 6Ь32 2800 5100 2000 2000 1415
3000 СР82-І 3600 185 8СУ68 9Ь26 2925 5600 2000 2000 1415
3600 СР82-І 3600 180 8СУ68 8Ь32 3680 6100 2100 2000 1415
3900 СР90-І 3800 175 8СУ75 12У26 3900 4000 2200 2150 1595
4200 СР90-І 3900 180 8СУ75 9Ь32 4140 6600 2200 2150 1595
5200 СР100-1 4200 175 8СУ85 8Ь38 5280 7150 2450 2370 1725
5600 СР100-1 4300 170 8СУ85 12У32 5520 5700 2450 2370 1725
6000 СР108-Н 4500 165 8СУ85 9Ь38 5940 7750 2450 2370 1885
6300 СР108-Н 4700 155 8СУ85 6Ь46 6300 8300 2450 2370 1885
8000 СР115-Н 5100 145 8СУ95 12У38 7920 7700 2650 2530 1990
8400 СР115-Н 5300 140 8У105 8Ь46 8400 9900 2800 2530 1990
9500 СР130-Н 5600 130 8У105 9Ь46 9450 11000 2800 2750 2230
10000 СР145-Н 5800 125 8У116 5Ь64 10050 9085 3600 2900 2440
12000 СР145-Н 6000 125 8У116 6Ь64 12060 10135 3600 2900 2440
14000 СР145-Н 6000 120 8У128 12У46 12600 10400 3700 2900 2440
16000 СР160-Н 6500 115 8У142 8Ь64 16080 12525 4400 3500 2615
18000 СР160-Н 6700 115 8У142 9Ь64 18090 13575 4400 3500 2615
24000 СР190-Н 7300 110 ТСН4400 2х6Ь64 24120 10135 3800 4200 3105
28000 СР190-Н 7300 110 ТСН4400 2х7Ь64 28140 11475 3900 4200 3105
32000 СР190-Н 7400 110 ТСН4400 2х8Ь64 32160 12525 3900 4200 3105
Таблиця 12Д. Параметри пропульсивних установок з СОД фірми "МАН-Бурмейстер та Вайн"
339
Тип двигуна Кіль- кість ци- ліндрів Потуж- ність, кВт Частота обер- тання гвинта, -1 хв Діаметр гвинта, мм Габаритні розміри, мм Маса, т
І Н О редуктора гвинта та валопровода
Б23/30А 6 960 292 2250 846 900 1077 3,5 2,7
6 960 233 2450 846 900 1077 3,5 3,4
6 960 207 2600 955 900 1077 3,5 3,5
6 960 173 2850 955 1200 1622 6,1 4,4
8 1280 207 2800 1070 1200 1325 3,9 3,4
У28/32А 12 2940 248 3050 1190 1350 2174 8,1 7,1
12 2940 201 3400 1190 1350 2174 8,1 7,9
12 2940 151 3950 1404 1600 2626 13,4 8,9
16 3920 151 4250 1455 1600 2624 13,4 13,2
Б28/32А 6 1470 201 2850 1155 1200 2142 6,0 7,0
6 1470 141 3500 1305 1350 2277 8,1 7,2
7 1715 141 3000 1404 1600 2277 8,1 8,3
8 1960 141 3750 1404 1600 2277 8,1 8,4
9 2205 141 3850 1404 1600 2259 8,1 8,6
340
Продовж. табл.12Д
Тип двигуна Кіль- кість ци- ліндрів Потуж- ність, кВт Частота обер- тання гвинта, -1 хв Діаметр гвинта, мм
Ь27/38 6 2040 224 2850
6 2040 180 3150
6 2040 144 3500
7 2380 180 3300
8 2720 180 3400
Ь40/54 6 4320 190 3650
7 5040 190 3800
8 5760 150 4400
9 6480 110 5250
Ь48/60 6 6300 100 5450
7 7350 100 5650
8 8400 100 5800
9 9450 100 6000
Ь58/64 6 8340 90 6100
9 12510 90 6500
Габаритні розміри, мм Маса, т
І Н 0 редуктора гвинта та валопровода
1229 1300 1833 7,7 5,0
1229 1350 1833 8,4 5,5
1300 1450 1833 9,0 7,0
1195 1450 1833 8,4 7,1
1195 1450 1833 8,4 7,2
1551 2040 И,9
1551 2140 12,9
1840 2160 18,9
1990 2160 27,4
29,9
2225 2270 29,9
2225 2350 32,5
2330 2350 35,2
2540 2550 40,6
2495 2550 40,3
2660 2570 55,4