/
Author: Пахомов Ю.А.
Tags: водные средства транспорта плавучие средства судостроение водный транспорт двигатели двигатели внутреннего сгорания энергетические установки
ISBN: 978-5-94976-644-6
Year: 2007
Text
Ю.Л. Пахомов
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
УДК 629.5.03(075.8)
ББК 39.42-04я73
П21
Пахомов Ю.А
П21 Судовые энергетические установки с двигателями внутрен-
него сгорания. Учебник — М.: ТрансЛит, 2007 — 528 с., ил.
ISBN 978-5-94976-644-6
Изложены исторические сведения развития судовых дизельных уста-
новок, сформулированы требования к ним и дано определение судовой
энергетической установки как сложного энергетического комплекса,
функционально связанного с судном. Приведены основные процессы
преобразования и передачи энергии, согласования характеристик дви-
жителя и главного двигателя на основных эксплуатационных режимах,
конструктивные схемы и рациональные области их применения, работа
главных дизелей в различных установках и режимах, технико-экономи-
ческие и экологические характеристики и тенденции развития современ-
ных судовых дизельных установок.
Учебник предназначен для студентов и курсантов университетов,
академий и училищ, специалистов, занимающихся производством, эксп-
луатацией и техническим обслуживанием судовых энергетических уста-
новок с ДВС, а также технических служб пароходств.
ISBN 978-5-94976-644-6
УДК 629.5.03(075.8)
ББК 39.42-04я73
© Издательство «ТрансЛит», 2007
© Пахомов Ю.А. 2007
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
БМРТ
ВГ
вд
ВКУ
вл
вм
ВОУ
вп
ВРШ
втэ
ВУВ
ВФШ
ГВ
гвл
ГД
ГДУ
гзп
гм
гпм
ГПУ
ГРЩ
гтг
гтд
ГТК
гтн
ГУП
гэд
ГЭУ
ДАУ
две
дг
ДГЗА
ДГТУ
дп
ДРА
ДРУ
ДУ
ДЭУ
зх
кв
квл
КП
КС
МДМ
МИШ
мко
МО
МОД
большой морозильный траулер-рыбозавод,
валогенератор.
вспомогательный двигатель.
вакуумная конденсатная установка.
ватерлиния.
вспомогательные механизмы.
водоопреснительная установка,
вспомогательный парогенератор,
винт регулируемого шага,
водотопливная эмульсия,
вспомогательный упорный вал.
винт фиксированного шага,
гребной вал.
грузовая ватерлиния.
главный двигатель.
главная дизельная установка.
гидрозубчатая передача,
гидравлическая муфта.
гидродинамический преобразователь момента (крутящего).
главная пропульсивная установка,
главный распределительный щит.
газотурбогенератор.
газотурбинный двигатель.
газотурбокомпрессор.
газотурбонагнетатель.
главный упорный подшипник.
главный электродвигатель.
главная энергетическая установка.
дистанционное автоматическое управление,
двигатель внутреннего сгорания.
дизель-генератор.
дизель-гидрозубчатый агрегат.
дизель-газотурбинная установка.
диаметральная плоскость.
дизель-редукторный агрегат.
дизель-редукторная установка.
дизельная установка.
дизель-электрическая установка.
задний ход.
коленчатый вал.
конструктивная ватерлиния,
кормовой перпендикуляр.
камера сгорания.
максимальная длительная мощность,
механизм изменения шага винта,
машино-котельное отделение,
машинное отделение.
малооборотный двигатель.
3
НП - носовой перпендикуляр.
О Г отработавшие газы.
ОЛ основная линия.
ОУ опреснительная установка.
ИДК предел ыю-допустимая концентрация.
ПК пропульсивный комплекс.
ПТ проектная точка.
ПТУ паротурбинная установка.
ПУ — пропульсивная установка.
ПХ — передний ход.
РРП — реверсредукторная передача.
СВП — судно на воздушной подушке.
СДУ — судовая дизельная установка.
СОД — среднеоборотный дизель.
СПК — судно на подводных крыльях.
СР — судовой редуктор.
СЭС — судовая электростанция.
СЭУ — судовая энергетическая установка.
ТК — турбокомпрессор.
ТЛГ — телеграф.
ТНВД — топливный насос высокого давления.
ТР — топливная рейка.
УК — утилизационный котел.
УП — утилизационный парогенератор.
УТГ — утилизационный турбогенератор.
ФГТД — форсажный газотурбинный двигатель.
ФТО — фильтр тонкой очистки.
ХНВ — холодильник наддувочного воздуха.
ЦВ — центр величины.
ЦП Г — цилиндро-поршневая группа.
ЦПУ — центральный пост управления.
ЦТ — центр тяжести.
ЧПД — чистый приведенный доход.
ШПМ — шинно-пневматическая муфта.
ЭМС — электромагнитная муфта.
ЭУ — энергетическая установка.
ЯПТУ — ядерная паротурбинная установка.
CIMAC (International Council on combustion Engines) — Международный
симпозиум по двигателям внутреннего сгорания.
EIAPP (Engine International Air Pollution Prevention Certificate) — между-
народный сертификат по предупреждению загрязнения воздуха судовыми
дизелями.
LAPP (International Air Pollution Prevention Certificate) — международный
сертификат по предупреждению загрязнения воздуха.
IMO — Международная морская организация.
ISO — Международная организация по стандартизации.
4
ОТ АВТОРА
Современная судовая энергетическая установка (СЭУ) пред ставл я-
с г сложный комплекс технических средств. Она не только обеспечива-
ет движение судна, но и снабжает необходимой энергией все потреби-
тели, обеспечивает функционирование механизмов и устройств, соэда-
с г условия обитаемости в служебных и жилых помещениях судна и т.д.
Механизмы и оборудование СЭУ, предназначенные для обеспече-
нии движения судна, составляют главную энергетическую установку
(ГЭУ). Основными элементами ГЭУ являются главный двигатель, пе-
редача, валопровод и движитель.
Источники электроэнергии с первичными двигателями, преобразо-
i трелями и передаточными трассами составляют вспомогательную элек-
троэнергетическую установку (судовую электростанцию).
Технические комплексы, обеспечивающие судовые потребители
паром и горячей водой, составляют вспомогательную котельную уста-
новку. Кроме того, имеются вспомогательные установки, обеспечива-
ющие опреснение воды, кондиционирование воздуха, охлаждение про-
дуктов и т.д.
Функционирование главной, вспомогательной котельной и элект-
роэнергетической установок, составляющих энергетическую установку
судна, обеспечивается различными системами, включающими трубо-
проводы, теплообменные аппараты, арматуру и т.д. Основными явля-
ются системы топливные, масляные, охлаждения, сжатого воздуха, га-
юотводные, управления и защиты.
Анализ состава мирового коммерческого флота показывает: в каче-
стве СЭУ на транспортных судах в основном используются дизельные
установки с мало- и среднеоборотными дизелями. Паротурбинные ус-
тановки находят применение на крупнотоннажных судах с мощной
энергетической установкой. Использование газотурбинных установок
все еще носит единичный характер.
В настоящем издании рассматриваются СЭУ, оборудованные толь-
ко дизельными двигателями, нашедшими самое широкое применение
на судах гражданского флота. В учебнике рассматриваются основные
элементы СЭУ: главный двигатель, передачи, валопровод, движители и
судовая дизельная электростанция, хотя она и составляет вспомога-
тельную энергетическую установку, а также системы, обеспечивающие
их работоспособность.
В связи с ограничением объема учебника вспомогательные котель-
ные установки не рассматриваются.
Автор выражает благодарность сотрудникам кафедр Э-2 Московс-
кого государственного технического университета им. Н.Э.Баумана и
«Судовые ДВС и дизельные установки» Санкт-Петербургского государ-
ственного морского технического университета за ряд ценных предло-
жений, замечаний и рецензирование рукописи: заслуженному деятелю
науки и техники д.т.н., проф. Иващенко Н.А., к.т.н., доц. Ивину В.И.,
к.т.н., проф. Румб В.К., д.т.н., проф. Гаврилову В.В.
5
Глава 1
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОК
1.1. Исторические сведения о развитии судового
дизелестроения
Зарождение идеи создания двигателя внутреннего сгорания
относится еще к концу XVII в. Так, в 1680 г. Гюйгенс предлагал
построить двигатель, работающий за счет взрывов зарядов пороха
в цилиндре, а более чем через сто лет в 1794 г. Роберт Стрит полу-
чил английский патент на двигатель внутреннего сгорания, рабо-
тающий на жидком топливе. В 1801 г. Лебон получил французс-
кий патент на газовый двигатель с электрическим воспламенени-
ем горючей смеси. В английском патенте, выданном в 1833 г.
Вельману Райту, предусматривалось применение цилиндра с ру-
башкой для водяного охлаждения, а в английском же патенте,
выданном в 1838 г. Вильяму Барнету, предлагалось производить
предварительное сжатие горючего газа и воздуха.
Несмотря на столь интенсивную деятельность изобретателей,
успех в деле создания двигателя внутреннего сгорания, пригодно-
го для практического применения, был достигнут лишь в 1860 г.
Ленуаром (французский патент от 24 января1860 г.). Он построил
двигатель, работавший на светильном газе без предварительного
сжатия горючей смеси. Коэффициент полезного действия этого
двигателя не превышал 3%. В 1862 г. Бо-де-Роша разработал че-
тырехтактный рабочий цикл. Однако практически двигатель, ра-
ботавший по этому циклу, был создан только в 1877 г.
В 1879 г. инженер-механик русского флота капитан И. С. Кос-
тович сконструировал первый в мире легкий бензиновый двигатель
внутреннего сгорания, предназначавшийся для дирижабля. Мощ-
ность этого двигателя достигала 80 л. с. Он имел восемь горизон-
тальных цилиндров с диаметром 120 мм при ходе поршней 240 мм.
Общий вес двигателя составлял 240 кг. Таким образом, удельный
вес двигателя И. С. Костовича был равен лишь 2,2 кг на 1кВт.
В 1887—1890 гг. впервые было осуществлено в двигателях Хэр-
гривса самовоспламенение топлива под влиянием высокой тем-
6 Глава 1. История развития судовых дизельных установок
псратуры воздуха, сжимаемого в цилиндре. Тогда же в двигателях
Капитана было применено распиливание подаваемого в цилиндр
топлива (керосина) сжатым воздухом.
В 1892 г. Р. Дизель получил патент на устройство нового типа
двигателя внутреннего сгорания, а в 1893 г. выпустил брошюру
под названием «Теория и конструкция рационального теплового
двигателя, призванного заменить паровую машину и другие суще-
ствующие в настоящее время двигатели». В своей работе Р. Дизель
описывал двигатель со сгоранием топлива при постоянной темпе-
ратуре. В качестве топлива предлагалось применять угольную
пыль. Двигатель должен был, по мнению изобретателя, работать
без охлаждения стенок цилиндра, с самовоспламенением топлива
от сжатия. В 1893 г. была предпринята попытка построить двига-
тель, предложенный Р. Дизелем. Работами руководил сам изобре-
татель. Однако положительных результатов достигнуть не удалось.
При этом выяснилось, что сгорание при постоянной темпера-
туре невозможно и что работать на угольной пыли двигатель не
может.
В 1894 г. был построен второй опытный двигатель, который
мог работать непродолжительное время, но без нагрузки. Более
удачным оказался третий двигатель, построенный в 1895 г. При
его постройке пришлось отказаться от всех основных предложе-
ний Р. Дизеля. Двигатель работал на керосине, распыливаемом
сжатым воздухом, с применением водяного охлаждения цилинд-
ров и со сгоранием топлива при приблизительно постоянном дав-
лении. В конце 1896 г. был построен четвертый опытный двига-
тель мощностью 14,7 кВт. При официальном испытании в февра-
ле 1897 г. этот двигатель расходовал керосина 326 г/(кВт*ч),
т.е. превращал в полезную работу около 26% теплоты, образую-
щейся при сгорании топлива. Рабочий цикл двигателя очень силь-
но отличался от цикла, описанного Р. Дизелем в его патенте и
брошюре.
Устройство первых дизелей было еще очень несовершенным.
Некоторые иностранные заводы, приступившие к их постройке,
из-за ненадежной работы выпущенных машин прекратили их
производство. Крупным недостатком дизеля было то, что он рабо-
тал на дорогом топливе — керосине.
В 1898 г. Петербургский механический завод фирмы «Людвиг
Нобель» (сейчас завод «Русский дизель») по совету известного
русского теплотехника профессора Г.Ф. Деппа приступил к пост-
ройке дизелей. Специалисты сразу же поставили перед собой за-
дачу — обеспечить работу двигателей на дешевом топливе — сырой
нефти. В январе 1899 г. был испытан первый двигатель, построен -
1.1. Исторические сведения о развитии судового дизелестроения
7
Рис. 1.1. Первый
дизель, построен-
ный в России
ный в России, который успешно работал
на сырой нефти и расходовал ее лишь
300,5 г/(кВт*ч), тогда как заграничные
двигатели расходовали 326 г/(кВт • ч) бо-
лее дорогого топлива — керосина.
Первый двигатель, построенный в
России (рис. 1.1), имел один цилиндр ди-
аметром 260 мм с ходом поршня 410 мм
и развивал мощность 14,7 кВт при часто-
те вращения 200 мин-1. Конструкторы за-
вода «Людвиг Нобель» придали основ-
ным деталям двигателя ту конструкцию,
которая впоследствии стала общеприня-
той. Так, завод стал применять поршни
тронкового (стаканообразного) типа,
двухступенчатые воздушные компрессо-
ры, оригинальную топливную аппаратуру
(форсунки, насосы), получившую всеоб-
щее распространение.
Еще в 1898 г. известный русский специалист в области судо-
строения профессор К. П. Боклевский впервые выдвинул идею о
целесообразности использования двигателей внутреннего сгора-
ния на судах. Русские заводы очень скоро осуществили ее. Этому
способствовало быстрое совершенствование производства двига-
телей. Одной из первых попыток улучшения дизеля был двигатель
Тринклера с самовоспламенением, работающим по циклу сме-
шанного сгорания.
Весной 1903 г. вступил в эксплуатацию первый в мире тепло-
ход «Вандал» (рис. 1.2), построенный совместно Сормовским за-
водом и заводом «Людвиг Нобель». Это было нефтеналивное суд-
но (танкер) озерного типа. Длина корпуса «Вандала» 74,5 м, ши-
рина 9,5 м, осадка в полном грузу 1,83 м, грузоподъемность 820 т,
скорость судна составляла 7,4 узла (13,7 км/ч). На судне было ус-
тановлено три трехцилиндровых четырехтактных дизеля мощнос-
тью по 88 кВт при частоте вращения 240 мин-1. Двигатели имели
диаметр цилиндров 29 см при ходе поршней 43 см. Так как в то
время еще не существовало реверсивных двигателей, для возмож-
ности маневров была применена электрическая передача к греб-
ным винтам. Таким образом, первый в мире теплоход явился од-
новременно и первым в мире дизель-электроходом.
В 1904 г. вступил в эксплуатацию второй теплоход «Сармат»,
имевший два двигателя мощностью по 132 кВт. На «Сармате»
была применена новая разработанная в России система элекгро-
8
Глава 1. История развития судовых дизельных установок
Рис. 1.2. Первый в мире теплоход «Вандал» (1903 г.)
передачи. При переднем ходе двигатели работали непосредствен-
но на валы гребных винтов, а при заднем ходе использовалась
электропередача. Таким образом избегались потери в передаче
при переднем ходе судна. Гребные электродвигатели, предназна-
ченные для работы только при заднем ходе, имели пониженную
мощность, а следовательно, меньший вес и габариты. Примене-
ние дизеля в судостроении имело особое значение для его популя-
ризации.
Вскоре после создания первых теплоходов постройка судовых
дизелей началась на нескольких русских заводах. Крупное произ-
водство двигателей организовал Коломенский завод, а вскоре и
Сормовский завод. Коломенские дизели, отличавшиеся удачной
конструкцией и качеством исполнения, пользовались широким
спросом для нужд электростанций, мельниц, горнорудной про-
мышленности, судостроения. В 1907 г. завод построил колесный
буксир «Мысль» с дизелем мощностью 220 кВт. На судне впервые
в мире была применена оригинальная система передачи с ревер-
сом хода, разработанная и изготовленная заводскими специалис-
тами по проекту инженера Р. А. Корейво.
В этот период завод изготовлял дизели не только для судов
собственной постройки, но и получал заказы со стороны. Так, в
1908 г. по заказу морского министерства были построены 16 четы-
рехцилиндровых дизелей мощностью по 190 кВт для канонерских
лодок типа «Шквал», которые строились на Балтийском заводе
для Амурской флотилии.
Первым морским теплоходом был танкер «Дело» (впослед-
ствии «Валерий Чкалов») водоизмещением 6000 т, построенный
также в 1908 г. Коломенским заводом для плавания в Каспийском
1.1. Исторические сведения о развитии судового дизелестроения
9
море. На судне было установлено два четырехтактных четырех-
цилиндровых двигателя, каждый мощностью по 368 кВт при
150 мин-1, с передачей системы Р. А. Корейво. Скорость судна до-
стигала 9,5 узла (17,6 км/ч).
В 1908—1909 гг. Коломенским заводом было построено не-
сколько речных буксирных теплоходов с передачей по системе
Р. А. Корейво: «Киргиз» (441 кВт), «Илья Муромец» (441 кВт),
«Великоросс» (588 кВт), «Малоросс» (588 кВт). Такой же переда-
чей были снабжены морские теплоходы «Эммануил Нобель» и
«К.В. Хагелин» водоизмещением по 6000 т. На этих теплоходах
было установлено по два четырехтактных четырехцилиндровых
двигателя, каждый мощностью по 441 кВт при 170 мин-1. Двигате-
ли имели цилиндры диаметром 480 мм и ход поршней 740 мм.
Всего по системе Р. А. Корейво было построено до 1910 г. восемь
теплоходов общей мощностью 4780 кВт.
Значительным этапом в развитии судостроения был спуск на
воду в 1912 г. двухвинтового теплохода «Бородино», на котором
впервые была применена комплексная энергетическая установка,
состоявшая из двух главных шестицилиндровых реверсивных ди-
зелей 15Д6 мощностью по 441 кВт и двух вспомогательных дизе-
лей мощностью по 22 кВт для внутреннего энергоснабжения.
Электрическая и зубчатая передачи, неизбежные при приме-
нении нереверсивных двигателей, усложняли установку, снижали
ее экономичность. Перед конструкторами стояла задача создать
реверсивный судовой двигатель. Она была разрешена впервые в
мире в 1908 г., когда завод «Русский Дизель» по проекту инженера
К. В. Хагелина построил реверсивный двигатель для подводной
лодки «Минога». Двигатель — четырехтактный трехцилиндровый,
мощностью 88 кВт. Испытания двигателя под руководством круп-
нейшего русского специалиста по двигателям внутреннего сгора-
ния профессора Н.А.Быкова показали легкость перемены направ-
ления вращения вала двигателя. Реверс производился в течение
10—12 секунд. После создания реверсивных двигателей значитель-
но расширились возможности использования дизелей на судах
торгового и военного флотов.
В постройке теплоходов иностранные государства сильно от-
ставали от России. Только в 1910 г. был построен голландский
танкер «Вулкан» и в 1911 г. в Дании «Зеландия». В дальнейшем
постройка теплоходов за границей стала быстро развиваться.
Можно считать, что к 1912 г. закончился начальный период при-
менения дизелей в качестве судовых двигателей. После этого ста-
ли строиться теплоходы во всех технически развитых странах
мира, что повлекло стремительное развитие судовых двухтактных
10
Глава 1. История развития судовых дизельных установок
дизелей с поперечной, петлевой и прямоточной продувками.
В качестве важных этапов можно отметить 1920 г. — начало при-
менения непосредственного впрыскивания топлива в цилиндры;
1930 г. — использование газотурбинного наддува (ГТН) и охлаж-
дения наддувочного воздуха; 1955 г. — применение мазута в ка-
честве топлива; 1980 г. — введение двухступенчатого наддува;
1982—1983 гг. — использование регистровой системы наддува;
1983 г. — отключение ряда цилиндров с целью улучшения эконо-
мических показателей.
Период с 1910 г. по 1920 г. характеризовался некоторыми труд-
ностями при доводке дизелей. Первая мировая война ускорила
этот процесс, так как дизели требовались для военных нужд.
В период между 1920 и 1930 гг. на смену компрессорному впрыс-
киванию топлива пришел способ непосредственного впрыскива-
ния сначала в предкамеру, а затем в основную камеру сгорания
(КС). 1930—1940 гг. знаменуются повышением литровой мощнос-
ти дизелей путем форсирования применения ГТН. Вначале он ис-
пользовался только на четырехтактных дизелях, а затем (в 1950 г.)
получил распространение и на двухтактных.
Период между 1950 и 1960 гг. характеризовался повышением
степени наддува двухтактных дизелей при применении охладите-
лей наддувочного воздуха. В качестве топлива использовался ма-
зут. На тихоходных дизелях устанавливался крейцкопфный меха-
низм. Получил применение импульсный наддув и наддув от при-
водного нагнетателя. На некоторых моделях дизелей в качестве
продувочного насоса использовалась нижняя часть цилиндра. В
связи с применением высокого наддува на четырехтактных дизе-
лях возникли проблемы, связанные с обеспечением надежности
поршней, гильз цилиндров и выпускных клапанов. В 1960-1970 гг.
значительно повышена индикаторная мощность (N() дизелей, и
она выросла от 37 МВт на танкерах до 60—90 МВт на контейнеро-
возах. Применялись в основном малооборотные двухтактные
крейцкопфные дизели (МОД) и средне- (СОД) и высокооборот-
ные (ВОД) четырехтактные. Привод на гребной винт осуществ-
лялся от двух-четырех дизелей. С 1970 г. интенсивность роста NT
дизелей стала еще более заметна вследствие применению много-
численных конструкторских решений, например увеличение S/D
с 1,8 до 4,0; широкое применение прямоточной продувки; увели-
чение КПД турбокомпрессора (ТК) при внедрении новых техно-
логий при расчете и производстве, а также применению прогрес-
сивных материалов; использование исключительно приводного
нагнетателя; поддержание заданного режима ТК посредством
электрического привода.
1.1. Исторические сведения о развитии судового дизелестроения
И
Уже и си мы о парные годы постройки теплоходов основным
ВИДОМ дизельной силовой установки стала установка с непосред-
ственной Пброднчсй мощности на вал гребного винта. В связи с
ПИМ милооборогпый дизель был наиболее распространенным ти-
пом судового двигателя внутреннего сгорания.
Дли некоторых типов транспортных судов использовались ди-
зель-редукторные установки с среднеоборотным двигателем или с
повышенной частотой вращения. Такие энергетические установ-
ки применялись в основном на судах с дедвейтом более 2000 т и
СОД стали конкурировать с МОД. Так, если в 1985 г. доля СОД
(по мощности) в пополнении мирового флота составляла 18,5%,
то к 1990 г. она достигла 40%. Это явилось следствием появления
высокоэффективных СОД большой мощности, а также строитель-
ства множества судов относительно небольшого тоннажа. Вместе
с тем при выборе типа установки следует помнить, что СОД, как
правило, работают на топливе более легких, а значит, и более до-
рогих сортов, имеют больший расход масла и требуют больших
трудозатрат на техническое обслуживание, чем МОД.
Для небольших морских и речных судов выпускают легкие
высокооборотные четырехтактные двигатели нереверсивного
типа, работающие на вал гребного винта через реверс-редуктор. В
зависимости от требуемой мощности эти двигатели могут иметь
однорядное, двухрядное и V-образное расположение цилиндров.
Недостатком всех высокооборотных двигателей является ма-
лый моторесурс. Однако этот недостаток в известной мере ком-
пенсируется применением агрегатного ремонта. Двигатель, исчер-
павший свой моторесурс, заменяется другим аналогичным двига-
телем, уже отремонтированным в заводских условиях, в очень ко-
роткий срок.
Дизель-электрические силовые установки не стали основным
типом судовых дизельных установок. Наличие электрической пе-
редачи вызывает дополнительные потери порядка 10% и соответ-
ственно увеличивает удельный расход топлива. Кроме того, такие
установки отличаются повышенной сложностью и стоимостью.
Однако электрическая передача, особенно при использовании
постоянного тока, позволяет значительно улучшить маневренные
качества судна. Поэтому дизель-электрические силовые установ-
ки применяют на судах ледового плавания, паромах, буксирах-
спасателях и других специальных судах, эксплуатация которых
связана с частыми маневрами.
Победное шествие дизелей на флоте началось в 50-е годы
XX в, когда появился газотурбинный наддув, который резко улуч-
шил теплотехнические и массогабаритные характеристики ма-
12
Глава 1. История развития судовых дизельных установок
шин. Интенсивное совершенствование двигателей, особенно в 80-
с годы, привело к тому, что у малооборотных дизелей удельный
расход топлива к 1990 г. снизился более чем на 30%, а цилиндровая
мощность возросла в 2—2,3 раза. Соответственно снизилась удель-
ная масса машин. Аналогичная картина и со среднеоборотными
двигателями. В настоящее время все строящиеся суда оборудуют
дизельными энергетическими установками (ЭУ), в то время как в
1950 г. судов с дизельными и паросиловыми установками строи-
лось примерно поровну.
Интенсивное развитие отечественные судовые энергетические
установки получили после начала выпуска «Брянским машино-
строительным заводом» (БМЗ) в 1961 г. судового малооборотного
дизеля по лицензионному соглашению с датской фирмой «Бур-
мейстер и Вайн». Эти двигатели устанавливаются на сухогрузных
судах, танкерах, рыбопромышленных базах, контейнеровозах,
лихтерах и др. Двигатели брянской постройки поставляются не
только на российские верфи, но и на зарубежные: в Норвегию,
Испанию, Австрию, Болгарию, Польшу и другие.
В настоящее время ООО «БМЗ» выпускает малооборотные
крейцкопфные дизели с размерностью цилиндра от 260 до 600 мм,
цилиндровой мощностью от 360 до 2040 кВт при частотах враще-
ния коленчатого вала 102...250 мин-1.
Малооборотный дизель и в настоящее время твердо сохраняет
позиции основной энергетической установки, применяемой на
транспортных судах с прямой передачей мощности на винт. Газо-
турбинный наддув и ддинноходная конструкция являются харак-
терной особенностью всех современных малооборотных двигате-
лей. Все ведущие дизелестроительные фирмы выпускают МОД с
прямоточно-клапанной продувкой, при которой достигается наи-
меньший расход топлива.
Мировое дизелестроение не стоит на месте, идет постоянная
модернизация дизелей. Существенно повысилась экономичность
при работе на дешевых высоковязких сортах топлива. В 80-е годы
XX в. КПД дизельных установок впервые в истории приблизился
к 50%, а период между моточистками увеличился до 20 тыс. ч и
более. Особенно интенсивно шла форсировка мощности дизелей.
За последние два десятилетия многие известные дизелестроитель-
ные фирмы фактически удвоили цилиндровую мощность своих
двигателей.
1.1. Исторические сведения о развитии судового дизелестроения
13
1.2. Развитие теории судовых двигателей
внутреннего сгорания
В начале XX в. в России были выполнены важные теоретичес-
кие разработки по двигателям внутреннего сгорания. Уже в 1902 г.
по инициативе профессора Н. А. Быкова в Петербургском техно-
логическом институте началось чтение лекций по теории и уст-
ройству двигателей внутреннего сгорания. В 1907 г. профессор
Московского высшего технического училища В. И. Гриневецкий
предложил метод теплового расчета двигателей внутреннего сго-
рания, позволявший расчетным путем определять все основные по-
казатели рабочего процесса проектируемого двигателя. В. И. Гри-
невецкий заслуженно считается первым крупным теоретиком в об-
ласти двигателей внутреннего сгорания. Попытка создать подоб-
ный же метод расчета за границей была предпринята лишь в 1929 г.
В период 1910-1912 гг. в России были решены еще две важные
теоретические проблемы: инженер-технолог В. П. Аршаулов впер-
вые решил задачу полного уравновешивания судового двигателя,
а профессор Петербургского технологического института
Г. А. Гельд создал метод расчета процессов выпуска и продувки в
двухтактных двигателях.
Смешанный цикл, лежащий в основе работы всех современ-
ных дизелей, был впервые осуществлен в двигателе русского ин-
женера Г. В. Тринклера (впоследствии известного профессора) в
1904 г. Теоретические исследования этого цикла были сделаны
немецким инженером Зейлигером и опубликованы в 1911 г. В свя-
зи с ростом требований, предъявляемых к двигателям, и бурного
развития водного и других видов транспорта особую важность
приобретали вопросы конструирования. Проблемы прочности дви-
гателей внутреннего сгорания были впервые подробно освещены в
капитальном труде немецкого инженера Г. Гюльднера, первое из-
дание которого вышло в 1902 г. Гюльднеру принадлежит известный
афоризм: «Меньше изобретать — больше конструировать».
После Первой мировой войны основные исследования были
связаны с переходом на распыливание топлива в дизелях без по-
мощи сжатого воздуха. За границей большие работы в этой облас-
ти были выполнены Вейсгором, Эйхельбергом и Нейманом.
В дальнейшем исследования по совершенствованию двигате-
лей внутреннего сгорания особенно широко проводились профес-
сором Е. К. Мазингом в 1880—1944 гг., который значительно раз-
вил метод теплового расчета двигателей В. И. Гриневецкого и, в
частности, применил его к расчету бескомпрессорных двигателей.
Потом этот метод потребовал дополнений, которые были сделаны
14
Глава 1. История развития судовых дизельных установок
и работах Н. Р. Бриллинга, Б. С. Стечкина и А. Ф. Квасникова.
Профессор Н. В. Иноземцев один из первых разработал метод ис-
следования и расчета процессов сгорания топлива в цилиндрах
двигателей. Процессы воспламенения топлива были подвергнуты
глубокому изучению в трудах профессора В. И. Сороко-Новицко-
го. Наиболее обширные исследования теплопередачи в цилиндрах
двигателей провел в 1912—1930 гг. профессор Н. Р. Бриллинг.
В 1934—1936 гг. профессор А. С. Орлин значительно развил
теорию расчета выпуска и продувки в двухтактных двигателях.
В разработке теоретических вопросов наддува приняли участие
академик Б. С. Стечкин и его сотрудники. Исследования работы
топливной аппаратуры двигателей проводили профессора Г.Г. Ка-
лыш и Б. Г. Либрович. Над вопросами смесеобразования много и
успешно работали профессора Д. Н. Вырубов, Т. М. Мелькумов,
Л. И. Толстов и др. Вопросы уравновешивания сил инерции в дви-
гателях исследовали в своих трудах профессора Л. К. Мартенс,
Е. Д. Львов и И. Ш. Нейман. Методы расчета на прочность деталей
двигателей значительно усовершенствовал профессор С. В. Серен-
сен, Р. С. Кинасошвили и др.
Крупнейший теоретик в области судовых дизелей — профес-
сор В. А. Ваншейдт. Его исследования, посвященные различным
вопросам теории и конструирования судовых дизелей, опублико-
ваны в двухтомном труде «Судовые двигатели внутреннего сгора-
ния», выпущенном уже несколькими изданиями. Вопросы конст-
руирования судовых дизелей подробно рассмотрены в трудах
профессора Д. Б. Танатара (1900—1962 гг.). Исследованию режи-
мов работы судовых дизелей посвящены работы профессора
Н. В. Петровского. Ценные работы по исследованию причин воз-
никновения вибраций на теплоходах и их устранению выполнены
под руководством профессора А. А. Мирющенко. Вопрос о повы-
шении экономичности судовых дизельных установок путем ис-
пользования теплоты отработавших газов и охлаждающей воды
двигателей подробно рассмотрен в ряде работ, выполненных в
научных организациях Министерства морского флота.
Крупный вклад в развитие отечественного дизелестроения,
создание и внедрение в производство новых конструкций двига-
телей, разработку теоретических и экспериментальных вопросов
рабочего процесса, научно-технических и теоретических основ
автоматизации, газотурбинного наддува и т.д. внес коллектив
Центрального научного исследовательского дизельного института
(ЦНИДИ). Значительный вклад в выполнение этих работ внесли
видные ученые нашего времени: Л.К. Коллеров, Н.Н. Иванченко,
М.И. Левин, В.И. Балакин, В.Т. Бордуков и многие другие.
1.2. Развитие теории судовых двигателей внутреннего сгорания
15
Решая ряд сложных задач развития отрасли дизелестроения,
коллектив ЦНИДИ внес большой вклад в развитие отечественной
науки в области теории исследования и конструирования дизе-
лей, создав научно-практическую школу в области дизелестрое-
ния, воспитав большой коллектив ученых-исследователей и кон-
структоров для отрасли.
Широко поставленная подготовка инженерно-технических
кадров в области судовых двигателей внутреннего сгорания не
может быть обеспечена без хорошей учебной литературы. Одними
из первых авторов учебников по судовым двигателям внутреннего
сгорания были Б.М. Лобач-Жученко и Н.И. Колычев. К числу
лучших учебников по судовым двигателям внутреннего сгорания
должны быть отнесены учебники В.А. Ваншейдта, Н.Н. Иванчен-
ко, И.А. Пономарева, Н.В. Петровского, З.А. Хандова, И.И. Чу-
маченко, П.А. Истомина, М.Г. Круглова и др.
Значительный рост внешней торговли, реконструкция речных
путей, увеличение пассажирских перевозок потребуют в ближай-
шие годы значительного увеличения нашего морского и речного
флота. Большую часть новых судов составят теплоходы. Российс-
кая промышленность, опирающаяся на достижения передовой
науки, в состоянии обеспечить эти суда наиболее мощными, эко-
номичными и надежными двигателями внутреннего сгорания.
1.3. Основные тенденции развития современного
судового дизелестроения
Развитие мирового и отечественного флота продолжает идти
по пути специализации судов, их приспособления к перевозке
разнообразных грузов, сокращения стояночного времени, умень-
шения штата команды и в конечном итоге — снижения эксплуа-
тационных расходов. Значительная роль в этом отведена энерге-
тическим установкам судов, поскольку их надежность и эконо-
мичность определяют расходы на топливо, масло, техническое
обслуживание, ремонт и сменно-запасные части.
Типаж ЭУ перспективных судов определяется следующими
основными факторами: типами судов, которые зависят от объе-
мов и структуры перевозок; состоянием мирового топливного ба-
ланса, который определяет возможность поставки флоту того или
иного вида топлива; уровнем развития судовой энергетики.
Среди различных судовых энергетических установок дизель-
ные установки занимают ведущее положение. Ими оборудуются
все виды транспортных и рыбопромысловых судов морского и
речного флотов. В настоящее время практически весь транспорт-
16
Глава 1. История развития судовых дизельных установок
иый флот оборудован дизелями. На рис. 1.3. показано изменение
суммарной мощности паротурбинных установок (ПТУ) и ДВС
транспортных судов. Из рисунка следует, что развитие типажа
энергетических установок судов транспортного флота идет по
пути дизелизации: ~ 99% всех типов судов имеют дизельные уста-
новки и лишь около 1% — турбинные. Дизель стал основным ти-
пом судовой энергетической установки.
Рис. 1.3. Распределение мощности энергоустановок судов
дедвейтом 2000 т и более:
1 — малооборотные дизели; 2 — дизели средней и повышенной
оборотности; 3 — паротурбинные установки
Судовые дизельные установки (СДУ) находят широкое приме-
нение в связи со следующими положительными особенностями.
1. Преобразование химической энергии жидкого топлива в
механическую работу непосредственно внутри рабочих цилинд-
ров дизелей обеспечивает высокую экономичность СДУ с эффек-
тивным КПД около 48-52%, превышающим экономичность СЭУ
всех других типов.
2. Высокая экономичность СДУ не зависит от агрегатной
мощности главного двигателя и поддерживается не только на но-
минальной, но и на частичных нагрузках.
3. Простота устройства СДУ обеспечивает легкую приспособ-
ляемость к автоматизации, агрегатированию и унификации энер-
гетического оборудования.
1.3. Основные тенденции развития современного судового дизелестроения
17
4. СЭУ с малооборотным дизелем дает возможность осуществ-
лять прямую передачу энергии на движитель (без редуктора).
5. Широкий диапазон типоразмеров дизелей с цилиндровой
мощностью от 5 до 5000 кВт позволяет создать СДУ практически
для любых типов судов.
6. Минимальные затраты времени на подготовку дизелей к
пуску обеспечивают постоянную готовность СДУ к действию с
последующим быстрым доведением нагрузки до номинальной.
7. Двигатели СДУ могут работать на различных сортах топ-
лив — «легком» вязкостью при 20°С 3—6 мм2/с (сСт), «тяжелом»
вязкостью при 50°С до 700 мм2/с с содержанием серы до 5% и га-
зообразном.
В настоящее время на морских судах успешно применяются
главные судовые МОД, СОД и ВОД. Рассмотрим кратко основ-
ные направления их развития, характерные для мирового и отече-
ственного флота, и вытекающие из них требования. До 70-х годов
прошлого века дизельные СЭУ развивались в направлении посто-
янного наращивания цилиндровых и агрегатных мощностей в со-
ответствии с потребностями судостроения того времени, кото-
рое в тот период характеризовалось увеличением тоннажа и ско-
ростей судов. После 1970 г. доля расходов на топливо в общей сум-
ме эксплуатационных расходов увеличилась в несколько раз и по
зарубежным данным составляла до 80%.
В связи с этим получили развитие научно-технические реше-
ния, обеспечивающие повышение топливной экономичности, как
СОД, так и МОД. Все ведущие дизелестроительные фирмы доби-
лись существенного повышения экономичности своих двигате-
лей, снизив удельный эффективный расход топлива с 188-207 до
162—188 гДкВт’ч), в результате последовательного внедрения
следующих решений:
• применение изобарного наддува (1968-1970 гг.) снизило ge
на 6-7 г/(кВт • ч);
• повышение Ртах до 110-125 МПа (1972-1973 гг.) снизило ge
на 10-11 г/(кВт*ч);
• внедрение турбокомпрессора с КПД выше 60% (1977—
1978 гг.) снизило ge на 5—7 г/(кВт • ч);
• повышение степени сжатия «е» выше 13 и давления топли-
ва в ТНВД до 150 МПа (1982-1983 гг.) снизило ge на
8—10 г/(кВт*ч);
• повышение Ртах до 16 МПа и внедрение турбокомпаундных
систем (ТКС), утилизации энергии выпускных газов (1987—
1988 гг.) снизило ge на 10—12 г/(кВт* ч).
18
Глава 1. История развития судовых дизельных установок
Наибольшее снижение ge началось с 1979 г., когда были созда-
ны длинноходные дизели с постоянным давлением газов перед
i урбиной и термическим КПД, превышающим 50%.
Для повышения пропульсивного КПД была уменьшена часто-
та вращения гребных винтов до 50 мин-1, однако диаметр их уве-
личился до 10—11 метров. При этом вследствие увеличения хода
поршня, средняя скорость его осталась практически неизменной.
В результате не только компенсировалась потеря мощности из-за
снижения частоты вращения главного двигателя, но и улучшилась
экономичность рабочего процесса.
Увеличение S/D, связанное со снижением частоты вращения
МОД, выявило перспективные возможности прямоточно-клапан-
ной продувки. Так, фирма «Sulzer» перешла на прямоточно-кла-
панную продувку, которая давно и широко применялась фирмой
«B&W». Исследования, проведенные фирмой «МАН-Бурмейстер
и Вайн», показали, что увеличение отношения хода поршня S к
диаметру цилиндра D при прямоточно-клапанной продувке суще-
ственно улучшает топливную экономичность и воздухоснабжение
дизеля.
В настоящее время только три фирмы в мире производят свои
МОД — фирмы «MAH-B&W» (типа МС и ME), «Sulzer» (типа
КТА) и «Mitsubishi» (типа UE серии LA). В конструкции этих дви-
гателей много общего: прямоточно-клапанная продувка, изобар-
ная система наддува, приспособленность к работе на тяжелых
топливах и длинноходная конструкция. В настоящее время дос-
тигнуто значение S/D = 4,0. Ожидается, что в ближайшие годы у
МОД будут достигнуты значения Рте = 2 МПа и =16,5 МПа.
Учитывая тенденцию увеличения Рте, D и S, можно ожидать в
будущем увеличения максимальной цилиндровой мощности
МОД до 8,0—10,0 тыс. кВт. Современные МОД могут обеспечить
практически любую агрегатную мощность: 1600... 100 000, а СОД —
до 30 тыс, кВт.
СОД продолжают развиваться по тем же направлениям, что и
МОД — путем повышения экономичности и надежности, сниже-
ния расходов на техническое обслуживание и ремонт дизелей, в
том числе и путем уменьшения числа цилиндров и повышения
цилиндровой мощности.
Зарубежные фирмы продолжают совершенствовать свои СОД.
Гак, у СОД компании «MAH-B&W» значение ge за последние годы
снизилось с 210 до 170 г/(кВт • ч) за счет повышения Р^ до 15 МПа,
роста КПД системы наддува, увеличения давления впрыскивания
топлива до 130 МПа, оптимизации степени сжатия (е) и снижения
потерь на трение. В ближайшей перспективе среднее значение
1.3. Основные тенденции развития современного судового дизелестроения 19
эффективного давления (Р ) возрастет до 2,4—2,7 МПа, давление
впрыскивания топлива — до 200 МПа.
Опыт эксплуатации большого числа судов с МОД и СОД по-
казал, что первые из них существенно отличаются в лучшую сто-
рону по приведенным показателям. Поэтому подавляющее число
судов перспективной постройки будет оборудоваться МОД, в том
числе ролкеры, баржевозы, танкеры, контейнеровозы, балкеры,
некоторые типы паромов и др.
СОД, по-видимому, будут использоваться в основном на судах
умеренного тоннажа с ЭУ сравнительно небольшой мощности, а
также на судах арктического флота как с винтом регулируемого
шага (ВРШ), так и с электродвижением.
Наблюдается смещение типоразмерных рядов малооборотных
двигателей всех фирм в сторону моделей с малыми размерами ци-
линдров, которые раньше были характерны для среднеоборотных
двигателей. Малоразмерные малооборотные крейцкопфные дизе-
ли имеют хорошие перспективы по сравнению со среднеоборот-
ными тронковыми дизелями, вследствие повышенной способно-
сти работать на низкосортных тяжелых видах топлива с малыми
расходами масла, меньшим затратам на обслуживание (меньше
число цилиндров), меньшей шумности и большим моторесурсам.
Отказ от использования двигателей больших размерностей не слу-
чаен и вызван тем, что потребные мощности удается обеспечить
путем форсировки двигателей с малыми диаметрами цилиндров.
Значительная экономическая эффективность в судовых ди-
зельных установках может быть достигнута при утилизации тепла
отработавших газов, охлаждающей воды и циркуляционного мас-
ла. В настоящее время развивается метод использования тепла от-
работавших газов путем установки турбокомпаундных систем
(ТКС), в которой энергия отработавших газов используется не-
посредственно для привода газовой турбины, передающей энер-
гию на привод грибного винта либо на привод генератора элект-
рического тока.
Современной тенденцией развития судового дизелестроения
является внедрение электронной системы управления и контроля
параметров двигателя, а также безразборной функциональной тех-
нической диагностики. Для этого энергетическая установка осна-
щается компьютером и комплексом приборов диагностического
контроля за техническим состоянием оборудования, обеспечиваю-
щих их техническое обслуживание по состоянию. Этот комплекс
включает как встроенные компьютеризированные системы, так и
ряд специализированных приборов, таких как виброметры, тепло-
визоры, эндоскопы и др. Опыт показывает, что применение таких
20
Глава 1. История развития судовых дизельных установок
приборов позволяет снизить затраты на техническое обслуживание
примерно на 20—25% без снижения надежности.
Наиболее современным примером двигателя с электронным
управлением могут служить дизели фирмы «МАН-Б и В», лицен-
।интом которой является ООО «Брянский машиностроительный
ШПОД». В настоящее время в стадии постройки и эксплуатации
пн ходится уже более 10 судов, оборудованных дизелями с элект-
ронным управлением этой фирмы.
Опыт эксплуатации двигателей с электронным управлением,
названных «интеллектуальным дизелем», показал достаточно вы-
сокую их надежность. Электронное управление позволяет осуще-
с । вл ять гибкое управление двигателем в зависимости от преследу-
емой цели управления и конкретного режима работы двигателя.
Интеллектуальный двигатель с электронным управлением бази-
руется на двигателе обычной серии МС (МС-С), т.е. основные
конструктивные его элементы (детали остова, коленчатый вал,
цилиндровые втулки, крышки цилиндров и т.д.) не отличаются от
элементов двигателей МС (МС-С). Отличие состоит только в кон-
струкции и принципах управления топливной аппаратурой и сис-
темой газораспределения.
Двигатели с электронным управлением образовали серию ME
(Е — обозначает электронное управление). Серия ME включает
судовые малооборотные дизели с диаметром цилиндров от 500 до
1080 мм. Серия ME охватывает диапазон мощностей от 4000 до
100 000 кВт в одном агрегате.
Одним из основных достоинств двигателей с электронным
управлением является более низкий расход топлива на эксплуата-
ционных режимах работы (в диапазоне мощности от 50 до 85% от
поминальной). Расход топлива двигателей серии ME достигает
предельно низкой величины —155 г/(кВт*ч).
Более высокая экономичность двигателя достигается тем, что
фазы и интенсивность впрыскивания топлива, а также фазы от-
крытия и закрытия выпускного клапана являются оптимальными
при всех постоянных и переходных нагрузках.
В «интеллектуальном» двигателе предусматривается непре-
рывный контроль параметров (мониторинг) цилиндров двигателя
и автоматическое поддержание одинаковой нагрузки по всем ци-
линдрам. Это повышает надежность работы двигателя в целом и
увеличивает периоды между вскрытиями цилиндров.
В конструкции двигателя в связи с отсутствием распредели-
тельного вала для обеспечения впрыскивания топлива и подъема
выпускных клапанов используется гидравлический контур масла,
находящийся под давлением 20,0 МПа. Контур содержит отфиль-
1.3. Основные тенденции развития современного судового дизелестроения 21
трованное масло из циркуляционной системы главного двигателя.
В отличие от двигателей серии МС (МС-С) двигатель с электрон-
ным управлением путем гибкого регулирования топливной аппа-
ратуры и системы газораспределения может настраиваться на раз-
личные «низкоэмиссионные режимы», при которых эмисссия
окислов азота (Nox) может быть существенно ниже.
Двигатель, имеющий электронное управление, обеспечивает
достаточно интенсивное впрыскивание топлива в цилиндр двига-
теля и стабильную регулировку цикловой подачи независимо от
скоростного режима работы двигателя. Вследствие этого двига-
тель устойчиво работает при частоте вращения коленчатого вала,
которая составляет всего лишь 10—12% от номинальных оборотов
двигателя.
Двигатель с электронным управлением имеет значительно
лучшие свойства приемистости. Гибкое управление фазой откры-
тия выпускных клапанов позволяет интенсивней разгонять ротор
турбокомпрессора, тем самым повышая давление продувочного
воздуха. Это, в свою очередь, позволяет более динамично увели-
чивать подачу топлива в цилиндры двигателя. Возможность дина-
мичного нагружения двигателя важна при выполнении маневрен-
ных операций.
Еще одним преимуществом является то, что двигатель серии
ME становится легче своего предшественника. Так, двигатель с
диаметром цилиндра 600 мм легче двигателя МС-серии на
3 т на каждый цилиндр.
«Мозговым центром» судового двигателя с электронным уп-
равлением является многофункциональный контроллер.
Основным силовым элементом, обеспечивающим работу топ-
ливных насосов и выпускных клапанов, является гидравлическая
насосная станция с приводом от коленчатого вала (при останов-
ленном двигателе ее привод осуществляется от электродвигате-
лей), обеспечивающая подачу масла в контуры двигателя под вы-
соким давлением. «Интеллектуальный» судовой двигатель серии
ME перестал быть чисто экспериментальной разработкой и пред-
лагается фирмой-лицензиаром для коммерческого использова-
ния. Ряд судов уже оснащены подобного типа двигателями, и ре-
зультаты наблюдения за ними в эксплуатации показывают, что
они превосходят по сервисным свойствам двигатели традицион-
ной конструкции. Следует ожидать, что доля «интеллектуальных»
двигателей, закупаемых на мировом рынке, будет непрерывно
увеличиваться.
22
Глава 1. История развития судовых дизельных установок
Глава 2
СУДОВЫЕ ДИЗЕЛИ
2.1. Технические требования к судовым дизелям
Судовые дизели должны удовлетворять требованиям
ГОСТ 10150-88 и соответствовать правилам Регистра и речного
Регистра РФ.
Основными требованиями, которые предъявляются к судовым
энергетическим установкам, являются высокая надежность в ра-
боте при большом моторесурсе, простота обслуживания и ремон-
та, наименьший удельный расход топлива (причем дешевого, вы-
соковязкого), небольшая масса и габариты, наименьшая сто-
имость установки.
Однако к судовым дизельным установкам предъявляются и
другие не менее важные многочисленные требования.
1. Продолжительность реверсирования дизеля не должна пре-
вышать 15 с при испытаниях на стенде или малом ходу судна.
У главных судовых дизелей с реверсивными муфтами продол-
жительность переключения реверсивной муфты не должна пре-
вышать 8 с. Нагрузка и частота вращения дизеля при этом уста-
навливаются по согласованию изготовителя с потребителем (за-
казчиком).
Допускается вместо продолжительности переключения ревер-
сивной муфты определять продолжительность реверсирования,
которая не должна превышать 15 с.
Продолжительность реверсирования дизеля и (или) переклю-
чения муфты на номинальном режиме работы судна устанавлива-
ют в технических условиях на дизеле конкретного типа.
2. Главные судовые реверсивные дизели должны устойчиво
работать на заднем ходу при мощности не менее 85% номиналь-
ной или полной.
Мощность на валу основного отбора мощности главных судо-
вых нереверсивных дизелей с реверсивной передачей при работе
2.1. Технические требования к судовым дизелям и т.д.
23
передачи «назад» должна быть не менее 70% номинальной или
полной.
По согласованию изготовителя с Регистром или Речным реги-
стром РФ допускается устанавливать меньшие значения мощнос-
ти заднего хода для двухтактных дизелей и нереверсивных четы-
рехтактных дизелей с частотой вращения 1300 мин-1 и более.
3. Надежный пуск сжатым воздухом дизеля, работающего на
топливе по ГОСТ 305, обеспечивают в течение времени, не пре-
вышающего 8 с, при температуре воздуха на впуске, а также ох-
лаждающей жидкости, масла и дизельного топлива в системах ди-
зеля 281 К (8°С).
4. Вместимость пусковых баллонов должна обеспечивать не
менее 12-ти последовательных пусков и реверсов реверсивных ди-
зелей и не менее 6-ти пусков нереверсивных дизелей (без пополне-
ния пусковых баллонов воздухом), начиная с холодного состояния.
5. Минимально устойчивая частота вращения дизеля под на-
грузкой и допускаемая продолжительность непрерывной работы
на этой частоте должны соответствовать значениям, указанным в
табл. 2.1.
Таблица 2.1
Назначение главного судового дизеля Минимально устойчи- вая частота вращения, % от соответствующей на номинальной или полной мощности, не более Допускаемая продол- жительность непрерыв- ной работы, ч, не более
С прямой передачей на винт фиксированного шага (или через редуктор) 30,0 4,0
С передачей на винт фиксированного шага, имеющей разобщитель- ные устройства, или на винт регулируемого шага 30,0 4,0
6. Длительность непрерывной работы дизелей на холостом
ходу и допустимые при этом частоты вращения устанавливают в
технических условиях на дизели конкретного типа в зависимости
от конструктивных особенностей и назначения дизеля.
24
Глава 2. Судовые дизели
7. Дизели должны обеспечивать устойчивую и надежную ра-
Оогу на любых режимах, определяемых полем допустимых нагру-
юк, заключенных между верхней и нижней ограничительными
характеристиками в диапазоне от минимально устойчивой часто-
ты вращения до частоты вращения, соответствующей номиналь-
ной или полной мощности.
По согласованию изготовителя с потребителем (заказчиком)
допускается ограничивать продолжительность работы на отдель-
ных режимах.
8. Дизели не должны иметь запретных зон частот вращения,
обусловленных крутильными колебаниями в рабочем диапазоне
от минимально устойчивой частоты вращения до максимальной
или частоты вращения, соответствующей полной мощности.
Зоны опасных крутильных колебаний должны отстоять не ме-
нее чем на 3% от минимально устойчивой и максимальной часто-
ты вращения или частоты вращения, соответствующей полной
мощности.
Для дизелей в составе энергетической установки допускается
наличие запретных зон в рабочем диапазоне частот вращения по
согласованию изготовителя с потребителем (заказчиком), а для
судовых дизелей, кроме того, с Регистром или Речным регист-
ром РФ.
Зоны опасных крутильных колебаний устраняет разработчик
установки совместно с изготовителем дизеля.
9. Дизели, для которых установлена номинальная мощность,
должны развивать в течение 1 ч максимальную мощность, состав-
ляющую 110% номинальной.
Суммарная наработка на режиме максимальной мощности не
должна превышать 10% времени, отработанного дизелем с начала
эксплуатации или после ремонта.
Периодичность повторения режимов максимальной мощнос-
ти устанавливают в технических условиях на дизель конкретного
типа.
10. Главные судовые двигатели должны пускаться на пере-
дний и задний ход при любом положении коленчатого вала.
И. Судовые дизели должны надежно работать при температу-
ре воды внешнего контура (забортной воды) от 271 К (-2°С) до
305 К (+32°С).
12. Дизели должны надежно работать при кренах и дифферен-
тах (относительно их осей), указанных в табл. 2.2.
2.1. Технические требования к судовым дизельным энергетическим установкам 25
Таблица 2.2
Назначение судового дизеля Крен, не более, град Дифферент, не более, град
длительный кратко- временный длительный кратко- временный
Главные и вспомога- тельные Аварийные 15 22,5 45 45 5 10 10 10
13. Направление вращения коленчатого вала дизеля и вала ос-
новного отбора мощности устанавливают в соответствии с требо-
ваниями ГОСТ 22836-77.
Главные судовые дизели изготовляют с правым или левым на-
правлением вращения. Расположение органов управления, кол-
лекторов и турбокомпрессоров определяется при заказе потреби-
телем (заказчиком).
14. Обозначение и нумерация цилиндров вновь разрабатывае-
мых дизелей — по ГОСТ 23550-70, остальных дизелей, в том числе
модернизируемых и разрабатываемых на базе серийных дизелей
для их замены, — по техническим условиям на дизели конкретно-
го типа.
15. Вспомогательные агрегаты (продувочные и наддувочные
агрегаты, водяные, масляные и топливоподкачивающие насосы),
устанавливаемые на судовые высокооборотные и среднеоборот-
ные дизели, должны приводиться непосредственно от дизеля.
По согласованию изготовителя с потребителем (заказчиком)
допускается устанавливать вспомогательные агрегаты с автоном-
ным приводом.
16. У каждого судового дизеля должна быть предусмотрена
возможность проворачивания коленчатого вала механизирован-
ным или ручным приводом.
17. Дизели должны быть автоматизированы или по согласова-
нию изготовителя с потребителем (заказчиком) подготовлены к
автоматизации. Степень и объем автоматизации устанавливают по
ГОСТ 14228 в техническом задании и технических условиях на
дизели конкретного типа.
18. Дизель следует оборудовать регулятором частоты враще-
ния, соответствующим назначению дизеля и обеспечивающим
параметры системы автоматического регулирования частоты вра-
щения по ГОСТ 10511.
26
Глава 2. Судовые дизели
19. Главные судовые дизели должны иметь органы местного
(аварийного) управления, расположенные непосредственно на
дизеле, и комплектоваться приборами текущего контроля основ-
ных параметров.
Направление перемещения органов управления должно соот-
ветствовать требованиям стандарта на направление перемещений
органов ручного управления.
20. По согласованию изготовителя с потребителем (заказчи-
ком) дизели оборудуют счетчиками часов работы.
21. Дизель следует оборудовать терморегуляторами по
ГОСТ 22464. Система автоматического регулирования температу-
ры должна обеспечивать поддержание регулируемых температур
жидкостей в системах охлаждения и смазки дизеля в пределах об-
щей неравномерности, значение которой при изменении нагруз-
ки от 25 до 100% и изменении температур забортной воды в соот-
ветствии с п. 11 должно быть не более 12 К для дизелей с водо-
водяным охлаждением и не более 18 К для дизелей с водо-воздуш-
ным охлаждением.
22. Удельный расход топлива указывают в граммах на кило-
ватт-час с допуском в граммах на киловатт-час. Значение допуска
устанавливают в технических условиях на дизели конкретного
типа, но не более 5% численного значения удельного расхода топ-
лива на соответствующем режиме.
Для дизелей с диаметром цилиндра до 100 мм на период при-
работки допускается устанавливать значение допуска не более 8%.
Продолжительность приработки определяется техническими ус-
ловиями на дизели конкретного типа.
23. В качестве стандартных исходных условий для определе-
ния стандартной мощности по международным стандартам
(ИСО) и соответствующего ей удельного расхода топлива прини-
мают:
атмосферное давление — 100 кПа;
температуру окружающего воздуха — 298 К (25°С);
относительную влажность — 30%;
температуру охлаждающей воды на входе в охладитель надду-
вочного воздуха — 298 К (25°С);
сопротивление на впуске и выпуске — 0 Па.
24. Температура поверхности частей дизеля и экранов, с кото-
рыми возможно соприкасание персонала при обслуживании ди-
зеля, не должна превышать 333 К (60°С).
25. Вращающиеся элементы дизеля следует оборудовать за-
щитными кожухами и устройствами.
2.1. Технические требования к судовым дизельным энергетическим установкам 27
26. Дизели с диаметром цилиндра до 200 мм, не имеющие вен-
тиляции картера, и дизели с диаметром цилиндра более 200 мм
следует оборудовать предохранительными устройствами от взры-
вов в картере.
Предохранительное устройство должно срабатывать при из-
быточном давлении 0,02 МПа.
При необходимости дизели оборудуют принудительной вен-
тиляцией картера.
27. При включенном валоповоротном устройстве должна быть
исключена возможность пуска двигателя, а также исключено са-
мопроизвольное включение этого устройства при работе дизеля
или при проворачивании дизеля воздухом.
28. Детали и сборочные единицы дизеля массой 50 кг и более,
подлежащие перемещению в процессе разборки и ремонта, долж-
ны быть приспособлены для строповки.
На деталях и сборочных единицах массой от 20 до 50 кг долж-
ны быть предусмотрены места, обеспечивающие удобство их пе-
ремещения.
Для того чтобы судовой дизель полностью отвечал своему на-
значению, он должен также отвечать экологическим, эстетичес-
ким, сертификационным и другим требованиям. Некоторые из
них являются обязательными, другие — рекомендуемыми.
2.2. Типы и условные обозначения судовых
дизелей
В судовых энергетических установках применяются МОД,
СОД и ВОД. Типаж этих двигателей разнообразен не только по
геометрическим размерам и конструктивному исполнению, но и
по параметрам рабочего процесса. Разделение судовых дизелей на
МОД, СОД и ВОД чисто условное и каждая группа классифици-
руется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. К
СОД, согласно публикациям последних лет относят двигатели с
частотой вращения от 350 до 1200 мин-1. Они применяются на су-
дах в качестве главных и вспомогательных двигателей. При часто-
те вращения коленчатого вала ниже 350 мин-1 — МОД, а выше
1200 мин-1 — ВОД. МОД используются только в качестве главных
двигателей, а ВОД — как вспомогательные и главные для судов в
основном с электрической и гидравлической передачами.
В настоящее время определились основные зарубежные дизелес-
троительные фирмы: «МАИ — Бурмейстр и Вайи» (МАН — Б и В),
«Зульцер», «Мицубиси» и «Пилстик», которые в текущие годы по
выпуску дизелей в процентном отношении занимают ведущие места.
28
Глава 2. Судовые дизели
Каждая дизелестроительная фирма маркирует свои двигатели
и соответствии со своими традициями, и поэтому не существует
единого мирового обозначения.
Условное обозначение отечественных дизелей в соответствии
с ГОСТ 10150-88 должно состоять из букв и чисел:
Ч — четырехтактный;
Д — двухтактный;
ДД — двухтактный двойного действия;
Н — с наддувом;
Р — реверсивный;
С — с реверсивной муфтой;
П — с редукторной передачей;
К — крейцкопфный.
Число перед буквами означает число цилиндров; число над
чертой — диаметр цилиндра в сантиметрах, под чертой — ход
поршня. Отсутствие в условном обозначении буквы К указывает,
что дизель тронковый, буквы Р — дизель нереверсивный.
Приведем пример условного обозначения дизеля двенадцати-
цилиндрового, четырехтактного, с наддувом, с реверсивной муф-
той, с редукторной передачей, с диаметром1 цилиндра 18 см и хо-
дом поршня 20 см: 1
12 ЧНСП 18/20
Условное обозначение малооборотных двигателей ряда МС
фирмы MAN B&W Diesel А/S идентифицируется следующими
буквами и цифрами:
2.2. Типы и условные обозначения судовых дизелей
29
Маркировка дизелей предыдущих лет выпуска некоторых
фирм приведена в табл. 2.3.
Дизелестроительные фирмы маркируют дизели буквами и
цифрами. Буквы в марке характеризуют конструкционные осо-
бенности дизеля. Цифры в марке обозначают: первая — число
цилиндров; после буквенной маркировки в числителе — диаметр
цилиндров, см; в знаменателе — ход поршня, см (для дизелей
фирм «Гетаверкен», «Мицубиси», «Шкода» — в мм).
Дизели выпускаются «правого» и «левого» вращения. Порядок
определения направления вращения устанавливается ГОСТ
22836-77, который соответствует международному стандарту
ИСО 1204.
Для определения направления вращения судового, тепловоз-
ного и промышленного двигателя и двигателя специального на-
значения необходимо стать лицом к фланцу основного отбора
мощности или другого элемента соединения двигателя с потреби-
телем энергии. Располагаться при этом следует на воображаемом
продолжении оси вала отбора мощности.
Местонахождение наблюдателя при определении направления
вращения двигателя, имеющего отбор мощности с обоих концов
вала или нескольких валов через встроенный редуктор (мульти-
пликатор) или через реверсивный механизм, должно определять-
ся назначением двигателя.
При равнозначном отборе мощности с обоих концов вала двига-
теля местонахождение наблюдателя устанавливается предприятием-
изготовителем и указывается в технической документации.
Если коленчатый вал двигателя вращается по часовой стрелке,
то направление вращения двигателя «правое», при вращении про-
тив часовой стрелки — «левое».
Направление вращения судовых двигателей указывается так-
же в прикрепляемой к двигателю табличке предприятия-изгото-
вителя.
Однорядные судовые, тепловозные и промышленные дизели,
а также дизель-генераторы выпускаются правой и левой модели.
Модель определяется по расположению газовыпускного трубо-
провода, если смотреть на дизель со стороны фланца отбора мощ-
ности. У дизеля правой модели газовыпускной трубопровод рас-
положен справа, у левой модели — слева.
Для определения обозначения и нумерации цилиндров судо-
вых, тепловозных и промышленных двигателей наблюдатель дол-
жен располагаться так же, как и при определении направления
вращения.
30
Глава 2. Судовые дизели
Таблица 2.3
Маркировка дизелей зарубежных фирм
()собенности дизеля Фирма, страна
МАН, ФРГ «Зуль- цер», Швей- цария БиВ, Дания «Сторк», Нидер- ланды «Гета- вер- кен», Шве- ция ♦Фиат», Ита- лия «Докс- форд», Англия «Ми- цуби- си», Япо- ния «Шко- да», Чехия Дизе- ли Гер- мании
Двухтактный Z Z V Т (DM) - Р - - D(Z)
'кгырехтакт- ИЫЙ (с шндухоохла- нитслем) V(L) В М R(K) — R — — V
Крейцкопф- ный (двух- актный, реверсивный) К S Т (SW) G Т — с — —
Реверсивный (нереверсив- ный) — D — О — R — — R(S) и
1 ронковый (с милым отно- шением S/D) G Т(М) — — — — — т — —
• ’ газотурбин- ным наддувом (настоянного давления) (S) А В О и — т Е PN
(' наддувом, пепень надува С, D, Е — 2,3 — — S, SS J(N) — II, III А
< ’ реверсивной муфтой (с примой передачей) F — — — S
Модификации (со сварной рамой и 11 ой ками) с, в — w,z, АС —
(' редукторной передачей — G - — - - - - - -
(' управляе- мым выпуском - R — — - - - - -
(' нрямоточно- кш1 ванной продувкой L и
Примечание. V — V-образный («Зульцер», МАН); А — сварная рама, ли-
нзе стойки («Гетаверкен»); Н — вспомогательные («Зульцер», БиВ).
2. Типы и условные обозначения судовых дизелей
31
Цилиндры обозначают и нумеруют в соответствии с ГОСТ
23550-79, соответствующим стандарту ИСО 1205.
Цилиндры однорядного двигателя обозначаются цифрами 1,
2, 3... п, начиная от наблюдателя к противоположному концу дви-
гателя (рис. 2.1, а).
Цилиндры многорядного двигателя обозначаются с помощью
символов, состоящих из заглавной буквы латинского алфавита,
обозначающей ряд цилиндров, и цифры, указывающей порядко-
вый номер цилиндра в соответствующем ряду. Начинать следует
от наблюдателя и обозначать в соответствии с рис. 2.1, б и в.
Обозначение рядов цилиндров многорядного двигателя следу-
ет начинать последовательно с ряда, который первым пересекает-
ся воображаемой базовой полуплоскостью Р, вращающейся по ча-
Рис. 2.1. Обозначения цилиндров судовых, тепловозных и про-
мышленных двигателей:
а — рядный двигатель; б — V-образный; в — оппозитный
32
Глава 2. Судовые дизели
соной стрелке, с осью, совпадающей с осью коленчатого вала дви-
। ителя. При этом первый ряд цилиндров, включая ряд цилиндров
при ее начальном положении, должен обозначаться буквой А, а
цилиндры этого ряда — A[tAv Аг..Ап; второй ряд — В, а цилиндры
этого ряда — В}, В2, В3,...Вп; третий ряд — С и т.д. Начальным по-
ложением полуплоскости следует считать ее горизонтальное ле-
вое положение относительно наблюдателя (соответствует положе-
нию стрелки часов, направленной на цифру 9).
У многорядных двигателей с несколькими коленчатыми вала-
ми (двигатели с противоположно движущимися поршнями) осью
вращения полуплоскости следует считать ось вала основного от-
бора мощности, на который передается общая (суммарная) мощ-
ность со всех цилиндров двигателя.
У звездообразного двигателя используются символы много-
рядного двигателя в соответствии с рис. 2.2.
Рис. 2.2. Обозначения цилиндров судовых, тепловозных и про-
мышленных двигателей:
а — двухрядный; б — звездообразный
2.2. Типы и условные обозначения судовых дизелей 33
3 СЭУсДВС
Для двигателя с вертикальным расположением коленчатого вала,
в связи с невозможностью установления воображаемой полуплоско-
сти соответственно положению стрелки часов, направленной на
цифру 9, цилиндры обозначаются как и у многорядных двигателей,
по часовой стрелке, начиная отсчет рядов от навешанного на двига-
тель устройства или агрегата, указанного предприятием-изготовите-
лем (например, топливного насоса).
Однако некоторые фирмы нумеруют цилиндры и определяют
направление вращения не в соответствии с приведенными сведе-
ниями, особенно для дизелей, изготовленных до внедрения стан-
дартов. Так, фирма «Зульцер» назначает нумерацию цилиндров с
носового торца дизеля.
2.3. Параметры судовых дизелей
2.3.1. Малооборотные дизели
Большинство судов морского транспортного и значительная
часть судов морского промыслового флота оборудованы дизель-
ными установками с МОД. Применение МОД обусловлено их
высокой экономичностью, возможностью использования деше-
вых остаточных высоковязких топлив, высокой надежностью, от-
сутствием передач между двигателем и валопроводом, удобством
обслуживания, невысоким уровнем шума и вибраций.
Число цилиндров МОД может изменяться от 4 до 12 (при чис-
ле цилиндров 4 и 5 требуется специальная балансировка механиз-
ма движения с целью снижения неравномерности вращающего
момента и неуравновешенности на валу двигателя), что позволяет
перекрывать необходимый для судовой энергетической установки
диапазон мощности главного двигателя (ГД) от 1,6 до 100 МВт.
Малооборотные двигатели могут работать на тяжелых остаточных
сортах топлив котельных мазутах с вязкостью выше 350 мм2/с
(3500 с по Редвуду) и содержанием серы до 5%. Для работы на
вязких сортах топлив требуется хорошая топливоподготовка,
включающая очистку топлива от механических примесей и воды,
гомогенизацию топлива и его подогрев.
Параметры и конструкция судовых МОД как отечественного,
так и зарубежного производства весьма разнообразны, но все они
двухтактного типа. Наибольшей мировой известностью пользуют-
ся МОД, разработанные фирмами «МАН — Б и В Дизель», «Зуль-
цер» и «Мицубиси».
В настоящее время созданы высокоэкономичные модели су-
довых дизелей, в которых удельный расход топлива снижен до
166 г/(кВт*ч), а КПД достиг 52%. Особенно интенсивно совер-
34
Глава 2. Судовые дизели
шснствовались модели с частотой вращения не более 300 мин-1.
Появились супердлинноходные МОД с отношением хода поршня
к его диаметру (S/Д) равным четырем, что позволило снизить ча-
< югу вращения коленчатого вала до 80 мин-1. Освоение дизелей
и» сниженной частотой вращения способствует повышению эф-
фективности пропульсивного комплекса.
Основными конструктивными особенностями МОД являются
ртделение диафрагмой объемов рабочего цилиндра и картера,
интономная смазка зеркала цилиндров и наличие крейцкопфного
механизма (рис. 2.3).
В развитии МОД ведущих фирм отмечается единое направле-
ние: двигатели двухтактные, крейцкопфные, супердлинноходные
< нрямоточно-клапанной продувкой, изобарным газотурбинным
наддувом (при постоянном давлении газов перед турбиной) и гид-
равлическим открытием выпускных клапанов.
В своем размерном ряду МОД имеют диаметры цилиндров от
26 до 108 см, жесткую конструкцию остова с рамовыми подшип-
никами коленчатого вала, обеспечивающими возможность рабо-
п>| с максимальным давлением газов в цилиндре до 16 МПа
при среднем эффективном давлении (Рте) - 2МПа и давлении
наддувочного воздуха, достигающем 0,4 МПа.
Основные параметры МОД дизелестроительных фирм «МАН —
1> и В Дизель» приведены в табл. 2.4. Новые дизели серии МС-С
(вторая буква С обозначает «компактный»), разработанные этой
фирмой и выпускаемые по лицензии ЗАО «Брянский машино-
строительный завод», имеют те же диаметры цилиндра, увеличен-
ный ход поршня на 4—5%. Их мощность повышена примерно на
10% при сниженных на 10% длине и на 10% массе по сравнению с
соответствующими двигателями МС.
В настоящее время фирма разработала малооборотные двигате-
и и серии ME с электронной системой впрыска топлива и электрон-
ным регулятором частоты вращения коленчатого вала. В этой се-
рии предполагается выпуск компактного двигателя с максималь-
ным диаметром цилиндра 108 см с максимальной агрегатной мощ-
ностью почти 100 000 кВт при частотах вращения 90—94 мин-1.
В табл. 2.4. для среднего эффективного давления Рте, частоты
вращения коленчатого вала п, цилиндровой эффективной мощ-
ности Ац и удельного эффективного расхода топлива ge указаны
интервалы значений этих величин. Они соответствуют диаграмме
возможных номинальных мощностей и частот вращения (рис.
2.4.), на которые может быть отрегулирован двигатель. Эти пара-
метры ограничены областью, образованной параллелограммом
/ „ L4, и L3.
.’.Г Параметры судовых дизелей
35
Рис. 2.3. Поперечный разрез дизеля типа ДКРН 50/200 (S50 МС-С)
производства ЗАО «БМЗ» по лицензии фирмы «МАН — Б и В
Дизель».
36
Глава 2. Судовые дизели
Таблица 2.4
Параметры малооборотных судовых дизелей фирмы
«МАН — Б и В Дизель»
Тип дизеля Число цилиндров Д/s, см/см s/Д МПа П, МИН'1 N , кВт си’ ge, г/(кВт’ч)
К98МС 6-14 98/266 2,71 1,46-1,82 84-94 4100-5720 162-171
К98МС-С 6-14 98/240 2,45 1,46-1,82 94-104 4140-5710 162-171
S90MC-C 6-9 90/319 3,54 1,52-1,90 61-76 3140-4890 160-167
L90MC-C 6-12 90/292 3,24 1,22-1,90 62-83 2340-4880 155-167
К90МС 4-12 90/255 2,83 1,15-1,80 71-94 2210-4570 159-171
К90МС-С 6-12 90/230 2,56 1,44-1,80 89-104 3130-4570 164-171
S80MC-C 6-8 80/320 4,0 1,22-1,90 57-76 1860-3880 155-167
S80MC 4-12 80/306 3,83 1,15-1,80 59-79 1740-3640 155-167
L80MC 4-10 80/259 3,23 1,15-1,80 70-93 1750-3640 162-174
К80МС-С 6-12 80/230 2,88 1,44-1,80 89-104 2470-3610 164-171
S70MC-C 4-8 70/280 4,0 1,22-1,90 68-91 1490-3110 157-169
S70MC 4-8 70/267 3,81 1,15-1,80 68-91 1340-2810 157-169
L70MC-C 4-8 70/236 3,37 1,52-1,90 91-108 2090-3110 163-170
L70MC 4-8 70/227 3,24 1,15-1,80 81-108 1360-2830 162-174
S60MC-C 4-8 60/240 4,0 1,22-1,90 79-105 1090-2260 158-170
S60MC 4-8 60/229 3,82 1,15-1,80 79-105 980-2040 158-170
L60MC-C 4-8 60/202 3,37 1,52-1,90 105-123 1520-2230 164-171
L60MC 4-8 60/194 3,24 1,09-1,70 92-123 920-1920 159-171
S50MC-C 4-8 50/200 4,0 1,22-1,90 95-127 760-1580 159-171
S50MC 4-8 50/191 3,82 1,15-1,80 95-127 680-1430 159-171
L50MC 4-8 50/162 3,24 1,09-1,70 111-148 640-1330 161-173
S46MC-C 4-8 46/193 4,2 1,52-1,90 108-129 880-1310 169-174
S42MC 4-12 42/176 4,2 1,56-1,95 115-136 730-1080 172-177
S35MC 4-12 35/140 4,0 1,53-1,91 147-173 505-740 173-178
S26MC 4-12 26/98 3,8 1,48-1,85 212-250 270-400 174-179
Низкие частоты вращения при повышенном отношении дли-
ны хода поршня к диаметру цилиндра, а также увеличение отно-
шения максимального давления сгорания к среднему эффектив-
ному давлению способствуют повышению экономичности. Эф-
фект этих двух обстоятельств иллюстрируется рис. 2.5.
На рис. 2.6 показаны разрезы малооборотных крейцкопфрных
дизелей с самым маленьким диаметром цилиндра.
Основные параметры современных МОД фирм «Зульцер» и
«Мицубиси» приведены в табл. 2.5.
2.3. Параметры судовых дизелей 37
N, %
Рис. 2.4. Диаграмма нагрузок двигателей серии МС
Ag,, г/(кВт • ч)
б)
Рис. 2.5. Параметры, влияющие на удельный расход топлива:
а — влияние отношения хода поршня к диаметру цилиндра;
б — отношение максимального давления сгорания к среднему эффек-
тивному давлению
38
Глава 2. Судовые дизели
S26MC
L35MC
Рис. 2.6. Поперечные разрезы дизелей «БМЗ — МАН Б и В»
поколения МС ДКРН26/98 (S26MC) и ДКРН35/105 (L35MC)
Таблица 2.5
Характеристики современных МОД
Тип дизеля Число цилиндров Д/s см/см S/D Р , те’ МПа п, МИН”1 N , ей’ КВт г/(КВт»ч)
1 2 3 4 5 6 7 8
Дизели фирмы «Зульцер»
ЯТА84Т-Д 5-9 84/315 ЗД5 1,85 61-76 4100 160-168
RTA84 4-12 84/240 2,86 1,35-1,53 70-87 2100-2960 167-173
RTA68T-B 5-8 68/272 4,0 1,90 75-94 2940 161-169
RTA68 4-8 68/200 2,93 1,36-1,53 84-105 1390-1950 169-174
RTA60C 5-8 60/225 3,75 1,95 91-114 2360 164-170
RTA48 4-9 48/140 2,92 1,36-1,53 120-150 690-970 173-178
RTA38 4-9 38/110 2,89 1,36-1,54 152-190 410-610 175-181
2.3. Параметры судовых дизелей
39
Окончание табл. 2.5
1 2 3 4 5 6 7 8
Дизели фирмы «Мицубиси» серии UEC
85LSC 5-10, 12 85/236 2,78 1,71 102 3900 165
85LSII 5-10, 12 85/315 3JI 1,71 76 3860 163
75LSII 4-10, 12 75/280 3,73 1,70 84 2940 165
68LSE 5-8 68/269 3,96 1,90 95 2940 165
60LSII 4-8 60/230 3,83 1,74 105 1985 167
52LSE 4-8 52/200 3,85 1,90 127 1705 167
5DLSII 4-9 50/195 3,90 1,74 124 1375 167
43LSII 4-8 43/150 3,49 1,81 160 1050 173
37LSII 5-8 37/129 3,49 1,80 186 773 175
33LSII 4-8 33/105 3,18 1,76 215 566 177
2.3.2. Среднеоборотные дизели
Среднеоборотные дизели, к которым условно отнесены двига-
тели от 350 до 1200 мин-1, используются на судах в качестве главных
и вспомогательных двигателей. Наибольшее распространение они
имеют на паромах, пассажирских судах и т.п., для которых харак-
терны частые смены нагрузок и сравнительно высокие скорости.
Развитие СОД, как и других типов дизелей, определяется тре-
бованиями заказчиков, сложившимися под влиянием современ-
ной топливно-энергетической ситуации. Прежде всего, это высо-
кие экономичность и эксплуатационная надежность при работе
на тяжелых низкосортных топливах.
Если круг фирм — разработчиков конструкций МОД — в пос-
ледние годы неуклонно сужался, то, несмотря на постоянно иду-
щий процесс концентрации производства, разработкой и совер-
шенствованием собственных конструкций СОД сегодня заняты де-
сятки фирм, чем определяется разнообразие моделей двигателей,
острая конкуренция на рынке и общий высокий технический уро-
вень. В частности, среднее эффективное давление у наиболее фор-
сированных СОД достигает 2,5 и даже 3,0 МПа при одноступенча-
том наддуве, средняя скорость поршня составляет 8—10 м/с, а
удельный расход топлива — 170-165 г/(КВт*ч). Практически все
вновь проектируемые СОД приспособлены к работе на тяжелых
топливах вязкостью до 700 сСт при 50°С с содержанием серы до 5%.
Достигнутый уровень основных параметров СОД приведен в
табл. 2.6.
40
Глава 2. Судовые дизели
Таблица 2.6
Основные параметры СОД
Тип дизеля Компо- новка и число цилин- дров S/d Р, кВт/ цил Л, МИН'1 К, м/с Р , те’ МПа МПа gt, г/ (кВт • ч)
Фир- менное обозна- чение По ГОСТ 101 SO- 88
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Дизели фирмы «SEMT-Pieistick»
PC40L ЧН57/75 L5-9 1,32 1325 350 8,75 2,36 16,0 168*
РС4.2 ЧН57/62 VI0-18 L5-9 1,09 1215 400 8,27 2,30 13,5 180 175*
PC30L ЧН42.5/60 L5-9 1,41 736 450 9,00 2,30 18,0 163*
PC20L ЧН40/55 L6-9 1,38 607 475 8,71 2,22 15,0 176*
РС2.6 ЧН40/46 V10-18 L6-9 1,15 550 520 7,97 2,20 13,0 186 183*
PA6CL ЧН28/35 V12-18 L6-9 1,25 295 750 8,75 2,18 14,5 186
РА6 ЧН28/29 L6, 8 V12-20 1,04 294 1000 (900) 9,67 1,98(2,2) 13,5 204
РА5 ЧН25.5/27 V12-18 L4-9 1,06 220 1000 (900) 9,0 1,92(2,13) 14,5 194
Дизели фирмы «MAN-В и W»
L58/64 ЧН58/64 L6-9 1,10 1390/ 1300 428 400 9,1 8,5 2,30 15,5 174* 177
1Л8/60 V48/60 ЧН48/60 L6-9 V12-18 1,25 1050 514 500 10,3 10,0 2,26 2,32 16,0 178*—181 177*-180
L40/54 ЧН40/54 L6-9 1,35 720 720 700 550 514 500 9,9 9,2 9,0 2,32 2,48 2,48 16,0 178* 183
L32/40 ЧН32/40 L5-9 1,25 480 750 10,0 2,39 183*-186
V32/40 V12-80 480 720 9,6 2,49 - 182М85
L27/38 ЧН27/38 L5-9 1,41 340 320 300 800 750 720 10,1 9,5 9,1 2,35 2,35 2,30 — 186* 188
L20/27 V20/27 ЧН20/27 L5-9 V12-18 1,35 100 90 1000 900 9,0 8,1 1,42 10,0 200 199
Дизели фирмы «Sulzer»
ZA40 ЧН40/48 L12-18 Р6,8,9 1,20 660 600 9,60 2,20 15,5 172* 189
ZA40S ЧН40/56 L12-18 Р6,8,9 1,40 660 510 9,52 2,21 15,5 183 176*
7.3. Параметры судовых дизелей
41
Окончание табл. 2.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
АТ25 ЧН25/30 L12,16,18 Р6,8 1,20 220 1000 10,0 1,79 13,3 197 192*
S20 ЧН20/30 Р6, 8, 9 1,5 145 1000 (720) 10,0 1,85 (1,87) 15,0 195 189*
А20 ЧН20/24 Р6, 8 1,2 102,5 1000 8,0 1,63 - 209
Дизели фирмы «МаК»
М601С ЧН58/60 Рб.8,9 1,03 1100 425 8,56 1,96 14,5 177 173*
M35L ЧН35/45 Р6,8 1,29 470 600 9,00 2,16 14,5 181* 178
М35 ЧН35/38 Р6,8 1,09 490 750 9,50 2,14 14,5 184
М32С ЧН32/48 Р6,8,9 1,5 480 600 9,6 2,49 - -
М453С ЧН32/42 L12J6 Р6,8,9 1,31 368 600 8,40 2,17 15,0 178 175*
М25 ЧН25,5/40 Р6,8,9 1,57 300 720/750 9,6/ 10,0 2,35/2,37 - -
М20 ЧН20/30 Р6,8,9 1,5 170 190 900/ 10000, 9,0/ 10,0 2,41/2,42 - -
Примечания: * — минимальный расход топлива.
L — рядное расположение цилиндров, V — V-образное.
Почти все современные СОД работают по четырехтактному
циклу. Из крупных фирм практически только «General Motors»
(отделение «Electro-Motive Div») продолжает заниматься разра-
боткой и модернизацией двухтактных СОД.
Держателем лицензий фирмы «SEMT-Pielstick» является Рос-
сия, некоторые дизели этой фирмы выпускаются заводом «Рус-
ский дизель».
Диаметры цилиндров СОД, представленных в табл. 2.6, нахо-
дятся в пределах 200—620 мм. Сравнивая эти значения со значени-
ями СОД предыдущих лет, можно констатировать, что они прак-
тически не менялись за последнее десятилетие, хотя в зарубежной
практике и можно найти примеры увеличения диаметра цилиндра
при неизменном ходе поршня (так, британская фирма «Mirrlees
Blackstone» на известном двигателе К Major при его модернизации
увеличила Д с 381 до 400 мм), однако подобный путь выбирается
фирмами все реже.
Гораздо более популярным в последние годы стало удлинение
хода поршня СОД, рассматриваемое фирмами (в сочетании с по-
42
Глава 2. Судовые дизели
иышением степени сжатия и Р , совершенствование процессов
топливоподачи и смесеобразования) как средство повышения
пшл йеной экономичности и приспособленности к работе на топ-
пинах низкого качества (в частности, с пониженной воспламеняе-
мостью). По сравнению с созданием совершенно новых двигате-
лей, т.е. переходом на полностью новые базовые размеры цилин-
дра, такой подход обладает очевидными преимуществами, связан-
ными с возможностью непосредственно учитывать накопленный
опыт эксплуатации дизелей исходной конструкции и использо-
вать прежнее технологическое оборудование. Одновременно —
поскольку длинноходные модели, как правило, не вытесняют ко-
роткоходные, а служат дополнением к производственной про-
грамме фирмы-разработчика — расширяется номенклатура пред-
лагаемых потребителю моделей СОД, из которых он может выб-
рать наиболее подходящую для объекта применения по различ-
ным критериям (например, по частоте вращения, массогабарит-
пым показателем и др.).
В числе преимуществ, связанных с уменьшением п при сохра-
нении примерно на том же уровне средней скорости поршня, от-
мечают лучшее сгорание, обусловленное увеличением времени
па его протекание, и повышение механического КПД вследствие
меньших потерь на трение в подшипниках.
Тенденция к удлинению хода поршня у СОД выглядит вполне
логичной, поскольку соответствует требованиям, предъявляемым
судостроением и другими потребителями. Ведь важнейшей пред-
посылкой обеспечения экономичной работы дизеля на топливах с
ухудшенной воспламеняемостью является высокий уровень зна-
чений Ртах, что, однако, имеет следствием жесткую работу двига-
теля и, если отношение Р^Р слишком велико, ухудшение рабо-
тоспособности поршня и поршневых колец. Поддержание этого
отношения на приемлемом уровне (по некоторым оценкам оно не
должно быть выше 1,5) в широком диапазоне рабочих режимов
возможно при повышенной степени сжатия дизеля, что требует
увеличения хода поршня, так как в противном случае в камере
сгорания было бы недостаточно места для организации эффек-
тивного процесса сжигания топлива.
Следует отметить, что термодинамический потенциал длин-
ноходных машин известен достаточно давно: так, фирма «Sulzer»
уже в начале 1960-х годов проводила стендовые испытания дизе-
лей ЧН 32/50, а параллельно с известным двигателем ЧН 40/48
разрабатывала вариант ЧН 40/65. Однако потребность в таких
двигателях по-настоящему возникла лишь в последние годы, в
частности в связи с обострением топливной ситуации.
2.3. Параметры судовых дизелей
43
Созданию длинноходных моделей СОД предшествовали рас-
четные и экспериментальные исследования влияния на топлив-
ную экономичность как самой величины S/Д, так и других пара-
метров рабочего процесса. На рис. 2.7. показаны полученные фир-
мой «Ricardo» результаты моделирования рабочего цикла СОД,
иллюстрирующие влияние на удельный расход топлива степени
сжатия е и Р .
шах
Рис. 2.7. Изменение расходов топлива СОД
в зависимости от и е
шах
Сходные зависимости были выявлены в исследованиях фирм
«SEMT-Pielstick», MAN-B&W, МаК. Как следует из работ этих и
других фирм, для СОД оптимальными с точки зрения топливной
экономичности можно считать величины S/Д около 1,4, по-
рядка 150-180 бар и е в пределах 13-15. Двигатели с такими или
близкими параметрами были созданы в последние годы целым
рядом зарубежных фирм.
Если до недавнего времени большинство типов СОД имело
традиционно рядные (при числах цилиндров от 4—5 до 8—9) и
V-образные (от 8—10 до 18—20 цилиндров) компоновки, то в пос-
ледние годы многие новые типы и модификации двигателей (в
первую очередь, с относительно крупными базовыми размерами
цилиндров) создавались фирмами только в рядном исполнении. В
качестве примеров могут служить дизели «Stork-Werkspoor» типов
ЧН 62/66 и ЧН 24/26; MAN-B&W типов ЧН 58/64, ЧН 40/54 и ЧН
22,5/30; «SEMT-Pielstick» типов ЧН 57/75, ЧН 42,5/60 и ЧН 40/55;
МаК типов ЧН 58/60, ЧН 35/45 и ЧН 35/38; «Daihatsu» типа ЧН
32/40; «Mitsubishi» типа ЧН 24/30; «Deutz MWM» типа ЧН 23/32;
SKL типа ЧН 42/56.
44
Глава 2. Судовые дизели
Отмеченная тенденция, по-видимому, отвечает потребностям
судостроения и объясняется стремлением фирм-разработчиков
СОД обеспечить их конкурентоспособность по отношению к
МОД (прежде всего по эксплуатационной надежности и простоте
технического ухода и обслуживания). Число цилиндров у назван-
ных типов рядных машин варьируется в пределах от 5-6 до 8—9.
Исключение — два новых типа двигателей, спроектированные
только в V-образной компоновке: ЧН 25/30 фирмы «Wartsila-
Nohab» и ЧН 30/38 фирмы «Mitsubishi».
Пределы цилиндровых мощностей СОД практически не меня-
лись в последние годы, составляя 100—1415 кВт. Разумеется, ниж-
ний предел носит условный характер, поскольку, как уже отмеча-
лось, за рубежом существует и выпускается немало дефорсирован-
ных моделей. Что касается верхнего предела, то цилиндровая мощ-
ность наиболее крупного СОД «Stork-Werkspoor» типа ТМ620 за
период с 1980 г. выросла лишь на 5%. Здесь уместно заметить, что
если ранее зарубежные фирмы концентрировали свои усилия в пер-
вую очередь на повышении мощности СОД, то в последнее десяти-
летие на передний план выступили другие критерии развития ма-
шин этого класса. В стремлении максимально повысить экономич-
ность создатели СОД все чаще предлагают потребителям дизели в
дсфорсированных вариантах (с несколькими номинальными рабо-
чими точками). Так, фирма «Sulzer» для дизелей типа ЧН 40/48 на-
ряду с максимальной длительной мощностью (по стандарту ИСО
4)46/1), равной 640 кВт/цил, при той же частоте вращения 580 мин1
предлагает еще две экономичные форсировки: 600 кВт/цил и 550
кВт/цил, на которых обеспечиваются соответственно более низкие
расходы топлива. Подобным образом поступают и «SEMT-
Pielstick», MAN-B&W, «Stork-Werkspoor», МаК и др.
Агрегатные мощности СОД лежат в пределах 500—24260 кВт.
Показатели форсировки. Средняя скорость поршня vm у боль-
шинства современных СОД укладывается в диапазон 8—10 м/с. В
целом можно констатировать, что быстроходность СОД продол-
жает расти. Вместе с тем примечательно, что при создании моди-
фикаций с удлиненным ходом поршня у фирм нет единого подхо-
да к этому показателю: в одних случаях величина vm увеличивается
(«SEMT-Pielstick», «Sulzer», GMT), в других — уменьшается
(МаК, «Daihatsu», «Mitsubishi»), в третьих — остается на прежнем
уровне (MAN-B&W, «Wartsila»).
Среднее эффективное давление СОД продолжает постепенно
повышаться, перешагнув у многих новых моделей уровень 2,0 МПа.
Величины порядка 2,2—2,3 МПа освоены на серийных дизелях
«SEMT-Pielstick», MAN-B&W, «Sulzer», «Betgen», «Deutz MWM».
,’.3. Параметры судовых дизелей
45
Такому росту форсировок при одноступенчатых системах над-
дува способствовал прогресс в развитии турбокомпрессоров. Об-
ращает на себя внимание и значительное увеличение Р^, достиг-
шего на новых конструкциях СОД значений 16,0—18,0МПа.
Для оценки общего уровня форсировки СОД (особенно учи-
тывая наличие для многих типов нескольких лном) целесообразно
рассматривать Рте и vm совместно. Пригодным для этого показате-
лем, пропорциональным произведению Pme х vm, является удель-
ная поршневая мощность. Ее величина варьируется на современ-
ных СОД в пределах от 27,8 кВт/дм2 у дизеля «Hanshin» типа ЧН
28/46 до 54,5 кВт/дм2 у дизеля «Wartsila» типа ЧН 46/58. Значения
удельной поршневой мощности выше 50 кВт/дм2 характерны для
конструкций дизелей, в которых сочетаются высокие уровни фор-
сировки по среднему эффективному давлению (Рте от 2,1 МПа и
более) и быстроходности (vw от 9 м/с и выше).
Удельная литровая мощность СОД не выходит за пределы 6,1—
19,2 кВт/л, причем наименьшее значение относится к дизелю с
п = 395 мин-1, а наибольшее — к дизелю с п = 1200 мин-1.
Рассматривая характеристику топливной экономичности как
важнейшую в обеспечении конкурентоспособности СОД фирмы
в последние годы продолжали работать над снижением удельных
расходов топлива на наиболее характерных рабочих режимах и
обеспечением надежной эксплуатации при использовании низко-
сортных топлив. Как видно из табл. 2.6, диапазон значений ge у
большинства современных СОД составляет 170-200 г/(кВт*ч);
наиболее низкий расход — 165 г/(кВт*ч) — заявлен фирмой
«Wartsila» для нового дизеля ЧН 46/58, отличающегося наибольшей
форсировкой; в дальнейшем намечено довести ge до 160 г/(кВт*ч).
Новым техническим решением, с помощью которого ведущие
разработчики СОД в последние годы попытались еще больше повы-
сить топливную экономичность двигателей (а точнее, дизельных ус-
тановок), явилось применение силовых турбин. Турбокомпаундные
СОД были предложены фирмами «SEMT-Pielstick» (дизели РСЗО и
РС40) и «Sulzer» (дизели ZA40 и ZA40S). По данным французской
фирмы, использование вспомогательной турбины дает выигрыш в рас-
ходе топлива около 5,5 г/(кВт*ч) на режимах номинальной и 85%-
ной мощности (на частичных нагрузках ниже 65—70% от номиналь-
ной предусмотрен перепуск газов мимо силовой турбины, а избыточ-
ный воздух обеспечивает еще снижение Ье — на 8—9,5 г/(кВт*ч)).
Фирма «Sulzer» оценивает возможный эффект от применения сило-
вой турбины в 6 г/(кВт • ч). С применением турбокомпаудных схем
связывают дальнейший прогресс в повышении топливной эконо-
мичности и фирмы «МАН-Б и В Дизель», МаК и др.
46
Глава 2. Судовые дизели
Говоря о топливной экономичности СОД, следует также от-
мстить, что некоторые фирмы, наряду с приспособленностью сво-
их машин к тяжелым топливам, предусматривают возможность их
работы на газе. Интерес к этбму виду топлива возрос в последнее
время в связи с топливно-энергетической ситуацией и проблема-
ми экологии, вследствие чего разработкой газовых ДВС как с ис-
кровым зажиганием, так и газодизелей все интенсивнее стали за-
ниматься не только фирмы, специализирующиеся в этой области,
но и разработчики СОД, модифицируя свои конструкции различ-
ных моделей. В числе этих последних можно назвать двигатели
РС4.2 фирмы «SEMT-Pielstick» (разработкой газодизельного вари-
анта занималась японская фирма NKK), 52/55 фирмы «MAN-Б и В
Дизель», «K.Major» фирмы «Mirrlees Blackstone», RK270 фирмы
«Ruston», BL550 и А420Н фирмы GMT, TBD510 фирмы «Deutz
MWM» и др.
Удельные массы форсированных СОД варьируются в доста-
1очно широких пределах: от 5,2 кг/кВт у V-образных дизелей
•Mitsubishi» с п = 1200 мин-1 до 20,9 кг/кВт у рядных дизелей
•SEMT-Pielstick» с п = 350 мин"1.
Ресурсы до первой переборки варьируются у современных тя-
желотопливных СОД от 8 до 15 тыс. ч, причем фирмы нередко
оговаривают необходимость промежуточного выема одного —
цвух поршней через небольшой промежуток времени. Величина
ресурса до капитального ремонта достигает 60—70 тыс. ч.
Анализ параметров и конструктивных решений у СОД показы-
вает постепенное сближение конструкций ведущих фирм-разработ-
чиков. Массивность и простота конструкции, ее увеличенная жест-
кость вследствие выбора коробчатых форм, рядная компоновка де-
иают СОД по мере роста их форсировки все более конструктивно
схожими с крейцкопфными двухтактными двигателями (рис. 2.8).
Высокая экономичность главных СОД достигнута последова-
юльным внедрением решений, аналогичных для МОД.
Объявленные технико-экономические показатели рассматри-
ваемых СОД достигнуты за счет оптимизации параметров рабоче-
го процесса ртах, е, рк при повышении качества сгорания топлива
ia счет уменьшения продолжительности сгорания на 30%, при
повышении механического КПД до 0,92 и надежности основных
деталей и узлов СОД. На рис. 2.9. показано влияние изменения
тачений ртах на повышение экономичности СОД.
Объявленные технико-экономические показатели рассматри-
ваемых СОД достигнуты путем оптимизации параметров рабочего
процесса р^, е, рк при повышении качества сгорания топлива
вследствие уменьшения продолжительности сгорания на 30%, при
.’Л Параметры судовых дизелей
47
Рис. 2.8. Поперечный разрез дизеля типа РСЗО
фирмы «SEMT-Pielstick»
48
Глава 2. Судовые дизели
Л^, гДкВт’ч)
2
Рис. 2.9. Зависимости изменения удельного расхода топлива Ддв
от ртах и е:
1 — е = 14; 2 — е = 15; 3 — е = 17; 4 — е = 18; 5 — е = 20
повышении механического КПД до 0,92 и надежности основных
деталей и узлов СОД. На рис. 2.9. показано влияние изменения
значений р на повышение экономичности СОД.
Основные конструкционные и эксплуатационные решения
рассмотрим на примере дизеля фирмы МАК (рис. 2.10).
Дизель имеет:
— моноблочную чугунную фундаментную раму с размещен-
ным в ней коленчатым валом, которая обеспечивает жест-
кость конструкции дизеля;
— цельный коленчатый вал с противовесами для уменьшения
нагрузки на подшипники;
— моноблочный чугунный остов (станина) с большими выре-
зами — лючками для проведения ТО в картере дизеля;
— втулку цилиндра с азотированной поверхностью на глубину
0,026 мм, которая смазывается свежим маслом с высоким
щелочным числом (SAE 40); верхний бурт втулки интенсив-
но охлаждается с помощью сверленных каналов;
— головку поршня с хромовым покрытием верхней кольцевой
канавки.
Прогресс в развитии СОД, по-видимому, в будущем расширит
их применение в судовых энергетических установках, и они будут
конкурировать с МОД.
Отечественная промышленность выпускает главный судовой
дизель Г-74 (6ЧРПН 36/45) в различных модификациях. Дизель
предназначен для установки в качестве главного двигателя на реч-
ные и морские суда. Соединяется с гребным винтом через редук-
тор с передаточным числом 1,98 на переднем ходу и 1,5 на заднем.
Мощность дизеля 1150 кВт при частоте вращения 500 мин-1,
удельный расход топлива 214 г/(кВт*ч).
4 СЭУ с ДВС
2.3. Параметры судовых дизелей
49
ОАО «Коломенский завод» предлагает для проектирования
новых судов и замены двигателей других фирм двигатели размер-
ностью 30/38 с современными технико-экономическими показа-
телями в следующих исполнениях:
• в четырехцилиндровом (в диапазоне мощностей 450... 1450
кВт);
• в шестицилиндровом (800...2170 кВт);
• в восьмицилиндровом (1150...2800 кВт).
Частота вращения коленчатого вала для всех исполнений со-
ставляет 300...750 мин-1. Разработаны также V-образные модифи-
кации дизелей этой размерности.
Среднее эффективное давление до 2,34 МПа, расход топлива
при условиях ИСО 3041/1-(178—185) г/(кВт*ч).
Двигатели могут быть выполнены:
• автоматизированными;
Рис. 2.10. Среднеоборотный дизель фирмы МАК М32С
50
Глава 2. Судовые дизели
• нереверсивными для работы на реверс-редуктор (встроен-
ный или отдельно стоящий);
• с реверсом для работы непосредственно на винт фиксиро-
ванного шага;
• с непосредственным реверсом и встроенным редуктором с
различным расположением фланца отбора мощности отно-
сительно оси коленчатого вала и различными частотами
вращения вала отбора мощности или для работы на отдель-
но стоящий редуктор;
• с картером «сухого» или «мокрого» типа и свободным сли-
вом масла;
• с правым и левым направлением вращения;
• в составе дизель-генераторов с агрегатным размещением
установочного оборудования.
Проработана установка двигателей на судовой фундамент как
с жестким креплением, так и через опорные и упорные виброизо-
ляторы.
В 80-е годы XX в. на заводе создан уникальный по своим воз-
можностям мощностной ряд четырехтактных дизелей размернос-
тью 26/26. При высокой экономичности и хороших массогабарит-
пых показателях эти дизели имеют широкий диапазон мощностей
(от 360 до 5000 кВт) и выпускаются в четырех- и шестицилиндро-
вом рядном, а также в восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двад-
цати-цилиндровом исполнении V-образной компоновки. Среднее
эффективное давление до 2,3 МПа, расход топлива при условиях
ИСО - 178-185 г/(кВт*ч).
На базе этих двигателей в качестве судовых заводами в насто-
ящее время серийно выпускаются дизель-генераторы типа 22ДГ
мощностью до 1000 кВт с 8-цилиндровыми и 69ДГ мощностью
2094 кВт с 16-цилиндровыми дизелями.
По результатам анализа рынка судовых изделий Коломенский
завод ведет работы по созданию ли зель-ре вере-редукторных агрега-
тов и дизель-генераторов с четырех- и шестицилиндровыми двигате-
лями размерностью 26/26 рядного исполнения. Базовые модели ди-
юлей этого ряда имеют одобрение Регистра. При необходимости по
зданию конкретного заказчика могут поставляться главные судовые
дизели и дизель-генераторы во всем диапазоне мощностного ряда.
Использование подобных агрегатов, а также агрегатов на базе
дизелей размерностью 30/38 позволяет полностью решить пробле-
му замены импортных двигателей в речных судах и на судах типа
«река-море».
Отечественный главный судовой дизель 58Д-Р (16ДПН
23/2x30), двухтактный с противоположно движущимися поршня-
2.3. Параметры судовых дизелей 51
г
ми, двухрядный, с четырьмя коленчатыми валами, объединенны-
ми встроенной главной передачей, с турбонаддувом и промежу-
точным охлаждением воздуха применяется в качестве главного
двигателя, работающего на винт регулируемого шага. Имеются
также модификации для работы на винт фиксированного шага и
на генератор. Мощность двигателя 3310 кВт при частоте враще-
ния 643 мин-1, удельный расход топлива 222 г/(кВт*ч). Дизели
изготовляются также в двенадцати- и восемнадцатицилиндровых
исполнениях, могут быть реверсивными и нереверсивными.
Главные судовые двигатели ДД103 и ДД104 (8ЧНСП 18/22)
четырехтактные, с непосредственным впрыском топлива, с газо-
турбинным наддувом могут устанавливаться на судах речного,
морского и рыбопромыслового флота неограниченного района
плавания. Работают на гребной винт через реверс-редукторную
передачу. Различаются направлением вращения коленчатого вала.
2.3.3. Высокооборотные дизели
Они применяются в качестве главных двигателей на судах с
электрической, гидравлической и с реверс-редукторной переда-
чами, на судах на подводных крыльях, катерах и т.д., а также как
вспомогательные дизель-генераторы на крупных судах.
Отечественные быстроходные V-образные двигатели 12ЧНС
18/20 предназначены для использования в качестве главного двига-
теля судов на подводных крыльях и других скоростных судов. Они
оборудованы реверсивной муфтой, позволяющей воспринимать
осевую нагрузку от винта до 60 кН на переднем ходу и до 20 кН —
на заднем ходу. Мощность двигателя составляет 736 кВт при часто-
те вращения 1500 мин-1, удельный расход топлива — 218 г/(кВт*ч).
Для перспективных судов и катеров, а также с целью импорто-
замещения на эксплуатирующихся судах разработаны рядные ди-
зели ЧН 18/20 модели М480 с вертикальным расположением мо-
ноблока мощностью до 550 кВт.
Главный судовой двигатель 6ЧНСП 15/18 четырехтактный с
газотурбинным наддувом предназначен для использования на су-
дах речного и морского флота. Имеет реверс-редуктор, состоящий
из понижающей передачи и реверсивной муфты. Направление
вращения выходного фланца реверс-редуктора может быть правое
и левое. Для привода судовых механизмов предусмотрен вал отбо-
ра мощности. Мощность двигателя 173 кВт при частоте вращения
1500 мин-1, удельный расход топлива 228 г/(кВт*ч).
Рядный судовой двигатель 6ЧНСП 12/14 четырехтактный, с
газотурбинным наддувом — устанавливается в качестве главного
52
Глава 2. Судовые дизели
инигателя на катерах и баржах. Оборудован реверс-редуктором
HHG-70 с системой дистанционного управления, обеспечиваю-
щим передачу номинальной мощности как при переднем, так и
при заднем ходе. Имеется муфта отбора мощности для привода
судовых механизмов. Мощность двигателя 110 кВт при частоте
вращения 1500 мин-1, удельный расход топлива 235 г/(кВт»ч).
В народном хозяйстве широко используется малотоннаж-
ный флот, состоящий из катеров, моторных лодок и шлюпок. Реч-
ные и морские суда снабжаются спасательными и рабочими
шлюпками, разъездными катерами. Современные спасательные
шлюпки и катера должны иметь достаточно высокую скорость
(не менее 6—10 уз), чтобы быстро отойти от гибнущего судна
в безопасное место. Поэтому на них устанавливаются двигатели,
которые должны отвечать многочисленным специальным требо-
ваниям.
В качестве стационарных двигателей на судах малотоннажно-
го флота применяются высокооборотные малоразмерные отече-
ственные дизели типа 48,5/11, 49,5/11, 410,5/13, 412/14 и 415/18
в одно-,двух-, четырех- и шестицилиндровом исполнении. Эти
дизели с вихрекамерным смесеобразованием и электростартер-
пым пуском оборудованы реверс-редуктором. Характерным при-
мером таких дизелей может служить дизель 44СП 10,5/13, пред-
назначенный для использования в качестве главного двигателя на
катерах. Оборудован реверс-редукторной передачей типа РРП-20-
2 с передаточным числом около 2 на переднем и заднем ходах и
муфтой отбора мощности на переднем торце. Мощность дизеля
29, 4 кВт при частоте вращения 1500 мин-1, удельный расход топ-
лива 258 г/(кВт*ч).
Двигатель 44 10,5/13 (рис. 2.11) имеет несущий блок-картер 2
с поддоном 1. Втулки цилиндров 18 — чугунные. Головки 14 —
блочного типа: одна головка на два цилиндра. В головках нахо-
дятся вихревые камеры с вставной горловиной 9.
Поршни 17 изготовлены из алюминиевого сплава. Плавающий
палец поршня фиксируется пружинящими кольцами. Шатун —
двутаврового сечения, кривошипная головка выполнена с косым
разъемом. Поршневой подшипник имеет бронзовую втулку и сма-
зывается масляным туманом. У кривошипного подшипника име-
ются стальные вкладыши, заплавленные свинцовистой бронзой.
Коленчатый вал — цельный, с противовесами. Он лежит в подшип-
никах, выполненных на подвесках 3 со стальными вкладышами,
заплавленными свинцовистой бронзой. Каждый цилиндр имеет
впускной и выпускной 15 клапаны со штанговым приводом. Тол-
катели 5 плоские, распределительный вал 4 выполнен как одно це-
2.3. Параметры судовых дизелей
53
Рис. 2.11. Поперечный разрез дизеля 4410,5/13
54
Глава 2. Судовые дизели
юс с кулачковыми шайбами. Выпускной коллектор 13 охлаждается
нодой, всасывающий коллектор 16 снабжен сеткой.
Топливная система двигателя оборудована поршневым само-
регулирующимся подкачивающим насосом 6 и блочным золотни-
ковым насосом 7. Форсунки 11 штифтового типа. Топливный
фильтр войлочный.
Система смазки с мокрым картером оборудована шестерен-
ным масляным насосом. Сетчато-войлочный фильтр и диафраг-
менный охладитель помещены в общий корпус. В настоящее вре-
мя двигатели поставляются с масляными центрифугами.
Система охлаждения замкнутая, снабжена расширительным
баком 12, навешанным на двигатель. Насос забортной воды — ло-
пастной самовсасывающий, насос внутреннего контура — вихре-
вой. Водяной охладитель выполнен трубчатым.
Пуск двигателя осуществляется электростартером 19. Для об-
легчения пуска установлены запальная спираль 10 и декомпресси-
онное устройство с валиком 8.
На малотоннажном флоте используются и отечественные ав-
юмобильные и тракторные двигатели, конвертированные в судо-
вые (табл. 2.7).
Конструкционная схема дизелей зарубежного производства
фирм «Петтер», «Перкенс», «Листер» и «Вольво Пента», отече-
ственных типов 48,5/11 и 49,5/11 единая. Дизели фирмы «Петер»
п «Листер» имеют систему воздушного охлаждения, фирм «Пер-
кенс» и «Вольво Пента» — одноконтурную (проточную) систему
охлаждения и оборудованы дополнительным насосом для осуше-
ния шлюпки. Спецификой дизелей зарубежных фирм является
наличие камеры сгорания в поршне и одного-двух цилиндров.
Такие дизели легче раскрутить вручную.
Развитие дизелей типов 4 8,5/11 и 4 9,5/11 идет путем перево-
да их на единую унифицированную размерность 9,2/11 с мощнос-
тью 22 кВт.
Судовые ВОД различной размерности и мощности выпуска-
ются многими отечественными и зарубежными фирмами, поэто-
му отмечается их многообразие.
В сводной табл. 2.8. приведены типы и основные параметры
отечественных судовых МОД, СОД и ВОД.
Ориентация на двигатели этих типов, а также дизель-редук-
горные и дизель-электрические агрегаты на базе таких двигателей
практически полностью обеспечивает комплектование судов пер-
спективными энергетическими дизельными установками как на
основе лицензионных моделей, так и прогрессивных отечествен-
ных образцов.
2.3. Параметры судовых дизелей
55
Таблица 2.7
Технические характеристики автомобильных и тракторных
двигателей, конвертированных в судовые
Марка двигателя Тип двигателя Расположение и число цилиндров Мощность, кВт Диаметр цилиндра, мм Ход поршня, мм Рабочий объем цилиндров, л Частота вращения коленчатого вала, с1 Масса, кг Степень сжатия Удельный расход топлива, г/(кВт*ч) Применяемое топливо Порядок работы цилиндров
М8ЧСП У-100 Карбюратор- ный четы- рехтактный V8 66,5 92 80 4,25 46,5 360 6,7 342 А-76 1-5- 4-2- 6-3- 7-8
М51-УМ То же Р6 45,0 82 110 3,48 46,5 370 6,2 380 А-72 1-5- 3-6- 2-4
ВАЗ-2103 )> Р4 56,6 76 80 1,45 93,0 140 8,5 310 Ш-93 1-3- 4-2
М21 » Р4 51,2 92 92 2,45 47,25 145 6,7 400 А-76 1-2- 4-3
ЗИЛ-130 » V8 НО 100 95 5,98 53,75 447 6,5 390 А-76 1-5- 4-2- 6-3- 7-8
ЗИЛ-375 V8 132 108 95 7,0 53,75 435 6,5 390 А-76 1-5- 4-2- 6-3- 7-8
ЯАЗ-204В Дизельный двухтактный Р4 59,0 108 127 4,56 30,0 1235 16,0 310 ДТ 1-3- 4-2
Д20 Дизельный четырех- тактный Р2 13,25 125 140 1,71 26,75 300 15,0 280 ДТ 1-2
Примечания: 1. V-V-образное расположение цилиндров, Р-рядное
расположение цилиндров. 2 — ДТ- дизельное топливо.
Таблица 2.8
Типоразмерные ряды судовых дизелей, предлагаемых к
производству отечественным двигателестроением
Тип двигателя по ГОСТ Число цилиндров Диапазон частот вращения, МИН"1 Диапазон агрегатных мощностей, кВт Удельный расход топлива, г/ кВг*ч Удельная масса, кг/ кВт
ЗАО «Брянский машиностроительный завод»
ДКРН26/98 4-8 212-250 1100-3200 174-179 16,1-25,9
ДКРН35/105 4-8 178-210 1760-5200 171-177 16,3-26,2
ДКРН35/140 4-8 145-170 1900-5600 170-175 16,4-29,4
56
Глава 2. Судовые дизели
ДКРН42/136 4-8 132-136 1920-7960 165-177 19,8-49,5
ДКРН42/176 4-8 115-136 2780-8200 169-174 20,5-36,7
ДКРН50/200 4-8 95-127 2760-11440 159-171 25,9-64,2
ДКРН60/195 4-8 92-123 3680-15360 159-171 29,0-70,2
ДКРН60/229 4-8 79-105 3920-16320 158-170 30,2-74,8
ДКРН70/227 4-8 80-106 5040-20960 158-170 33,2-76,7
ДКРН80/230 6-9 89-104 14820-32490 167-174 30,3-46,9
Фирма «Русский дизель»
ЧН20/27 Р5-9 V12,14,16,18 900-1000 450-1800 201 8,5-12,2
ЧН22/24 Р4,6,8, 825-1200 600-2800 191 5,4-12,8
V12,16
ЧН32/35 Р4,6,8,9 V12,16,18 720-750 1480-7380 188 6,1-14,5
АО «Завод Дальдизель»
ЧН 18/22 Р6 750-1000 110-467 193-206 9,2-19,0
АО «Волгодизельмаш»
ЧН21/21 Р4, 6 1000-1200 300-650 200-205 8,3-14,0
АО «БМЗ», АО «Румо»
ЧН23/30 Р5-8 720-900 525-1280 195 12,3-18,8
ЧН28/32 Р5-9 720-750 875-2205 192-193 14,0-17,4
АО «Коломенский завод»
ЧН26/26 V8,12,16 750-1000 590-3700 201-211 4,8-18,2
ЧН30/38 Р4,6,8 750 1200-2900 186 6,2-15,5
ЗАО « Румо»
ЧН32/40 Р6-9 720-750 2640-3960 181-182 12,1-13,2
Фирма «Русский дизель»
ЧН40/46 Р6 500-520 2500-2800 184 20,3-22,8
АО «Завод Дагдизель»
49,5/11 Р2,4,6 1500-1800 11-44 238 7,65-17,0
АО «Барнаултрансмаш»
ЧиЧН15/18 Р3,4 V8.12 1500 88-735 191-213 3,15-12,0
(БМД)
АО «Дизельпром»
ЧН16,5/18,5 V6,8,12 1500-1975 490-1600 205-218 2,2-3,8
АО «Звезда»
ЧН 18/20 V12 1500-1600 1100 200 2,45
Примечание: Р — рядные и V-образные модели двигателей
2.3. Параметры судовых дизелей
57
2.4. Характеристики судовых дизелей
Для качественной оценки, сопоставления и анализа технико-
экономических показателей работы дизеля на различных режимах
и в различных эксплуатационных условиях пользуются эксплуа-
тационными характеристиками. Различают характеристики соб-
ственно дизеля и характеристики потребителя энергии (корпуса,
судна, винта). Первые зависят от конструктивных особенностей
самого дизеля, вторые — от особенностей потребителя энергии и
условий плавания. Правильное сочетание характеристик дизеля и
потребителя энергии — основное условие для максимально воз-
можного использования энергетических возможностей дизеля.
Первичные характеристики (заводские) получают при стендо-
вых и приемо-сдаточных испытаниях. Их строят по результатам
испытаний правильно отрегулированного и находящегося в нор-
мальном техническом состоянии двигателя. Сравнивая эксплуа-
тационные характеристики с заводскими (первичными), прини-
маемыми за эталон, судят о техническом состоянии двигателя во
время эксплуатации.
Изменение рабочих параметров дизеля, представленное в виде
графических или табличных зависимостей от некоторого параметра,
принятого за основной, называется характеристикой двигателя.
В соответствии с выбором основного параметра характеристи-
ки получают наименования: скоростные — зависимости от часто-
ты вращения коленчатого вала (КВ), нагрузочные — от нагрузки
при постоянной частоте вращения КВ.
Нагрузочные характеристики. По нагрузочной характеристике
работают вспомогательные двигатели (ВД) для приводов генера-
торов, компрессоров, насосов, а также ГД на судах с электродви-
жением и на винт регулируемого шага (ВРШ). Режимы нагрузоч-
ной характеристики выдерживаются автоматически в пределах
степени неравномерности регулятора (3-5%). Основными режи-
мами нагрузочной характеристики является режим полной на-
грузки (100%), экономичный режим с минимальным удельным
расходом топлива (ge — ge min) и режим холостого хода.
Можно считать, что при работе дизеля по нагрузочной харак-
теристике мощность механических потерь сохраняется практичес-
ки постоянной на всех режимах, в связи с чем эффективная мощ-
ность дизеля пропорциональна среднему эффективному давле-
нию Рте.
При постоянной частоте вращения КВ дизеля не меняются и
его инерционные нагрузки и, следовательно, изменение механи-
ческой напряженности дизеля можно характеризовать изменени-
58
Глава 2. Судовые дизели
гм соответствующих показателей рабочего процесса: максималь-
ною давления цикла Р , степени повышения давления X, скоро-
। гн нарастания давления Ар/Аф по углу поворота КВ ф.
Рост этих параметров обычно усиливает виброактивность ди-
icjim. В отдельных случаях тепловое состояние дизеля при работе
по нагрузочной характеристике можно характеризовать значения-
ми температуры выпускных газов.
Так, умеренные значения температуры выпускных газов (до
40()’С) перед турбиной /. отмечаются у МОД типов МС фирмы
• МАН-Б и В Дизель», что обеспечивает низкую тепловую напря-
женность его деталей и соответственно высокую надежность. Зна-
чительно более высокие значения температур газов перед турби-
ной (до 550°С) наблюдаются у главных СОД типа 6PC2-5L фирмы
• 11 илстик».
На рис. 2.12, 2.13 показано изменение основных технико-эко-
номических показателей при работе по нагрузочной характерис-
Рис. 2.12. Изменение основных параметров дизеля 6ЧН 40/46
(6PC2-5L) в судовом дизель-редукторном агрегате ДРА-6800
(Ne = 2870 кВт, п = 520 мин-1) при работе по нагрузочной харак-
теристике:
1 — удельный расход топлива; 2 — максимальное давление сгорания;
3 — давление наддувочного воздуха за компрессором; 4, 5 — темпера-
туры выпускных газов за цилиндром и перед турбиной соответственно;
6 — удельный расход воздуха
2.4. Характеристики судовых дизелей
59
Рис. 2.13. Нагрузочные характеристики дизелей фирмы «Пил*
стик» РА6280 (S/D = 280/290, п = 1000 мин1 - - - -) и РА6280 CL
(S/D = 280/350, п = 750 мин1):
1 — удельный расход топлива; 2, 3 — температуры выпускных газов за
цилиндром и перед турбиной соответственно; 4 — давление продувоч-
ного воздуха; 5 — максимальное давление сгорания
тике отечественных дизелей 6ЧН 40/46 (6PC2-5L) и фирмы «Пил-
стик» РА6280 и PA6280CL.
Высокие технико-экономические показатели характерны для
главных СОД фирмы «Зульцер» (рис. 2.14). Низкие значения
удельного расхода топлива обеспечиваются высокими энергети-
ческими показателями наддува и небольшими значениями темпе-
ратур выпускных газов. Применение системы наддува при посто-
янном давлении газов перед турбиной в сочетании с оптимальной
настройкой топливной аппаратуры в дизеле типа 14V 52/55А фир-
мы МАН позволяет сохранить почти постоянным ge при уменьше-
нии рте (рис. 2.15). Нагрузочная характеристика МОД показана на
рис. 2.16.
Скоростные характеристики. К скоростным характеристикам
относятся внешние, ограничительные, винтовые и регуляторные.
Внешние характеристики. Основной скоростной характерис-
тикой дизеля являются внешняя — зависимость рабочих парамет-
ров дизеля от частоты вращения коленчатого вала при неизмен-
60
Глава 2. Судовые дизели
is- . ,
f "еявм//о(2Л4<У
75 100
Н«ном,У>(24-О)
25 50
-1______I______
25 50
Рис. 2.14. Нагрузочные харак*
теристики главных СОД фир-
мы «Зульцер» ZA40 {- - -) и Z40
(—) при п = 600 мин-1:
1 — удельный расход топлива;
2 — удельный расход воздуха;
3, 4, 5 — температуры выпускных
газов перед турбиной, за турби-
ной и за цилиндром соответ-
ственно; 6 — максимальное
давление сгорания
Рис. 2.15. Нагрузочная харак-
теристика главных СОД типа
14V52/55A фирмы МАН при
п=440 мин-1:
1 — часовой расход топлива;
2 — удельный расход топлива;
3 — эффективная мощность
пом положении топливной рейки (ТР), соответствующем полной
нагрузке. Аналогично могут быть определены (выставлены) вне-
шние характеристики, соответствующие другим положениям ТР.
Внешняя характеристика, определенная при положении ТР топ-
ливного насоса высокого давления на упоре, называется загради-
тельной.
4. Характеристики судовых дизелей
61
Рис. 2.16. Нагрузочная характеристика МОД 6ДКРН 26/98
(S26MC)
При работе дизеля по внешней характеристике с постоянной
установкой ТР частота вращения коленчатого вала меняется с из-
менением внешней нагрузки (шага винта, возбуждения генерато-
ра, наполнения гидротормоза и т.п.).
62
Глава 2. Судовые дизели
Внешние характеристики, соответствующие номинальной ус-
ни ювке ТР и минимальной с устойчивыми подачами топлива,
определяют поле возможных нагрузок дизеля. Что же касается до-
пустимых нагрузок, особенно при длительной работе, то следует
иметь в виду, что с понижением частоты вращения механическая
и тепловая напряженность дизеля может возрастать.
Характер изменения напряженности дизеля при изменении час-
нугы вращения КВ п зависит от многих факторов: тактности, спосо-
ба наддува, характеристик ТК (или приводного компрессора), харак-
I ср и стик топливных насосов. Снижение п при работе дизеля по
внешней характеристике может сопровождаться в начале некоторым
увеличением динамических характеристик рабочего процесса р ,
А. и Др/А(р, что вызывает повышенную виброактивность конструк-
ции, не допускающую длительную эксплуатацию на этих режимах.
( нижение п приводит также к ухудшению воздухоснабжения цилин-
дров дизеля практически при всех вариантах организации наддува,
чю ухудшает рабочий процесс и условия работы выпускных клапа-
нов, а также повышает удельный расход топлива. Это вызывает не-
обходимость ограничения работы дизеля по внешней характеристи-
ке при сниженных частотах вращения, строгого соблюдения правил
технической эксплуатации, инструкций по эксплуатации дизеля, со-
ставленных заводом-строителем, либо организации автоматической
пиниты в системе управления и регулирования. В связи с этим воз-
никает понятие об ограничительной характеристике.
Ограничительные характеристики. Ограничительной называ-
ется скоростная характеристика, при работе на которой параметр,
определяющий допустимость длительной эксплуатации дизеля, не
превышает номинального значения на любом режиме. В ограни-
чительную характеристику входит зависимость предельного поло-
жения ТР от частоты вращения.
Определяющий параметр — ограничивающий фактор — дол-
жен характеризовать совокупность механической и тепловой на-
грузок на дизель, обусловливающих степень надежности его эксп-
нуатации с заданным рабочим ресурсом. В некоторых случаях та-
ким параметром может быть токсичность или дымность выхлопа.
Судовые дизели часто эксплуатируются при частоте враще-
ния, более низкой по сравнению с номинальной. В этом случае
при нормальных винте и осадке, чистом корпусе и спокойной
иоде (до 3 баллов по шкале Бофорта) тепловая напряженность ди-
зеля будет ниже ограничительной. Но по мере обрастания корпу-
са, повреждений винта и т.п. запас по тепловой напряженности
может быть исчерпан и максимальная эксплуатационная мощ-
ность определится точкой на ограничительной характеристике.
Л4. Характеристики судовых дизелей
63
Условия работы судового дизеля часто на продолжительное
время существенно отклоняются от нормальных по различным
причинам (метеорологические условия и состояние моря, обрас-
тание корпуса, изменение характеристик винта и самого дизеля
вследствие естественного износа трущихся частей, условий плава-
ния). В этих случаях изменяются по сравнению с номинальным
соотношения между положением ТР, средним эффективным дав-
лением и частотой вращения КВ, в результате чего тепловая на-
пряженность дизеля может заметно возрасти.
Между тем форсирование дизелей наддувом, несмотря на об-
щую тенденцию сохранения на оптимальном уровне коэффици-
ента избытка воздуха при горении и коэффициента продувки, все
же заметно уменьшает разрыв между рабочим и предельным уров-
нями тепловой напряженности. Поэтому при невысоком запасе
по тепловой напряженности даже незначительные непроизволь-
ные изменения режима работы дизеля по возможности следует
исключать.
Ограничительная характеристика, определенная по любому
параметру, выполняет свое назначение только для исправного ди-
зеля. Следует отметить, что даже если не нагружать дизель за пре-
делами ограничительной характеристики, то это не будет доста-
точной гарантией его безотказной работы. Постепенное увеличе-
ние зазоров сверх допустимых в различных соединениях, наруше-
ния плотности прилегания клапанов, усталостные микроповреж-
дения (особенно в пружинах), коррозионные, кавитационные и
эрозионные разрушения точно обработанных поверхностей, осо-
бенно тех, состояние которых в первую очередь определяет каче-
ство рабочего процесса, — сопл распылителей топлива, форсуноч-
ной иглы, — и другие повреждения обязательно приведут к отказу
и даже к тяжелой аварии при работе дизеля в пределах ограничи-
тельной характеристики, если, накапливаясь, превысят некоторое
критическое значение, за которым процесс разрушения становит-
ся лавинообразным. И наоборот, существенные, но кратковре-
менные нагружения дизеля за ограничительной характеристикой
сами по себе обычно не вызывают немедленного отказа. Но в этих
условиях возникают и накапливаются новые повреждения, кото-
рые в результате могут привести к отказу и при нормальном внеш-
нем нагружении дизеля.
Для предотвращения аварий следует строго соблюдать прави-
ла технической эксплуатации и инструкции заводов-строителей, а
также постоянно следить за всеми сигналами контроля парамет-
ров технического состояния дизеля: температур масла, охлаждаю-
щей воды и особенно выхлопных газов за цилиндрами. При сис-
64
Глава 2. Судовые дизели
। с магическом повышении1 температуры, даже в допустимых пре-
делах, необходимо установить и устранить причину. При продол-
жающемся росте температуры дизель следует остановить. Повы-
шение температуры выпускных газов в дизелях с выхлопными
клапанами (особенно в СОД) свидетельствует о нарушении плот-
ности посадки тарелки клапана на седло. Обычно это происходит
из-за прогара, который вызывает интенсивный разогрев тарелки
и штока клапана, зависания клапана в направляющей втулке кор-
пуса, удара поршня о зависший клапан.
Обоснованная ограничительная характеристика может быть
определена только на основании опыта завода-строителя в про-
цессе доводочных работ и сдаточных испытаний и при непосред-
ственной технической эксплуатации дизеля. При эксплуатации
СДУ используют ограничительные характеристики, содержащие-
ся в инструкциях заводов-строителей.
Фирма «МАН-Б и В Дизель» для новых типов МОД рекоменду-
ет пользоваться обобщенными диаграммами нагрузок (рис. 2.17).
&? 65 76? & ft Я 5>5 JO0 J05 МОЛ, %
Рис. 2.17. Обобщенная диаграмма нагрузок МОД типа МС фирмы
«МАН-БиВ Дизель»:
1 — линия перегрузки; 2 — ограничение по крутящему моменту; 3 —
винтовая характеристика через точку 100% We; 4 — винтовая характе-
ристика для обросшего корпуса — тяжелый винт; 5 — ограничение по
среднему эффективному давлению; 6 — ограничение для длительной
работы; 7 — ограничение по частоте вращения; 8 — Винтовая характе-
ристика для чистого корпуса — легкий винт
5 СЭУ с ДВС
2.4. Характеристики судовых дизелей
65
Площадь диаграммы (см. рис. 2.4), в пределах которой разрешает-
ся сохранять максимальное значение Р^, ограничена параллелог-
раммом. Если снизить нагрузку дизеля по винтовой характерис-
тике 1 с 100 до 78% (см. рис. 2.17) при сохранении значения Ртах,
удельный расход топлива ge снизится более чем на 3%. Аналогич-
ным образом можно уменьшить ge, переведя дизель на работу в
режимах более «тяжелого» или «легкого» винта, которые могут
быть показаны на диаграмме линиями, параллельными линии 8
соответственно левее или правее ее (линии 4 и 8).
При отсутствии ограничительной характеристики предельное
допустимое значение Р для определенной частоты вращения
рекомендуется определять по формуле:
Р.доп = 0,5 PiHoM (1 + и/ином).
Винтовые характеристики. Винтовой характеристикой назы-
вается зависимость показателей дизеля (мощности, удельного
расхода топлива, среднего эффективного давления, температуры
выпускных газов и др.) от частоты вращения при его работе на
гребной винт или имитирующие его тормозное устройство (при
испытании дизеля на стенде завода). Таким образом, эти характе-
ристики отражают взаимодействие дизеля, корпуса судна и винта.
Винтовая характеристика выражается зависимостью
Ne = спт,
где с — коэффициент, зависящий от параметров винта, осадки
судна, чистоты поверхности подводной части судна, числа рабо-
тающих винтов, гидродинамических условий и т.д.;
т — показатель степени, зависящий от типа судна; для во-
доизмещающих судов с относительно невысокой скоростью
т = 2,8...3,2, для полуглиссирующих судов т ~ 1,8...2,2, для глис-
сирующих — т = 1,6...1,8.
Для удобства анализа режимов работы двигателя, работающе-
го непосредственно на винт фиксированного шага (ВФШ), вин-
товую характеристику представляют в виде кубической параболы
Ne — сп3 и такую винтовую характеристику называют теорети-
ческой.
Среднее эффективное давление и крутящий момент по винто-
вой характеристике изменяется пропорционально квадрату часто-
ты вращения, т.е. Pmz — c^ri1', М = с2я2. Следовательно, изменение
величины Р^ = flji) и Ne =f(n) определяется соответственно квад-
ратичной и кубической параболами.
Винтовые характеристики строят в координатах, мощность —
частота вращения (рис. 2.18). При работе двигателя по теорети-
ческой винтовой характеристике номинальные мощность и сред-
нее эффективное давление достигаются при номинальной частоте
66
Глава 2. Судовые дизели
крашения, точка А (рис. 2.18). Для других частот вращения вели-
чины N к Рте можно найти из пропорций
mN/N ={п/п УР /Р ={п/п У.
Из первого уравнения можно определить частоту вращения,
соответствующую перегрузке двигателя по мощности на 10%
выше номинальной:
откуда итм = V1-1"™» = 1,032ико„.
Как видно из расчета, перегрузка по мощности двигателя на
10% достигается уже при п 103% при работе по винтовой харак-
теристике.
При построении винтовой характеристики исходят из номи-
нальной мощности двигателя ЛГ и номинальной частоты вра-
щений ином.
Используя относительные параметры, т.е. обозначая отноше-
ние эксплуатационной мощности к номинальной через NegKc=
- "ЧэкУ^Чном а отношение эксплуатационной частоты вращения к
номинальной через пэкс = яэкс/ином, найдем соответствующую эксп-
луатационную частоту вращения коленчатого вала двигателя.
Пэкс ПНОМ у/^еэкс •
Если исходить из эксплуатационной частоты вращения, то
найдем соответствующие эксплуатационные мощности:
7V экс = Neiiou (пэкс)3
и эксплуатационные вращающие моменты
М =М (п )2.
ЭКС ном V ЭКС'
Рис. 2.18. Общий вид винтовых характеристик дизеля:
1 — номинальная; 2 — облегченная; 3 — утяжеленная; 4 — внешняя;
5 — ограничительная
2.4. Характеристики судовых дизелей
67
5*
Для построения кубической параболы и для нахождения яэкс
по эксплуатационной мощности или и 1Иэкс по эксплуатаци-
онным частотам вращения можно воспользоваться значениями
коэффициентов приведенных для основных режимов работы дви-
гателя (табл. 2.9).
Таблица 2.9
Значения коэффициентов для определения основных пара-
метров дизеля при его работе по винтовой характеристике
Параметры Значения коэффициентов
N_„ = n_ 1,10 1,0 0,9 0,75 0,50 0,25
п 1,032 1,0 0,968 0,908 0,793 0,629
1,331 1,0 0,729 0,421 0,125 0,0156
лГ ЭКС 1,21 1,0 0,81 0,562 0,25 0,0625
Из табл. 2.9. следует, что при пэкс == 0,25 нагрузка на дизель
ЛГ составляет всего 1,56% от номинальной, т.е. дизель факти-
чески работает на холостом ходу и возникают трудности в осуще-
ствлении нормального процесса смесеобразования и сгорания в
течение длительного времени,
В условиях плавания судна вид винтовой эксплуатационной
характеристики зависит от многих факторов, поэтому винт созда-
ет заштрихованное поле винтовых характеристик (рис. 2.18).
Основными в эксплуатации ГД с ВФШ по винтовой характе-
ристике являются режимы, обеспечивающие соответствующий
ход судна: полный, средний, малый, самый малый, минимальную
устойчивую частоту вращения КВ и экономичный режим, при
котором достигается минимальный удельный расход топлива ГД.
Экономичный режим ГД определяется зависимостями удель-
ного эффективного и часового расходов топлива от частоты вра-
щения КВ при работе дизеля на винт. Обычно минимальный
удельный расход топлива (как эффективный ge, так и индикатор-
ный g.) на номинальной винтовой характеристике для главных
МОД и СОД получают при TVe = (0,7...0,85) Nqhou, п = (0,8...0,9)лном
(рис. 2.19). С увеличением частоты вращения и мощности значе-
ния g. и ge возрастают. При применении газотурбинного наддува и
повышении его степени кривыеge =j\n) ng. =f{n) выравниваются.
При этом одновременно повышаются значения ре, ртах и темпера-
туры выпускных газов /.
Часовой расход топлива с уменьшением частоты вращения
снижается, но это снижение связано со значительной потерей
скорости судном.
68
Глава 2. Судовые дизели
Рис. 2.19. Винтовая характеристика СОД 14ZV40/48 фирмы
«Зульцер» (Л/е = 7700 кВт, п = 560 мин-1):
1 — удельный расход топлива; 2 — положение топливной рейки (ТР);
3 — эффективная мощность; 4 — давление продувочного воздуха; 5 —
частота вращения ТК; 6, 7 — температуры выпускных газов после и
перед ТК; 8 — максимальное давление сгорания
Регуляторные характеристики. Если двигатели снабжены ав-
томатическими регуляторами частоты вращения, то последний,
перемещая рейку топливного насоса, дополняет скоростные ха-
рактеристики регуляторными. Регуляторные характеристики
представляют собой зависимости основных параметров дизеля,
оборудованного регулятором, от частоты вращения при неизмен-
2.4. Характеристики судовых дизелей
69
ном положении органа управления для соответствующего режи-
ма. Если требуется ограничить в эксплуатации только максималь-
ную частоту вращения, то на двигателе устанавливается одноре-
жимный регулятор. Если надо обеспечить устойчивую работу дви-
гателя на двух крайних режимах, отвечающих максимальной и
минимальной частотами вращения, то устанавливают двухрежим-
ные регуляторы. Для автоматического поддержания стабильной
частоты вращения на любом промежуточном режиме во всем диа-
пазоне режимов нагружения дизеля применяют всережимные ре-
гуляторы. На рис. 2.20 показаны регуляторные характеристики со
всережимным и двухрежимным регуляторами.
Регулировочные характеристики. При испытаниях и доводке
двигателей пользуются регулировочными характеристиками, по-
зволяющими уточнить влияние отдельных элементов регулиров-
ки двигателя на среднее эффективное давление или удельный эф-
фективный расход топлива, например влияние угла опережения
впрыска топлива, давления открытия иглы форсунки, продолжи-
тельности впрыска и т.д.
Универсальные характеристики. К универсальным характерис-
тикам относятся такие, в которых одновременно выявляются
функциональные связи трех и более исследуемых параметров. К
ним можно отнести сетку кривых постоянных значений различ-
ных технико-экономических показателей дизеля в системах коор-
динат />тс — и; Ne — п и др. (рис. 2.21—2.23). Такие характеристики
а)
Рис. 2.20. Характеристика дизеля со всережимным (а) и двухре-
жимным (б) регуляторами:
А, Б — зоны воздействия регулятора в области минимальной устойчи-
вой и номинальной частоты вращения соответственно;
----регуляторные характеристики;
-----внешние характеристики номинальных мощностей;
— • — •— частичные внешние характеристики
70
Глава 2. Судовые дизели
Рис. 2.21. Универсальная характеристика МОД типа 8RND90M
фирмы «Зульцер»:
I — винтовая характеристика; 2, 3 — ограничительные характеристики
по эффективному моменту и по частоте вращения соответственно
Рис. 2.22. Универсальная характеристика СОД типа РС4 фирмы
«Пил стик»:
1 — кривая минимального дв в комбинаторном режиме при работе
дизеля на ВРШ; 2 — винтовая характеристика; 3, 4 — ограничительные
регуляторные характеристики по л и по Me соответственно
2.4. Характеристики судовых дизелей
71
Рис. 2.23. Универсальная характеристика ДГЗА-9 (дизель 18ДН
23/2x30, N* = 9000 кВт, п = 140...200 миг1): а — при работе через
блокираторы двух дизелей; б — при работе через блокиратор
одного дизеля
позволяют определить наиболее экономичные режимы дизеля,
оценить оптимальное соотношение частоты вращения дизеля и
развиваемого им эффективного момента при работе на ВРШ. Так
как на таких графиках, как правило, наносят ограничительные
характеристики дизеля, это позволяет выбрать не только эконо-
мичный, но и наиболее надежный режим работы дизеля.
Построение многопараметровых характеристик требует опыт-
ного определения значительного числа точек и большой тщатель-
ности в проведении самих экспериментов, иначе трудно будет по-
лучить замкнутые кривые. При проведении планированного экс-
перимента и статистической обработки данных на ЭВМ построе-
ние универсальных характеристик упрощается.
72
Глава 2. Судовые дизели
Глава 3
ТИПЫ СУДОВ И ИХ ОСНОВНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
3.1. Общее понятие о судне и его устройстве
Судном называют плавучее инженерное сооружение, предназ-
наченное для перевозки грузов, пассажиров и выполнения специ-
альных работ на воде. Слово корабль сохранилось преимуществен-
но в военном флоте.
Разнообразные потребности вызывают необходимость пост-
ройки судов различных по своему назначению, устройству, разме-
рам, оборудованию и другим признакам. Тем не менее, почти все
суда имеют одинаковые элементы: основной корпус; надстройки;
ограждения; силовое оборудование; судовые устройства; судовые
системы и вооружение.
Основной корпус судна представляет собой достаточно проч-
ную, непроницаемую для воды коробчатую конструкцию, являю-
щуюся основой всего судна и служащую для размещения внутри
нее и сверх нее помещений для механизмов, оборудования, снаб-
жения, перевозимых грузов, пассажиров и обслуживающего пер-
сонала.
Конструктивными элементами основного корпуса являются
обшивка — непроницаемая для воды оболочка — и набор — бал-
ки, подкрепляющие обшивку с внутренней стороны.
Нижнюю часть корпуса называют днищем, верхнюю — палу-
бой, а боковые — бортами. Переднюю по направлению движения
часть корпуса называют носовой оконечностью, а заднюю — кор-
мовой. Обшивка правого и левого бортов в носовой оконечности
соединяется на криволинейной балке, называемой форштевнем,
аналогичная балка в кормовой оконечности называется ахтерш-
тевнем.
По длине и ширине корпус судна разделяют переборками, а
по высоте — палубами и платформами (то есть палубами, прости-
рающимися на сравнительно небольшой части длины или шири-
ны судна). Палубы, платформы и переборки отделяют одно поме-
щение от другого. Они предназначенны для различных целей,
3.1. Общее понятие о судне и его устройстве
73
увеличивают прочность судна, обеспечивают его непотопляемость
и имеют важное противопожарное значение.
На многих судах дно делают двойным. Пространство между
наружной обшивкой и настилом второго дна используют для хра-
нения запасов воды, топлива и других жидких грузов. Двойное дно
улучшает непотопляемость судна, так как при повреждении дни-
щевой наружной обшивки забортная вода не сможет проникнуть
внутрь судна через непроницаемый настил второго дна.
Помещения между настилом второго дна и лежащей выше
него палубой называют трюмами, а помещения между палубами
(в том случае, если их на судне несколько) — твиндеками. Вырезы
в палубах, необходимые для загрузки и выгрузки трюмов и твин-
деков, называют люками. По всему периметру люки окаймляют
вертикальными ограждающими стенками высотой до одного мет-
ра, называемыми комингсами. Комингсы предохраняют люковые
отверстия от попадания воды, увеличивают прочность палубы в
месте вырезов и служат опорами для люковых крышек.
Помещения в корпусе, ограниченные поперечными перебор-
ками, называют отсеками. Первый отсек, расположенный сразу за
форштевнем, носит название форпика. Форпиковая переборка,
отделяющая его от остальных помещений, должна быть непрони-
цаемой для воды. Это связано с возможностью повреждения об-
шивки в носовой части судна при ударах о грунт, другие суда, лед
и т.д. По этой же причине форпик не используют для перевозки
грузов, пассажиров или под жилье для команды. В нем размещают
лишь ящики для якорной цепи и склады судового снабжения и
оборудования. В корме есть отсек аналогичный форпику. Его на-
зывают ахтерпиком. От остальных помещений в корпусе судна его
отделяет ахтерпиковая переборка.
Непроницаемыми переборками выделены машинные отделе-
ния и емкости для грузов, размещаемых вне второго дна, — дип-
танки.
Стенки (переборки, палубы, платформы) между жилыми по-
мещениями и емкостями для перевозки жидкого топлива, а также
между сухогрузными трюмами и этими емкостями делают двой-
ными, чтобы предотвратить проникновение через них газов, вы-
деляемых топливом, которые могут быть вредны для здоровья
людей и опасны в пожарном отношении. Пространства между
станками — коффердамы — должны иметь вентиляцию.
Основное пространство внутри корпуса судна делят на отсеки.
Длину отсеков выбирают такой, чтобы в них наиболее удобно и
целесообразно можно было разместить грузовые трюмы и другие
помещения. Кроме того, длина отсеков должна позволять обеспе-
74
Глава 3, Типы судов и их основные характеристики
чинить непотопляемость судна. На судах, предназначенных для
перевозки жидких грузов, кроме поперечных переборок, устраи-
нпют продольные переборки, что связано с особенностями грузов.
Надстройки. Чтобы увеличить вместимость судна, над основ-
ным корпусом возводят дополнительные помещения, называемые
иидстройками. Особенно развиты надстройки на пассажирских
гудах. На некоторых судах, например на речных толкаемых бар-
жах, надстройки не делают.
Наружные продольные стенки надстроек на морских судах
»шще всего являются продолжением обшивки бортов. Попереч-
ные стенки образуются переборками надстроек. На речных судах
ширина надстроек чаще превышает ширину корпуса. Это дости-
гается с помощью увеличивающих площадь палубы обносов, ус-
ни 1авливаемых вдоль бортов на кронштейнах.
Дополнительные объемы в надстройках используют для разме-
щения пассажирских, служебных, а иногда и грузовых помещений.
Надстройки, ширина которых меньше ширины корпуса, на-
пиваются рубками. Чаще всего рубки имеют небольшую длину, но
встречаются суда с весьма длинными рубками.
Высокие надстройки, как и основной корпус, могут быть под-
разделены палубами на несколько ярусов.
Общее представление о корпусе судна и его надстройках мож-
но составить по рис. 3.1, на котором показано сухогрузное судно.
Судовые помещения. Пространство внутри корпуса, а также в
надстройках и рубках используют под судовые помещения раз-
личного назначения: пассажирские каюты, машинные и котель-
ные отделения, грузовые трюмы, жилые помещения для команды,
радиостанции, склады и т.д.
Расположение помещений на судне, их размеры и оборудова-
ние должны обеспечивать нормальные условия пребывания пас-
сажиров и экипажа на судне.
По действующим нормам высота пассажирских помещений в кор-
пусе не должна быть меньше 1,8 м, а в надстройках — меньше 2,0 м.
Ограждения на судне. Чтобы предотвратить падение людей и
। рузов за борт при штормовой погоде, на открытых палубах судна
должны быть предусмотрены защитные ограждения. Ограждение
из металлических листов с подкрепляющими стойками носит на-
шание фальшборта. Фальшборт уменьшает заливаемость палубы
водой при ходе по волнам, поэтому чаще всего его устраивают в
носу и корме.
В средней части судна вместо глухого фальшборта может быть
устроено леерное ограждение из отдельных стоек, между которыми
протянуты поручни и защитные сетки или прутья. К ограждениям
1 I. Общее понятие о судне и его устройстве
75
06 61 81 LI Si fl
76
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
ни судне относятся и комингсы люков. К повреждениям наруж-
ной обшивки бортов судна могут привести удары о причальные
щенки или навалы на другие суда. Для защиты наружной обшив-
ки на речных и некоторых морских судах вдоль борта устанавли-
вал специальную балку из профильной стали или деревянного
пруса с металлической полосой, которую называют привальным
прусом, устраивают защитные приспособления различной конст-
рукции — кранцы. На судах, предназначенных для буксировки
несамоходных судов, устанавливают буксирные арки, защищаю-
щие персонал судна от травмирования буксирным тросом.
Дельные вещи. В оборудовании каждого судна есть многочис-
ленные детали, изготовленные при помощи сварки из листового
металла или отлитые из стали и чугуна. К таким деталям, называ-
емым дельными вещами, относятся:
• горловины — крышки круглых люков, устраиваемых для
доступа в отсеки второго дна, диптанки и другие нежилые
помещения;
• световые люки, иллюминаторы — круглые судовые окна;
• трапы — судовые лестницы;
• водонепроницаемые двери и другие детали судового обору-
дования;
• дельные вещи изготовляют в соответствии со стандартами
(ГОСТ), что упрощает проектирование и постройку судна.
Силовое оборудование судна. Самоходные суда имеют источ-
ник энергии, необходимой для преодоления сил сопротивления
поды и воздуха (окружающей судно среды). Таким источником
шергии является судовая силовая установка, состоящая из глав-
ных двигателей, а также из механизмов и аппаратов, обслуживаю-
щих главные двигатели и называемых вспомогательными меха-
низмами.
В качестве главных двигателей на судах используют двигатели
ннутреннего сгорания, паровые и газовые турбины; получают рас-
пространение силовые атомные установки.
Энергия от двигателей через валопроводы, а если требуется
изменение числа оборотов, также и через редукторы, передается к
движителям — гидравлическим механизмам, создающим движу-
щую силу, вследствие реакции отбрасываемой ими воды. Наибо-
лее распространенный тип движителя — гребной винт.
Судовые устройства. При эксплуатации судна необходимо ме-
нять направление его движения, удерживать прямолинейную тра-
екторию, останавливать его около причалов или в любом другом
месте, выполнять погрузку и выгрузку, буксировать несамоходные
гуда и т.д.
11. Общее понятие о судне и его устройстве
77
Успешно выполнить эти операции можно, если на судне пре-
дусмотрены механизмы, приспособления и агрегаты, в совокуп-
ности называемые судовыми устройствами.
Важнейшие судовые устройства — рулевое, швартовное, якор-
ное, грузовое, шлюпочное и некоторые другие специальные уст-
ройства, например сцепное устройство — на толкачах и толкае-
мых баржах, самолетное устройство — на ледоколах для ледовой
разведки, траловое устройство — на рыболовных судах и т.д.
Судовые системы. Для нормальной работы механизмов, для
безопасности судна, удобства пассажиров и экипажа на судне дол-
жны быть предусмотрены трубопроводы с обслуживающими их
механизмами, приборами и аппаратами, называемые судовыми
системами.
Электронавигационное и радиооборудование судна. Обеспечива-
ет лучшие условия судовождения, а также связь внутри судна, с
другими судами и с берегом. В настоящее время на судах приме-
няют системы автоматического управления, называемые автору-
левыми, которые упрощают судовождение. Для пуска в действие и
изменения режима работы двигателей используют системы дис-
танционного управления механизмами, которые делают работу
команды более простой и производительной. Кроме того, они по-
зволяют существенно уменьшить состав команды судна, а это
приводит к снижению стоимости перевозок и делает судно высо-
корентабельным .
В судовождении все более широко используют радиолокацию,
позволяющую сделать более безопасным плавание судов при от-
сутствии видимости, например в тумане.
Вооружение судна. Вооружение судна состоит из рангоута и
такелажа. К рангоуту относятся балки для выполнения погрузо-
разгрузочных работ, подъема сигналов, крепления антенн и рас-
становки огней. Рангоут выделывают из металлических труб или
из дерева. Вертикальные рангоутные балки называют мачтами. От
носа в корму мачты обычно называют фок-мачтой и грот-мачтой.
Верхняя составная часть мачты называется стеньгой, а верхняя
часть стеньги, на которой укрепляют судовой флаг, — флагшто-
ком. Верхний наконечник флагштока носит название клот. Мач-
ты могут иметь реи — поперечные горизонтальные балки и гафе-
ли — наклонные балки. Середину реи называют топом. Нижний
конец мачты — шпор — крепят в специальном гнезде — степсе.
Раму для укрепления мачты в месте ее прохода через палубу назы-
вают пяртнерсом.
Такелаж или оснастка служит для укрепления рангоута, а так-
же для подъема и спуска грузов (стальные, растительные, синте-
78
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
гнческие или комбинированные тросы и цепи). Стоячий такелаж
икнючает штаги, удерживающие мачты спереди, и ванты, поддер-
жипающие их с боков и несколько сзади. К бегучему такелажу от-
носи т подвижные снасти, с помощью которых крепят, спускают,
поднимают и передвигают груз, части рангоута, шлюпки, детали
судового оборудования и т.д.
3.1.1. Признаки классификации судов
Все гражданские суда классифицируют по ряду основных при-
исков, отличающих суда друг от друга.
Главным признаком классификации является назначение су-
пов. К другим признакам, по которым суда разделяют уже незави-
i имо от их назначения, относятся район плавания, средства дви-
жения, тип главного двигателя, характер движения по воде, вид
цнижителя, материал корпуса, архитектурно-конструктивный
inn, число гребных валов (на винтовых судах) и т.п.
По району плавания суда подразделяют на морские (дальнего
неограниченного и прибрежного плавания), рейдовые (для плава-
ния в акватории портов и в устьях больших рек с выходом на мор-
ские рейды), внутреннего плавания (речные и озерные) и смешан-
ного плавания («река — море» и «море — река». К судам неограни-
ченного района плавания по «Правилам Регистра РФ» относятся
морские суда гражданского флота, плавающие в морях и океанах
пн удалении более 200 миль от порта-убежища. Суда, предназна-
ченные для плавания в открытом море на удалении не более 200
миль от порта-убежища или в закрытых морях, составляют кате-
юрию судов I ограниченного района плавания. К категории судов
11 ограниченного района плавания относятся суда, плавающие на
удалении от убежища не более чем на 50 миль, а суда, плавающие
п прибрежных водах и на рейдах, — к судам III ограниченного рай-
она плавания.
По средствам движения суда подразделяют на самоходные — с
механическим двигателем, являющимся источником энергии для
пиижения судна, и несамоходные, передвигающиеся от источника
•пергии, находящегося вне судна (с помощью буксиров, толка-
чей, от энергии ветра).
По типу главного двигателя суда подразделяют:
• на теплоходы (главный двигатель — двигатель внутреннего
сгорания);
• пароходы (главный двигатель — паровая поршневая машина);
• турбоходы (главный двигатель — паровая турбина);
• газотурбоходы (главный двигатель — газовая турбина);
• электроходы (гребной винт вращается электродвигателем).
I I. Общее понятие о судне и его устройстве
79
В зависимости от рода двигателя, приводящего в действие ге-
нератор электрического тока, различают турбоэлектроходы и ди-
зель-электроходы; атомоходы (источник тепловой энергии —
атомный реактор); гребные суда (двигатель — мускульная сила
человека).
По роду движения по воде суда подразделяют на плавающие на
поверхности воды (водоизмещающие), плавающие под поверхно-
стью воды (подводные), глиссирующие (скользящие по поверх-
ности воды), плавающие на подводных крыльях и парящие над
поверхностью воды (суда на воздушной подушке и экранопланы).
По виду движителя суда подразделяют на винтовые, колесные,
со специальными движителями (крыльчатыми, водометными, ро-
торными и др.), весельные и парусные.
По роду материала корпуса суда подразделяют на стальные, из
легких сплавов, пластмассовые, деревянные, железобетонные и
композитные (то есть такие, корпус которых изготовлен частично
из металла и дерева или другого материала).
По архитектурно-конструктивному типу суда разделяют в за-
висимости от числа корпусов (различают двухкорпусные, трех-
корпусные — соответственно катамараны, тримараны и т.п.), от
количества и расположения надстроек, от числа палуб, от поло-
жения палубы надводного борта, от расположения машинного от-
деления и др.
По количеству гребных валов винтовые суда подразделяют на
одновальные (большинство грузовых и промысловых судов), двух-
вальные (пассажирские и специальные суда), трехвальные (боль-
шие контейнеровозы, ледоколы), четырехвальные (океанские
пассажирские лайнеры-гиганты).
В необходимых случаях Правила Морского Регистра и Речно-
го Регистра РФ разделяют суда и по другим признакам: по ледо-
вым классам, т.е. приспособленности судна плавать в различной
ледовой обстановке, в том числе в арктических и антарктических
морях, для речных и озерных судов по районам плавания (классы
«Р» — река, «О» — озеро, «М» — с выходом в крупные водохрани-
лища), по различным категориям требований к безопасности пла-
вания, степени автоматизации, снабжению и т.д.
3,2. Типы судов в зависимости от их назначения
Все гражданские суда в зависимости от их типа и назначения
подразделяют на транспортные, промысловые, служебно-вспомо-
гательные и суда технического флота.
80
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
3.2.1. Транспортные суда
Транспортные суда составляют основу морского и речного
флота — около 90% общего тоннажа. Они предназначаются для
перевозки различных грузов и пассажиров и подразделяются на
грузовые, пассажирские, грузопассажирские и специальные.
Грузовые суда разделяют на два основных класса: сухогрузные
и наливные, к которым, в свою очередь, относятся суда различ-
ных типов и назначений.
Класс сухогрузных судов (табл. 3.1) включает суда общего на-
значения и специализированные — для перевозки определенных
грузов.
Сухогрузные суда общего назначения (см. рис. 3.1) предназначе-
ны для перевозки генеральных грузов. Генеральный (штучный)
груз — груз в упаковке (ящиках, бочках, мешках, тюках, кипах и
т.п.) или в отдельных местах (автомашины, металлоконструкции,
стальные отливки и прокат, промышленное оборудование и т.п.).
Эти суда являются наиболее распространенным типом транспорт-
ных судов — около 60% (по количеству) всех грузовых транспорт-
ных судов относится к этому типу. Грузоподъемность морских су-
дов для генеральных грузов составляет в среднем 4000—6000 т и
достигает 16000—20000 т, скорость — соответственно 14—16 и 20—
22 уз. Крупнейшие речные самоходные сухогрузные суда имеют
грузоподъемность до 5000—6000 т и скорость 15—20 км/ч.
Сухогрузные суда имеют просторные грузовые трюмы, зани-
мающие основную часть корпуса, и обычно две палубы (малые
суда — однопалубные, большие — двух- и трехпалубные). Машин-
ное отделение, как правило, с дизельной установкой, расположе-
но в корме или сдвинуто в нос на один-два грузовых трюма. Каж-
дый трюм имеет грузовой люк (иногда — два), закрываемый ме-
таллическими закрытиями с механизированным приводом. В ка-
честве грузовых средств применяют краны грузоподъемностью 8-
10 т или стрелы грузоподъемностью 3—10 т; для тяжеловесных гру-
зов предназначены грузовые стрелы или специальные грузовые
устройства грузоподъемностью 30—350 т (тяжеловесные стрелы
грузоподъемностью 60-100 т являются уникальными). На многих
современных сухогрузных судах оборудуют один рефрижератор-
ный трюм для перевозки скоропортящихся грузов и иногда дип-
танк для перевозки жидких пищевых масел.
Экипаж крупных сухогрузных судов состоит из 30—35 чел.,
размещаемых в жилой надстройке в одно- и двухместных каютах.
На небольших, а также на высокоавтоматизированных судах эки-
паж составляет 12—18 чел.
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения 81
6 СЭУсДВС
Таблица 3.1
Основные характеристики отечественных сухогрузных судов
156,0
Краны
23000
13,2
23100
8820
16740
21,8
10,0
«Капитан
Алексеев»
«Герои-пан-
филовцы»
«Бежица»
«Славянск»
«Николай
Жуков»
«Пятидесяти-
летие комсо-
мола»
«Василий
Шукшин»
20400
19500
18500
12170
11830
6480
13500
13520
12780
7700
8290
4000
144,6
13,4
9,07
21000
Тоже
То же
7350
1401,0
140,0
125,0
121,0
117,0
20,6
20,6
17,8
17,8
16,4
12,3
12,0
9,50
9,00
18030
17420
10650
10120
6680
Лесовозы
Стре-
лы
Краны
7275
6615
4485
3675
2x1100
16,5
16,4
16,0
13,2
«Влас
Ничков»
«Пионер
Москвы»
«Петроза-
водск»
«Константин 3560
Шестаков»
19370
10710
9870
«Борис
Бутома»
«Зоя Космо-
демьянская»
«Балтика»
«Советский
художник»
«Капитан
Панфилов»
14200
6780
5830
2120
122000
100000
140,0
119,0
113,0
74,9
21.0
17,3
16,7
7,33
7,13
5,16
16430
8270
7485
2870
Суда для перевозки навалочных грузов
244,0
21,4
14,5
65600
47850
31975
20165
52700
38250
24380
14550
201,6
186,0
172,0
134,0
31,8
27,8
16,8
14,1
12,9
12,20
11,21
10,10
9,42
Контейнеровозы
«Художник 22740 14720 157,0 25,4
Сарьян»
17,4
729
КОНТ.
Стре-
лы
То же
Краны
116950
62680
47130
29220
16890
»
Ди-
зельная
Ди-
зельная
Ди-
зельная
Тоже
Ди-
зельная
7275
4485
3500
1470
15510
10070
10070
8820
4485
12790
15,8
14,6
12,8
15,7
16,2
16,8
14,0
20,0
82
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
«Александр
Фадеев»
«Сестрорецк»
«Капитан
Сахаров»
«Капитан
Смирнов»
«Магнито-
горск»
«Скульптор
Коненков»
«Сергей
Киров»
«Иван
Скуридин»
«Инженер
Мачульский»
«Севморпуть»
«Алексей
Косыгин»
«Юлиус
Фучик»
«Известия»
«Витус
Беринг»
«Академик
Н. Вавилов»
12680
10040
10020
35800
37500
29000
21260
10600
10210
62000
61950
60260
17780
20200
6390
6010
5720
118,2
119,0
119,0
7,50
19,2
17,3
17,3
6,92
324
КОНТ.
218
КОНТ.
320
КОНТ.
»
»
Суда с горизонтальной грузообработкой (типа «ро-ро»)
20270
22690
17500
12000
4600
6130
12680
10690
7670
204,0
190,6
165,0
142,0
127,4
110
30,0
31,4
19,2
19,2
4485
4485
4485
16,2
15,8
16,0
21,0
18,0
16,9
Ш
13,7
9,70
9,54
7,04
Лихтеровозы
33780
39970
37850
232,0
210,0
673/
651
777/
710
Многоцелевые суда
54500
54400
33150
23600
11820
15430
Кран
козло-
вой гру-
зоподъ-
емно-
стью
500 т
Тоже
Подъ-
емная
плат-
форма
грузо-
подъ-
емно-
стью
2700 т
122,8
126,0
20,5
21,48
12,2
12,0
13,1
20000
10720
Краны
То же
»
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения
Газо-
тур-
бинная
Ди-
зельная
Тоже
18375
2x9040
2x7645
»
»
Атом-
ная
эельная
зель-
редук-
торная
Ди-
зель-
редук-
торная
Ди-
зель-
элект-
риче-
ская
Ди-
зель-
ная
21,6
18,5
2x5000
4485
5870
29400
2x12350
4x6615
2x2335
2x5735
9630
17,5
16,8
20,7
19,8
15,4
16,4
20,0
83
К специализированным сухогрузным судам относятся рефрижера-
торные суда, контейнеровозы, лихтеровозы, суда с горизонтальным
способом грузообработки, для перевозки тяжеловесных навалоч-
ных грузов, автомашин, скота, лесных грузов (лесовозы) и др.
Рефрижераторные суда предназначены для перевозки скоро-
портящихся продуктов (рыбы, мяса, фруктов). Их грузовые трюмы
имеют надежную теплоизоляцию и холодильные установки, обес-
печивающие охлаждение трюмов. В зависимости от рода перевози-
мого груза в трюмах поддерживается температура от +5 до —25°С.
Некоторые рефрижераторные суда имеют мощные холодиль-
ные установки, не только поддерживающие заданную температу-
ру, но и быстро замораживающие груз. Такие суда называют про-
изводственно-транспортными рефрижераторами. Суда, предназ-
наченные для перевозки фруктов (банановозы), имеют усиленную
вентиляцию трюмов.
Грузоподъемность рефрижераторных судов достигает 8000—
12000 т. Скорость несколько выше, чем сухогрузных судов общего
назначения, так как скоропортящиеся грузы требуют быстрой до-
ставки к месту назначения.
Контейнеровозы (рис. 3.2) предназначены для перевозки грузов,
заранее упакованных в специальные большегрузные ящики — кон-
тейнеры, масса которых с грузом составляет 10—40 т. Грузоподъем-
ность этих судов в среднем 8000—15000 т, скорость — 20—24 уз. Гру-
зоподъемность крупнейших контейнеровозов — 25000—30000 т и
скорость 26—30 уз.
Благодаря тому, что в грузовые трюмы укладывают не штуч-
ный груз различного размера и массы, а стандартные контейнеры,
погрузочно-разгрузочные операции на контейнеровозах выполня-
ются в 4-7 раз быстрее, чем на обычных сухогрузных судах.
Контейнеровозы отличаются большим раскрытием палубы
над грузовыми трюмами, что исключает такую трудоемкую опера-
цию, как горизонтальное перемещение груза в трюме. На контей-
неровозах грузовое устройство, как правило, отсутствует: грузо-
вые операции выполняют портовыми средствами со специальных
причалов, так называемых терминалов. На малых контейнерово-
зах, предназначенных для захода в необорудованные порты, уста-
навливают специальные краны.
Контейнерные перевозки особенно выгодны при смешанном
сообщении (железнодорожный вагон — автомашина — судно), так
как позволяют доставлять груз от отправителя до получателя с
минимальными затратами на перегрузки с одного вида транспор-
та на другой и обеспечивать при этом хорошую сохранность груза.
Поэтому контейнеровозы получают в последние годы широкое
84
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Рис. 3.2 Контейнеровоз:
а — общий вид; б — продольный разрез (схема),
план и поперечное сечение
распространение и являются наиболее перспективными типами
сухогрузных судов.
Лихтеровозы — разновидность контейнеровозов. Они пред-
назначены для перевозки плавучих контейнеров-лихтеров (иног-
да их называют баржевозами). Такие лихтеры грузоподъемностью
370—850 т выгружают с судна непосредственно на воду, после чего
их отбуксировывают к причалу грузополучателя (рис. 3.3). Разли-
чают несколько типов лихтеровозов в зависимости от способа гру-
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения
85
Рис. 3.3. Лихтеровоз (баржевоз) типа «ЛЭШ»:
а — общий вид; б — лихтер (плавучий контейнер)
1 — пост управления краном; 2 — катучий мостовой кран грузоподъем-
ностью 500 т; 3 — баржа (плавучие контейнеры); 4 — рулевая рубка;
5 — баржа на плаву; 6 — буксир-толкач
зообработки. Наиболее распространены лихтеровозы типов
«ЛЭШ» и «Си-Би». На лихтеровозах типа «ЛЭШ» для погрузки и
выгрузки лихтеров применяют установленный на судне катучий
козловой кран грузоподъемностью 500 т. Кран выдвигается на
консоли в корме судна и поднимает лихтер, а затем вместе с ним
перекатывается на место установки лихтера в трюме судна (спус-
кают лихтер на воду в обратном порядке). Один грузовой цикл
занимает 13—15 мин. На лихтеровозах типа «Си-Би» подъемно-
спусковые операции осуществляют с помощью расположенного в
корме лифтового подъемника, подающего лихтер на уровень по-
грузочной палубы, и механизма горизонтального перемещения
лихтеров.
Суда с горизонтальным способом грузообработки (их называют
также накатными судами, судами типа «ро-ро» или ролкерами)
служат для перевозки грузов, находящихся в контейнерах, поддо-
нах или так называемых трейлерах-автоприцепах, а также автома-
шин и колесной техники. Грузы на эти суда вкатывают или выка-
тывают с помощью вилочных автопогрузчиков, специальных шта-
белеров или катучих платформ — ролл-трейлеров в течение очень
короткого времени — за несколько часов вместо нескольких суток
на обычном сухогрузном судне. Грузоподъемность этих судов —
1000—20000 т, скорость — 16—27 уз. Суда типа «ро-ро» бывают
одно-, двух- и трехпалубными. На них в отличие от сухогрузных
86
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
судов традиционного типа отсутствуют в грузовой части попереч-
ные переборки, и в корме (иногда, на малых судах, в носу) имеют-
ся открывающиеся ворота с перекидывающимся на причал мос-
том — аппарелью, — по которому вкатываются и выкатываются
грузы и колесная техника. Перемещение грузов с палубы на палу-
бу осуществляется по внутренним наклонным аппарелям или с
помощью специальных лифтовых подъемников. Других грузовых
устройств на этих судах нет. Как и контейнеровозы, суда типа «ро-
ро» в последнее время получили большое распространение. По-
явились разновидности судов этого типа — суда, приспособлен-
ные для одновременной перевозки трейлеров (в трюмах) и кон-
тейнеров (на верхней палубе), и так называемые суда типа «ро-
флоу», которые служат для перевозки плавучих понтонов с круп-
ногабаритными тяжелыми грузами (суда для перевозки тяжелове-
сов). Для принятия понтона с грузом такое судно притапливается,
понтон вводится через открытые кормовые ворота, после чего они
закрываются и судно всплывает. Кроме того, груз можно закаты-
вать через эти же ворота с причала на специальных тележках или
грузить обычным способом с помощью мощных судовых козло-
вых кранов.
Суда для перевозки навалочных грузов, или балкеры (рис. 3.4), пред-
назначены для перевозки руды, рудных концентратов, угля, мине-
ральных удобрений, строительных материалов, зерна, сахара, цемен-
та, древесной щепы и т.п. Эти грузы составляют около 70% всех пе-
ревозимых морем сухих грузов, поэтому на долю балкеров приходит-
ся около 20% тоннажа всего мирового транспортного флота.
Рис. 3.4. Судно для перевозки навалочных грузов
(типа «Балтика») грузоподъемностью 35 800 т:
1 — грузовые трюмы удлиненные; 2 — грузовые трюмы укороченные;
3 — машинное отделение; 4 — рулевая рубка; 5 — грузовой кран;
6 — грузовые люки
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения
87
Суда для навалочных грузов подразделяют на рудовозы —
суда, перевозящие наиболее тяжелый груз, суда для легкого нава-
лочного груза и универсальные. Некоторые из этих судов имеют
двойное назначение, например в одном направлении они везут
навалочный груз, а в обратном — автомобили или туда — руду, а
обратно — нефть (нефтерудовозы).
Суда этого типа — однопалубные, с машинным отделением и
надстройкой, расположенными в корме. От других сухогрузных
судов они отличаются большой грузоподъемностью (в среднем
25000—35000 т, максимум — 100000—150000 т) и относительно не-
высокой скоростью — около 14—16 уз.
Грузовые трюмы имеют, как правило, в нижней и верхней ча-
сти наклонные стенки, обеспечивающие самораспределение груза
в продольном и поперечном направлениях. Цистерны, находящи-
еся между этими стенками и бортом, предназначены для приема
водяного балласта, количество которого обычно значительно
больше, чем на сухогрузных судах общего назначения. Некоторые
суда имеют в грузовых трюмах продольные переборки, уменьша-
ющие крен при смещении груза на борт, второе дно сделано с
утолщенным настилом и подкреплениями, позволяющими про-
водить грузовые операции грейфером.
На большинстве судов для навалочных грузов нет грузовых
устройств, их грузят и разгружают портовыми средствами; на ос-
тальных применяют либо поворотные, либо катучие козловые
краны. Некоторые суда (цементовозы и т.п.) оборудуют ленточ-
ными транспортерами или другими специальными грузовыми ус-
тройствами, позволяющими автоматически выгружать груз из
трюма (саморазгружающиеся суда).
Лесовозы предназначены для перевозки лесных грузов — круг-
лого леса и пиломатериалов. От сухогрузных судов общего назна-
чения лесовозы отличаются меньшей скоростью (13—15 уз), нали-
чием (независимо от размеров судна) только одной палубы и уси-
ленными ледовыми подкреплениями, позволяющими им заходить
в порты Арктического бассейна, откуда в основном и вывозят лес.
Усиленная верхняя палуба и люковые закрытия позволяют
перевозить значительное количество груза (около 1/3) на откры-
той палубе. Лесовозы обычно даже с полным грузом принимают
водяной балласт (около 8—10% грузоподъемности) для обеспече-
ния устойчивости, поэтому на них имеются балластные отсеки
большой емкости.
Существуют и безбалластные лесовозы, но в рейсе без леса
они испытывают порывистую качку, что нежелательно. В после-
днее время лес начали перевозить в пакетах. Такой способ дает
88
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
возможность более чем вдвое сократить стоянку под грузовыми
операциями. Лесовозы-пакетовозы имеют большие по размерам
люки и высокопроизводительные грузовые устройства (поворот-
ные или катучие козловые краны, краны-стрелы).
Класс наливных судов включает танкеры для перевозки сырой
нефти и нефтепродуктов (мазута, бензина, дизельного топлива,
керосина и т.д.), суда для перевозки сжиженных газов (газовозы),
химикалиев (кислоты, расплавленной серы и пр.), а также прочих
жидких грузов (водолеи, виновозы, битумовозы). Танкеры, пред-
назначенные для перевозки только нефтепродуктов, называют
ироду к то возами.
Танкеры относятся к одному из наиболее распространенных
типов транспортных судов — на их долю приходится около 34%
мирового тоннажа транспортного флота (табл. 3.2).
Танкер (рис. 3.5) представляет собой однопалубное судно с
кормовым расположением машинного отделения и надстройки.
Грузовая часть танкера делится поперечными и одной, двумя или
тремя продольными переборками на грузовые отсеки, называемые
грузовыми танками. Часть танков отводят для водяного балласта,
который судно всегда принимает в порожнем обратном рейсе.
Грузовую часть в носу и корме отделяют от соседних помещений
узкими непроницаемыми для нефти и газов сухими отсеками —
коффердамами.
Рис. 3.5. Танкер грузоподъемностью 250 000 т:
1 — насосное отделение; 2 — машинное отделение; 3 — рулевая
рубка; 4 — грузовые танки; 5 — балластные танки; 6 — диптанк;
7 — грузовое устройство для подъема шлангов
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения
89
Таблица 3.2
Основные характеристики отечественных танкеров
«Крым»
182000
«Победа»
«Рихард
Зорге»
«Федор
Полетаев»
«Пабло
Неруда»
«Прага»
«Командарм
Федько»
«Сплит»
«Великий
Октябрь»
«Самотлор»
«Никифор
Рогов»
«Казбек»
84500
62600
64600
I
51480
39770
36000
28220
22000
22520
16250
16250
150500
68000
49240
48930
40030
30700
25000
20950
16300
15150
12000
11800
Главные размерения, м
277
17,00
184000
228
13,62
71120
11,60
214
31,0
57730
45,0
Энергетичес-
кая установка
215
183
188
165
174
150
148
138
138
31,0
28,0
25,8
25,3
23,4
21,4
23,0
17,4
19,2
15,5
17,8
13,7
15,0
12,5
11,2
12,9
11,2
10,4
11,82 58900
Паро-
турбин-
ная
Дизель-
ная
Паро-
турбин-
ная
Дизель-
ная
22050
12350
13965
13965
16,0
11,22
10,65
10,4
9,20
8,81
8,50
8,06
8,52
47470
39790
28240
29670
21370
17940
14700
14020
Тоже
Паро-
турбин-
ная
Дизель-
ная
То же
»
»
»
13230
13965
7790
8820
7056
7790
2x1835
15,8
17,7
17,2
16,0
18,5
2795
15,4
17,1
16,6
16,2
13,3
12,3
Для предотвращения разлива нефтегрузов и загрязнения ими
моря при повреждениях корпуса многие современные отечествен-
ные и иностранные танкеры имеют двойное дно (танкеры типа
«Крым») и даже двойное дно и двойные борта (танкеры типа «По-
беда» и «Дмитрий Менделеев»). Наряду с повышением экономич-
ности, наличие двойного дна и двойных бортов позволяет размес-
тить в междудонных и междубортовых пространствах цистерны
для водяного балласта, а также сделать грузовые танки гладкос-
тенными, что упрощает условия мойки танков. С этой же целью
90
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
на новых танкерах иностранной постройки набор верхней палубы
обращают не внутрь танка, как обычно, а наружу, располагая его
поверх верхней палубы.
В нос от машинного отделения располагают насосное отделе-
ние с грузовыми насосами для разгрузки судна. Для сообщения
между кормовой надстройкой и палубой бака, на которой распо-
ложено я ко рно-швартовное устройство, оборудуют переходный
мостик. Некоторые крупные танкеры в последние годы строят без
переходного мостика, его заменяют дорожкой вдоль верхней па-
лубы, а электротрассы, которые обычно прокладывают по пере-
ходному мостику, в этом случае тянут в металлических трубах.
Танкеры, являющиеся особо опасными в пожарном отношении
судами, оборудуют надежными противопожарными системами.
Грузоподъемность танкеров колеблется в больших пределах —
от 500—-1 000 т у танкеров-раздатчиков до 300000-540000 т у гиган-
тских супертанкеров, являющихся крупнейшими судами в мире.
Грузоподъемность продуктовозов — 10000—60000 т. Размеры тан-
керов зависят от их грузоподъемности (рис. 3.6). скорость состав-
ляет 12—14 уз у малых и 16—18 уз у больших танкеров (супертанке-
ры имеют скорость 14,5—16 уз). Грузоподъемность речных танке-
ров 150—5000 т и скорость — 10—20 км/ч. Грузоподъемность реч-
ных наливных барж достигает 12000 т.
Грузоподъемность9 тыс. т
Рис. 3.6. Зависимость главных размерений танкеров
от их грузоподъемности
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения
91
Газовозы предназначены для перевозки сжиженных природ-
ных и нефтяных, то есть выделяющихся при добыче нефти, га-
зов — метана, пропана, бутана, аммиака. Эти газы, представляю-
щие превосходное топливо и ценное сырье для химической про-
мышленности, перевозят в сжиженном, охлажденном состоянии
(в изолированных цистернах) или под давлением.
Большинство построенных судов для перевозки сжиженных не-
фтяных газов имеет вместимость грузовых цистерн 2000—10000 м3
(максимум — 100000 м3), скорость 12—14 уз. Вместимость судов-
метановозов достигает 125000 м3, скорость — 18—20 уз.
Класс пассажирских судов включает суда, специально предназ-
наченные для перевозки пассажиров. Иногда на обычных грузо-
вых судах предусматривают пассажирские каюты. Такие суда на-
зывают грузопассажирскими.
По назначению пассажирские суда подразделяют на суда для
обслуживания регулярных линий, для туристских путешествий,
массовых перевозок и суда местного сообщения (табл. 3.3).
Суда для обслуживания регулярных пассажирских линий совер-
шают рейсы между заданными портами по определенному распи-
санию. Особый интерес представляют рассчитанные на 1500—2000
пассажиров трансокеанские пассажирские лайнеры водоизмеще-
нием 50000—70000 т и скоростью 30—35 уз (в среднем 22—26 уз).
Пассажирские суда для туристских путешествий (круизов), по-
лучившие особенно широко распространение в последнее время,
рассчитаны на 200-500 пассажиров. У них меньше скорость (18-
22 уз) и размеры. На подобных судах предусматривается возмож-
ность перевозки 50—200 легковых автомашин.
Речные пассажирские суда, обслуживающие регулярные линии
или используемые для туристских путешествий, перевозят до 350-
500 — пассажиров со скоростью 25—27 км/ч.
К судам для местных сообщений обычно относят небольшие
пассажирские суда и катера, реже крупные суда на 500—600 пасса-
жиров. Широкое распространение получают скоростные речные
и морские суда на подводных крыльях со скоростью 60-70 км/ч,
рассчитанные на 60-300 пассажиров, а также суда на воздушной
подушке.
Класс специальных транспортных судов включает различные
паромы, транспортные барже-буксирные суда, составы (секцион-
ные или составные), толкачи, буксиры-толкачи и несамоходные
толкаемые секции или баржи.
Морские паромы бывают железнодорожные, железнодорожно-
автомобильные, автомобильно-пассажирские и пассажирские.
Они служат для перевозки железнодорожных вагонов, автомоби-
92
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Таблица 3.3
Основные характеристики пассажирских судов
отечественного флота
Название судна Водоизмещение, т Главные размерения, м Количество пассажиров, чел. Экипаж, чел. Груз, т Энергетическая установка Скорость
Длина наибольшая! Ширина I Высота борта до верхней палубы Осадка Е н Мощность, кВт Узлы | км/ч
«Леонид 23920 186,4 24,5 11,35 8,56 800 429 1500 Паро- 2x7900 18,0 —
Собинов» турбин-
ная
«Максим Горький» 19730 194,7 26,6 11,2 8,27 792 404 - То же 2x8440 20,0 -
«Александр 18820 176,1 23,6 13,5 8,3 750 220 1500 Дизель- 2x7720 19,0 —
Пушкин» ная
«Азербайд- 10560 153,0 21,8 16,31 5,9 500 209 255 То же 2x5900 21,0
жан» авто- машин
«Одесса» 9030 136,3 21,5 12,9 5,8 550 250 2x5900 18,5 -
«Михаил Калинин» 5640 122,2 16,0 7,6 5,1 337 114 150 » 2x2940 18,2 -
«Мария Ермолова» 4160 100,0 16,2 7,0 4,5 206 83 200 2x1940 17,2 -
«Киргизстан» 2970 101,5 14,6 8,1 3,76 250 76 145 * 2x1470 16,0 -
«Ленин» (озерно- 2100 121,4 12,4 4,0 2,2 470 84 120 в 2x662 - 27
речной) «Чкалов» (озерно- речной) 1350 96,5 12,0 4,3 2,25 368 71 150 2x882 - 25
Суда на подводных крыльях:
«Комета» 55,8 35,1 9,6 7,8 3,2 118 5 — » 2x882 34 —
«Вихрь» 121,3 47,9 12,0 10,1 4,1 260 - » 2x882 38 -
«Метеор» 52,9 34,6 9,5 6,0 2,3 124 4 - » 2x882 *— 80
«Ракета» 25,0 27,0 5,0 4,5 1,8 66 4 - 882 - 70
Суда на воз- душной по- 34,7 25,8 6,5 1,5 0,6 80 3 — в 382 — 53
душке «Орион»
лей, а также пассажиров на паромных переправах, связывающих
сухопутные дорожные артерии (например, через Керченский и
Татарский проливы, через Каспийское море на линии Баку —
Красноводск и т.п.). Получили распространение и автомобильно-
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения
93
пассажирские паромы дальнего плавания — для туристских путе-
шествий.
Толкачи и буксиры-толкачи служат для движения несамоход-
ных и составных судов, в основном на внутренних водных путях,
где несмотря на развитие в последние годы самоходного грузового
флота, около половины грузов все еще перевозят на баржах, в сек-
ционных составах и пр. Кроме того, толкачи и буксиры-толкачи
используют для транспортировки различных несамоходных пла-
вающих сооружений и плотов (буксиры-плотовозы). В отличие от
буксиров толкачи перевозят несамоходные плавающие объекты
методом толкания. Буксиры-толкачи могут и буксировать, и тол-
кать составы.
3.2.2. Промысловые суда
Промысловые суда служат для добычи, переработки и транс-
портировки рыбы, крабов, морского зверя и морских растений.
По назначению промысловые суда делятся на добывающие, до-
бывающе-перерабатывающие, перерабатывающие и обслуживаю-
щие. Общий тоннаж мирового флота промысловых судов состав-
ляет около 5% всего мирового тоннажа судов. Характеристики и
особенности промысловых судов разного назначения определя-
ются формой организации промысла.
Добывающие и добывающе-перерабатывающие суда составля-
ют ядро промыслового флота. К добывающим судам относятся
рыболовные суда (траулеры, сейнеры, тунцеловы, рыболовные
боты, сетеподъемники)., краболовы. К добывающе-перерабатыва-
ющим судам относятся большие морозильные траулеры-рыбоза-
воды (БМРТ), большие сардинные траулеры-рыбоконсервные за-
воды, морозильные траулеры и др.
Траулеры являются наиболее распространенным типом рыбо-
ловного судна. В зависимости от размеров различают большие,
средние и малые траулеры.
Большие рыболовные траулеры имеют водоизмещение около
3000—5000 т, крупнейшие — 10000 т (например, консервно-моро-
зильный траулер типа «Наталия Ковшова»), средние траулеры —
250—900 т, малые траулеры и рыболовные боты — до 300 т. Ско-
рость больших траулеров — 12-14, средних — 9,5-12, малых — 8-
9 уз (табл. 3.4).
Траулеры обладают большой автономностью плавания — до
3—4 месяцев, поэтому на них по возможности создают хорошие
бытовые условия для команды.
Сейнерами называют суда для ловли рыбы кошельковым не-
водом. Различают большие, средние и малые рыболовные сейне-
94
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
ры. Их разделяют на одно- и двухплощадочные (площадка распо-
ложена на открытой палубе сейнера и предназначена для рабочих
операций). Малые сейнеры — только одноплощадочные, средние
и большие — одно- и двухплощадочные.
Таблица 3.4
Основные характеристики некоторых серий больших
рыболовных траулеров отечественного промыслового флота
Тип и название судна . . . - Водоизмещение, т Дедвейт, т Главные размерения, м Кубатура грузовых трюмов, м3 Вместимость цистерн рыбьего жира, м3 Энергети- ческая установка Скорость, уз
| Длина между перпендикулярами Ширина Высота борта до верхней палубы Осадка 1 Общая Рефрижераторных Р Н Мощность, кВт
Консервно- морозильный траулер «На- талия Ков- шова» 9930 4410 115,0 19 12,0 7,0 3043 3043 — Ди- зель- ная 3x1850 13,66
Траулер — производст- венный реф- рижератор «Рембрандт» 5600 2600 91,0 16,6 н,з 5,5 3640 3440 114 То же 2200 14,0
Траулер — производст- венный реф- рижератор «Грумант» 5560 2570 91,0 16 П,1 5,52 3700 3395 149 * 2280 14,0
БМРТ «Мая- ковский» 3660 1300 75,0 14,0 10,0 5,4 1680 1365 37 » 1470 13,0
БМРТ «Лесков» 3540 1250 75,0 13,8 9,75 5,4 1640 1300 58 1765 12,5
БМРТ «Пушкин» 3510 1240 75,0 13,4 10,0 5,2 1610 1350 61 1395 12,5
БМРТ «Атлантик» 3200 900 73,0 13,6 9,55 5,0 1265 1100 25 2?853 12,8
РТМ3260 «Тропик» 860 71,0 13,2 7,0 4,9 1050 940 40 * П,7
МРСТ «Север» 2530 730 64,0 13,1 8,2 4,8 830 830 27 Ди- зель- элект- ричс- ская 3x735 13,0
РТ «Кремль» (с бортовым тралом) 2810 1570 68,0 11,8 6,30 5,20 1480 — Ди- зель- ная 794 12,0
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения
95
У одноплощадочных сейнеров рабочая площадка размещается
на корме. Так как улов кошельковым неводом носит резко выра-
женный сезонный характер, сейнеры оборудуют и другими орудия-
ми лова (тралом, снюрреводом). Водоизмещение больших рыбо-
ловных сейнеров достигает 160—300 т, средних — 100—150, малых —
45—80; скорость — 7—10 уз; автономность плавания — 4—10 сут.
Перерабатывающие суда предназначены для приема и перера-
ботки улова. Кроме того, они снабжают рыболовецкие суда всем
необходимым. На них имеются медицинские и культурно- быто-
вые службы, обслуживающие экипажи добывающих судов в усло-
виях экспедиционного промысла.
К перерабатывающим судам относятся сельдяные, краболов-
ные, рыбоконсервные плавучие базы, рыбомучные и морозиль-
ные суда (производственные рефрижераторы) и т.п.
Плавучие базы — крупнейшие промысловые суда водоизме-
щением в среднем от 10000 до 15000 т. Скорость плавучих баз —
13-16 уз.
Производственные рефрижераторы служат для приема и обра-
ботки рыбы, передаваемой с судов-ловцов, не имеющих техноло-
гического и морозильного оборудования. Обслуживая удаленные
районы промысла, рефрижераторы передают готовую продукцию
на транспортные рефрижераторы или транспортируют ее на бере-
говую базу сами.
В зависимости от суточной производительности морозильно-
го оборудования эти суда делятся на три группы: с суточной про-
изводительностью 75-100, 25—50 и до 20 т. Суда первой группы
имеют водоизмещение 7000-9000, второй группы — 3000-6000,
третьей группы — 1000—3000 т. Скорость — 10—18 уз.
К обслуживающим судам относятся приемотранспортные,
живорыбные, поисковые, научно-промысловые и другие анало-
гичные суда, предназначенные для обслуживания промысловых
экспедиций.
3.2.3. Служебно-вспомогательные суда
Служебно-вспомогательные суда представляют относительно
небольшую по тоннажу, но весьма многочисленную по номенкла-
туре группу судов (плавучих средств), обслуживающих флот, пор-
товое хозяйство, водные пути и акватории.
Служебно-вспомогательные суда разделяют на обслуживаю-
щие и служебные.
К обслуживающим относятся ледоколы, буксиры, спасатели,
противопожарные суда, судоподъемные, плавучие маяки, снабжен-
ческие суда (бункеровщики, раздатчики), зерноперегружатели и пр.
96
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Ледоколы служат для поддержания навигации в зимнее время.
В зависимости от района плавания ледоколы бывают портовые,
морские и речные. Особую группу составляют арктические линей-
ные ледоколы, обеспечивающие проводку караванов судов по Се-
верному морскому пути.
Корпус ледокола отличается особой прочностью. Ледоколы
имеют два-три кормовых винта и нередко один-два носовых.
В качестве энергетических установок на ледоколах применя-
ют в основном дизель-электрические и турбоэлектрические уста-
новки.
Мощность установок колеблется в широких пределах до 3575—
4414 кВт у портовых, 5880—7350 кВт — у морских и свыше
7350 кВт — у линейных арктических. Крупнейшие из них имеют
энергетические установки мощностью до 36750-55125 кВт. Ско-
рость ледоколов на чистой воде — 13—18 уз.
Буксиры, относящиеся к классу обслуживающих судов, разде-
ляют на океанские, морские, рейдовые, портовые и для внутренних
водоемов.
Буксиры (особенно портовые) отличаются малой длиной, обес-
печивающей необходимые им маневренные качества, и большой
остойчивостью. Энергетические установки современных буксиров
— дизель-электрические, дизельные. Мощность установок наибо-
лее крупных океанских буксиров достигает 2220-9190 кВт, порто-
вых — 735—2570 кВт. Скорость океанских и морских буксиров —
12—18 уз, портовых и рейдовых — 10—12 уз.
В связи с необходимостью организации спасательной службы
на море возник новый тип специализированных обслуживаю-
щих судов — спасателей. Они отличаются высокой скоростью
(18—22 уз), большой мощностью энергетической установки
(6615—16170 кВт) и оснащены разнообразным оборудованием для
оказания помощи терпящим бедствие судам — для тушения пожа-
ров, откачки воды, стаскивания с мели, подводного осмотра и ре-
монта, буксировки, а также спасения людей и оказания им первой
медицинской помощи. В отдельных случаях спасатели выполня-
ют дополнительные функции — снабжают экспедиции, работаю-
щие в открытом море.
Для тушения крупных пожаров на судах и прибрежных строе-
ниях служат специальные пожарные суда, имеющие мощные про-
тивопожарные средства: системы водо- и пенотушения. Даль-
ность действия лафетных стволов, подающих воду или другие ог-
негасящие средства, достигает 60—100 м. Эти суда имеют высокую
скорость (12—14 уз) и хорошую маневренность.
,1.2. Типы судов в зависимости от их назначения 97
Т СЭУсДВС
К служебным судам относятся научно-исследовательские (гид-
рографические, океанографические суда, суда погоды и пр.), ме-
дико-санитарные (плавучие госпитали, карантинные суда), плаву-
чие гостиницы, суда-выставки, учебные суда и пр.
3,2.4. Суда технического флота
Суда технического флота предназначены для технического об-
служивания различных судов, портового хозяйства и водных пу-
тей. К ним относятся дноуглубительные снаряды, грунтоотвозные
шаланды, суда-нефтесборщики, удаляющие остатки разлитых на
поверхности моря нефтепродуктов, плавучие краны, крановые
суда, плавучие доки, плавучие мастерские. К этой группе судов
причисляют также промышленно-хозяйственные суда, предназ-
наченные для выполнения различных строительных, мелиоратив-
ных и лесосплавных работ, для прокладки кабеля, а также добычи
нефти и газа в открытом море, песка, гравия и других работ по
освоению континентального шельфа и Мирового океана: плаву-
чие буровые установки, буровые суда, трубоукладчики, цементи-
ровщики скважин, плавучие электростанции, суда-кабелепрок-
ладчики, лесосплавные суда, суда обслуживания плавучих буро-
вых установок и т.п.
3.3. Основные эксплуатационно-технические
и мореходные качества судов
Судно представляет собой сложное инженерное сооружение,
предназначенное для передвижения по воде с различными груза-
ми. Транспортное судно, как и любое инженерное транспортное
сооружение, характеризуется рядом эксплуатационных качеств —
грузоподъемностью, грузовместимостью, скоростью, дальностью
плавания, автономностью, надежностью и пр.
Так как судно является одновременно и плавающим сооруже-
нием, оно характеризуется еще и мореходными качествами — пла-
вучестью, остойчивостью, непотопляемостью, ходкостью, качкой
и управляемостью.
3.3.1. Основные сечения корпуса
Корпус судна представляет собой удлиненное тело, ограни-
ченное сверху, снизу и с бортов кривыми поверхностями — верх-
ней палубой, днищем и бортами, — которым придается удобооб-
текаемая форма, обеспечивающая наименьшее сопротивление
воды и воздуха движению судна.
98
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Эти поверхности представляют собой поверхности сложной
кривизны.
Общее представление о характере обводов можно получить по
сечениям корпуса тремя взаимно перпендикулярными плоскостями:
1) вертикальной продольной плоскостью, проходящей посре-
дине ширины судна, называемой диаметральной плоскостью
(ДП);
2) вертикальной поперечной плоскостью, проходящей посре-
дине расчетной длины судна, называемой плоскостью ми-
делъ-гипангоута',
3) горизонтальной плоскостью, совпадающей с поверхностью
воды и называемой плоскостью ватерлинии.
Корпус судна симметричен относительно диаметральной
плоскости и, как правило, несимметричен относительно плоско-
сти ватерлинии и плоскости мидель-шпангоута. Диаметральная
плоскость делит корпус судна на две симметричные части — пра-
вого и левого борта.
Сечение корпуса плоскостью ватерлинии дает представление
о форме бортовых обводов судна в горизонтальной плоскости.
Различают конструктивную, грузовую и расчетную ватерлинии.
Конструктивной ватерлинией (КВЛ) называют линию, поло-
женную в основу построения теоретического чертежа и соответ-
ствующую полученному предварительным расчетом полному во-
доизмещению.
Грузовой ватерлинией (ГВЛ) называют кривую пересечения
поверхности судна горизонтальной плоскостью, совпадающей с
поверхностью воды при плавании судна с полным грузом. У мор-
ских транспортных судов КВЛ и ГВЛ, как правило, совпадают.
Расчетной ватерлинией называют ватерлинию, соответствую-
щую осадке судна, для которой определяют его характеристики.
3.3.2. Главные размерения
Главными размерениями судна являются длина, ширина,
осадка и высота борта.
Длина судна L
Различают:
• длину по конструктивной ватерлинии — расстояние, из-
меренное в плоскости КВЛ между точками пересечения ее
носовой и кормовой частей с ДП (рис. 3.7, а и в). Аналогич-
но определяют для любой расчетной ватерлинии длину по
ватерлинии
• длину между перпендикулярами Lnn — расстояние, измерен-
ное в плоскости КВЛ между носовым и кормовым перпен-
3.3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 99
7*
дикулярами (рис. 3.7, а и в). При этом за носовой перпенди-
куляр (НП) принимают линию пересечения ДП с верти-
кальной поперечной плоскостью, проходящей через край-
нюю носовую точку КВЛ (рис. 3.7, д), а за кормовой (КП)
линию пересечения ДП с вертикальной поперечной плос-
костью, проходящей через точку пересечения оси вращения
руля с плоскостью КВЛ; у судов, имеющих погруженную
транцевую корму (рис. 3.7, в), в качестве кормового перпен-
дикуляра можно принимать вертикаль, проходящую через
нижнюю точку боковой проекции среза транца;
• длину наибольшую Ьнб — расстояние, измеренное в горизон-
тальной плоскости между крайними точками носовой и
кормой оконечностей корпуса без выступающих частей
(рис. 3.7, а и в);
• длину габаритную Ьг6 — расстояние, измеренное в горизон-
тальной плоскости между крайними точками носовой и
кормовой оконечностей с учетом постоянно выступающих
частей (рис. 3.7, 6).
Ширина судна В (рис. 3.7, г)
Различают:
• ширину по КВЛ — Вквл — расстояние, измеренное в наибо-
лее широкой части судна на уровне КВЛ в точках пересече-
ния ее с внутренней поверхностью обшивки корпуса; ана-
логично определяют для любой расчетной ватерлинии ши-
рину по ватерлинии Вм;
• ширину на мидель-шпангоуте В — расстояние, измеренное
на мидель-шпангоуте перпендикулярно к ДП на уровне
КВЛ или расчетной ВЛ между внутренними поверхностями
обшивки корпуса;
• ширину наибольшую Внб — расстояние, измеренное в наи-
более широкой части перпендикулярно к ДП между край-
ними точками корпуса без учета обшивки, привальных бру-
сьев и других постоянно выступающих частей;
• ширину габаритную B fi — расстояние, измеренное в наибо-
лее широкой части перпендикулярно к ДП между крайними
точками корпуса с учетом любых выступающих частей.
Осадка судна Т — вертикальное расстояние, измеренное в
плоскости мидель-шпангоута от основной линии (ол) до плоско-
сти КВЛ или расчетной ВЛ.
Контроль за осадкой судна (определение осадки носом, кор-
мой и на миделе с каждого борта) во время эксплуатации судна
100
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
3£-yuo6ifOt обозначение шидель-шп анeoyma
Рис. 3.7. Главные размерения судна:
а — суда без постоянно выступающих частей; б — суда с постоянно
выступающими частями; в — суда с транцевой кормой; г — главные
размерения в поперечных сечениях корпуса; д — примеры определе-
ния теоретических линий и носового перпендикуляра
.1,3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 101
осуществляется по маркам углубления. Марки показывают углуб-
ление судна в данном месте.
Марки углубления наносят арабскими цифрами на обоих бор-
тах на форштевне, в районе мидель-шпангоута и на ахтерштевне и
обозначают углубление в дециметрах.
Высота борта судна Н — вертикальное расстояние, измерен-
ное на мидель-шпангоуте у борта от внутренней кромки верти-
кального киля до верхней кромки бимса палубы надводного борта
(палубой надводного борта называют самую верхнюю непрерыв-
ную открытую палубу, имеющую постоянные средства закрытия
всех отверстий на открытых ее частях и постоянные средства зак-
рытия отверстий в бортах судна ниже этой палубы).
Высота надводного борта F— это разность между высотой бор-
та и осадкой: F — Н — Т.
Надводный борт во время рейса изменяется в зависимости от
осадки судна, которая, в свою очередь, зависит от количества на-
ходящихся на судне грузов (включая судовые запасы).
Минимальная высота надводного борта определяется Между-
народными правилами по грузовой марке или по условиям обес-
печения непотопляемости. Ее значение наносят на борту судна.
Кроме перечисленных линейных главных размерений, судно
характеризуется объемными и массовыми измерителями, к числу
которых относятся водоизмещение объемное V, м3 — объем под-
водной части судна и водоизмещение D, т — масса воды, вытес-
ненной подводной частью судна. Водоизмещение равно объемно-
му, умноженному на плотность воды, в которой плавает судно.
3.3.3. Грузоподъемность и грузовместимость
Грузоподъемностью называют массу различного рода грузов,
которые может перевезти судно. Различают чистую грузоподъем-
ность и дедвейт.
Чистая грузоподъемность — это полная масса перевозимого
судном полезного груза, то есть масса груза в трюмах и масса пас-
сажиров с багажом и предназначенных для них пресной водой и
провизией, масса выловленной рыбы и т.п., при загрузке судна по
расчетную осадку.
Дедвейт (иногда его называют полной грузоподъемностью)
представляет собой общую массу перевозимого судном полезного
груза, составляющего чистую грузоподъемность, а также массу за-
пасов топлива, котельной воды, масла, экипажа с багажом, запа-
сов провизии и пресной воды для экипажа тоже при загрузке суд-
на по расчетную осадку. Если судно с грузом принимает жидкий
балласт (например, лесовозы, некоторые пассажирские или науч-
102
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
но-исследовательские суда), то масса этого балласта включается в
дедвейт судна.
Таким образом, дедвейт представляет собой сумму всех так
называемых переменных грузов, т.е. тех, масса которых может ме-
няться или в течение рейса (судовые запасы), или от рейса к рейсу
(перевозимый полезный груз).
При этом дедвейт для каждого судна является постоянным и
определяется общей массой переменных грузов, которые могут
быть приняты на судно при загрузке его по расчетную осадку.
В отличие от дедвейта водоизмещение (масса) порожнего суд-
на представляет собой сумму всех постоянных масс, из которых
слагается масса конструкции построенного судна (масса корпуса,
механизмов, судовых устройств, систем и оборудования) и масса
постоянного инвентарного снабжения. Сюда включается масса
тех частей запаса топлива, воды и масла, которые находятся в кот-
лах, механизмах и трубопроводах подготовленной к запуску энер-
гетической установки судна, а также масса тех остатков различ-
ных жидких грузов в цистернах, которые не могут быть удалены
при откачке (так называемый мертвый запас). Твердый балласт,
укладываемый на некоторых судах для обеспечения остойчивос-
ти, учитывают при вычислении водоизмещения порожнего судна.
Складывая водоизмещение порожнего судна с дедвейтом, по-
лучаем полное водоизмещение, или водоизмещение с полным грузом
(рис. 3.8): D = Т>пор + где D — полное водоизмещение, т; Рпор —
водоизмещение порожнего судна, т; Dw — дедвейт, т. Дедвейт со-
временных грузовых судов составляет 65-75% от полного водоиз-
мещения (у крупнотоннажных танкеров до 82-85%). Во избежа-
ние недопустимой перегрузки судна с конца XIX — начала XX вв.
на грузовых судах наносят знак грузовой марки, определяющей в
зависимости от размеров и конструкции судна, района его плава-
ния и времени года минимальную допустимую величину надвод-
ного борта. В настоящее время грузовую марку наносят в соответ-
ствии с «Правилами Регистра РФ», основанными на Международ-
ной конвенции о грузовой марке.
Знак грузовой марки наносят на правом и левом бортах в сред-
ней части судна.
При приеме груза судно не должно погружаться в воду глубже
соответствующей марки. На некоторых судах наносят, помимо
обычных марок, специальные.
Грузовые трюмы и прочие помещения, предназначенные для
размещения груза, характеризуются объемом. Суммарный объем
всех грузовых помещений называют грузовместимостью судна,
измеряемой в кубических метрах.
3.3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 103
Рис.3.8. Основные статьи полного водоизмещения судна
104
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Различают грузовместимость по штучному и сыпучему грузу.
Вместимость по сыпучему грузу — зерновая вместимость — равна
теоретическому объему грузовых помещений за вычетом объема
набора и других конструкций, находящихся внутри грузовых по-
мещений (полупереборки, пиллерсы, шахты, трапы, трубы, под-
крепления и т.д.). Обычно этот объем составляет 4—5% теорети-
ческого объема грузового помещения.
Вместимость по штучному грузу — киповая вместимость — на
8-10% меньше вместимости по сыпучему грузу, так как в нее не
включают пространство между шпангоутами, бимсами и стойка-
ми переборок, которое не может быть использовано для размеще-
ния ящиков, бочек, кип хлопка и пр.
Вместимость грузовых трюмов, так же как и грузоподъемность
судна, не дает полного представления о его величине. Поэтому
для единообразной оценки размеров судна и, в первую очередь,
размеров его помещений в мировой практике принято понятие
регистровой вместимости, или регистрового тоннажа. За единицу
объема в этом случае принимают регистровую тонну, равную
2,83 м3 (или 100 куб. футам).
Регистровая тонна является мерой объема, ее нельзя путать с
обычной тонной — единицей массы.
Различают валовую вместимость судна (брутто) и чистую вме-
стимость (нетто). Их вычисляют по правилам обмера судов, при-
нятым в международной практике.
Каждое судно получает мерительное свидетельство, в котором
указывается его валовая и чистая регистровая вместимости, опре-
деленные по действующим в стране национальным «Правилам
обмера», а также мерительные свидетельства о регистровой вмес-
тимости, определенной по «Правилам для судов, проходящих Су-
эцким и Панамским каналами» (эти правила несколько отлича-
ются от национальных «Правил обмера»). Все взимаемые с судна
сборы и пошлины (за пользование причалами, лоцманские и ка-
рантинные услуги, за проход каналов, маяков и т.д.) исчисляют
пропорционально регистровой вместимости.
3.3.4. Скорость, мощность, дальность плавания
и автономность
Скорость — важнейшее эксплуатационное качество судна, оп-
ределяющее быстроту транспортных операций.
Чем выше скорость судна, тем больше его провозная способ-
ность, хотя и больше расходы на топливо, так как повышение ско-
рости требует увеличения мощности главных механизмов и, сле-
довательно, количества топлива. Поэтому при проектировании
3.3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 105
новых судов скорость выбирают, основываясь на экономических
расчетах, которые позволяют определить наиболее выгодное ее
значение. Обычно скорость транспортных судов несколько выше,
чем это требуется по экономическим соображениям.
Скорость хода судов в морской практике измеряют узлами, т.е.
числом морских миль, проходимых за час. Название «узел» связано
со старинным способом измерения скорости при помощи шнура
(лаглиня) с завязанными на нем на равных расстояниях узелками.
Шнур сматывается с катушки, так как привязанный к его концу
щит, который забрасывали за корму судна, создавал натяжение.
Опытным путем было установлено, что при расстояниях между
узлами в 48 футов (14,6 м) за половину минуты с катушки сматы-
валось столько узлов, сколько морских миль судно проходит за
час. Таким образом, выражение «судно идет со скоростью N уз-
лов» означает, что скорость судна равна N морским милям в час.
Измерять пройденное расстояние в милях удобно для судоводите-
ля, так как одна морская миля соответствует длине дуги земного
меридиана с центральным углом в одну минуту (1/60 градуса).
Скорость речных судов принято измерять в км/ч.
При расчетах ходкости и других технических вычислениях
пользуются единицей скорости Международной системы единиц
(Си) — 1 м/с.
Соотношение между единицами скорости:
1 уз = 1,852 км/ч = 0,515 м/с
1 км/ч = 0,54 уз = 0,278 м/с
1 м/с = 1,94 уз = 3,6 км/ч.
Буксированное сопротивление, тягу гребных винтов, натяже-
ние буксирных тросов и т.д. измеряют в Ньютонах. Широко при-
меняемые внесистемные единицы силы кгс и тонна-сила (тс) на-
ходятся в следующем соотношении с ньютоном:
1 кгс = 9,81 • Н; 1 кН = 103 Н = 102 кгс = 0,102 тс;
1 тс = 9,81 кН; 1 Н = 0,102 кгс.
Мощность главных двигателей судов измеряют с помощью
Международной системы единиц — в киловаттах — или с помо-
щью внесистемных единиц — в лошадиных силах. В технических
расчетах употребляют единицу 1 кгс м/с. Перевод этих единиц
следующий:
1 кВт = 103 Нм/с == 102 кгс • м/с — 1,36 л.с.
1 л.с. = 0,73 кВт = 75 кгс • м/с.
В этих же единицах измеряют мощность вспомогательных ме-
ханизмов, буксировочную мощность судна и т.д.
Дальностью плавания называют расстояние, которое судно
может пройти с заданной скоростью без пополнения запасов топ-
106
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
лива, котельно-питательной воды и масла. Дальность плавания
зависит от назначения судна. В связи с международной торговлей
и связанных с этим межконтинентальными рейсами значительно
повысилась дальность плавания транспортных судов: она дости-
гает 15 000—20 000 миль.
Автономность — это длительность пребывания судна в рейсе
без пополнения запасов топлива, провизии и пресной воды, необ-
ходимых для жизни и нормальной деятельности находящихся на
судне людей (экипажа и пассажиров).
Автономность судна также определяется его назначением. У
небольших промысловых, речных и рейдовых судов, а также мор-
ских транспортных судов, обслуживающих короткие линии, она
составляет лишь 3—5 суток; большие транспортные суда могут на-
ходиться в море без захода в порт до 1-2 месяцев; специальные
суда — ледоколы, научно-исследовательские и гидрографические
суда, промысловые базы и т.д. имеют автономность до одного года.
3.3.5. Плавучесть, остойчивость и непотопляемость
Плавучестью называют способность судна плавать в опреде-
ленном положении относительно поверхности воды при заданном
количестве находящихся на нам грузов.
По закону Архимеда вес или водоизмещение (масса) плаваю-
щего тела равны весу или массе вытесненной им воды:
Р = уИили D= pV,
где Р — вес судна, т; V— объем подводной части судна (объемное
водоизмещение), м3; D — масса судна, т; у — удельный вес воды,
кг/м3; р — плотность воды (для соленой воды принимают обычно
р = 1,025 т/м3).
Так как вес плавающего судна Р равен его водоизмещению D,
а объем подводной части судна выражается произведением его
длины на ширину, осадку и коэффициент общей полноты d, то
уравнение плавучести принимает вид:
P=D = fiLBT.
Вес судна Р определяется как сумма весов всех его частей (кор-
пуса, механизмов, оборудования, запасов, груза, экипажа и пр.).
Равнодействующая сил веса приложена в центре тяжести (ЦТ)
судна и направлена вертикально вниз.
Равнодействующая сил давления воды (сил поддержания) на
погруженную поверхность судна, равная водоизмещению судна D,
приложена в ЦТ погруженного объема корпуса, называемом цен-
тром величины (ЦВ), и направлена вертикально вверх.
Если центр тяжести G и центр величины С находятся на одной
вертикали, то судно плавает без крена и дифферента (рис. 3.9).
1.3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 107
Рис. 3.9. Действие на судно силы тяжести и силы поддержания;
хд, х — расстояния от плоскости мидельшпангоута до центра тяжести
и центра величины
Если ЦТ и ЦВ расположены в ДП, но не на одной вертикали, то
судно плавает с дифферентом на корму (если ЦТ расположен в
корму от ЦВ) или на нос (если ЦТ расположен в нос от ЦВ).
Если ЦТ расположен не в ДП, то судно плавает с креном на тот
борт, в сторону которого смещен ЦТ.
Определение плавучести судна сводится к сопоставлению рас-
четов нагрузки масс (в результате которых по массе и местополо-
жению отдельных составляющих масс судна определяют суммар-
ную массу и положение ЦТ судна) с расчетами водоизмещения,
выполненными по теоретическому чертежу (последние позволя-
ют определить объем погруженной части корпуса, массу вытес-
ненной им воды и положение ЦВ).
Для обеспечения безопасности плавания каждое судно долж-
но обладать запасом плавучести, который представляет собой
объем водонепроницаемости корпуса выше грузовой ватерлинии.
Этот объем образуется помещениями под водонепроницаемой
(обычно верхней) палубой, а также надстройками, имеющими во-
донепроницаемые закрытия. В случае попадания воды внутрь
корпуса при аварии судно погрузится глубже (увеличится осадка),
но благодаря запасу плавучести останется на плаву.
Остойчивостью называется способность судна, наклоненного
действием внешних сил из положения равновесия, возвращаться
к состоянию равновесия после прекращения действия этих сил.
Наклонения судна могут происходить под действием таких
внешних сил, как перемещение, прием или расходование грузов,
давление ветра, действие волн, натяжение буксирного троса и пр.
Остойчивость, которую судно имеет при продольных накло-
нениях, измеряемых углами дифферента у, называют продольной.
Она, как правило, довольно велика, поэтому опасности опроки-
дывания судна через нос или корму никогда не возникает. Но изу-
чение ее необходимо для определения дифферента судна при воз-
действии внешних сил.
108 Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Остойчивость, которую судно имеет при поперечных накло-
нениях, измеряемых углами крена 0, называют поперечной. Попе-
речная остойчивость является важнейшей характеристикой суд-
на, определяющей его мореходные качества и степень безопасно-
сти плавания.
При изучении поперечной остойчивости различают началь-
ную остойчивость (при малых наклонениях судна) и остойчивость
на больших углах крена.
Начальная остойчивость. При крене судна на малый угол под
действием какой-либо из названных внешних сил происходит пе-
ремещение ЦВ за счет перемещения подводного объема (рис.
3.10). Величина образующегося при этом восстанавливающего
момента зависит от величины плеча I — GK между силами веса и
поддержания наклоненного судна. Как видно из рисунка, восста-
навливающий момент Мв — DI = Dh sin 0, где h — возвышение
точки М над ЦТ судна G, называемое поперечной метацентричес-
кой высотой судна. Точка М носит название поперечного метацен-
тра судна.
Метацентрическая высота является важнейшей характеристи-
кой остойчивости. Она определяется выражением
h = zc + г - zg,
где zc — возвышение ЦВ над основной линией (ОЛ); г — попереч-
ный метацентрический радиус, т.е. возвышение метацентра над
ЦВ; zg — возвышение ЦТ судна над ОЛ.
Рис. 3.10. Действие сил при крене судна
3.3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 109
Опыт кренования. На построенном судне начальную метацент-
рическую высоту определяют (используя метацентрическую фор-
мулу остойчивости) опытным путем — кренованием судна, кото-
рое производят на угол 1,5—2° переносом с борта на борт заранее
взвешенного груза.
По найденной с помощью опыта кренования начальной мета-
центрической высоте рассчитывают положение ЦТ построенного
судна.
Ниже приведены примерные значения поперечной метацент-
рической высоты для разных типов судов с полным грузом:
Тип судна
h, м
Большие пассажирские суда........................0,3—1,5
Средние и малые пассажирские суда................0,6—0,8
Большие сухогрузные суда.........................0,7—1,0
Средние сухогрузные суда.........................0,5—0,8
Большие наливные суда............................2,0—4,0
Средние наливные суда............................0,7—1,6
Речные пассажирские суда........................3,0—5,0
Баржи............................................2,0—10,0
Ледоколы....................................... 1,5-4,0
Буксиры.........................................0,5-0,8
Рыбопромысловые суда............................0,7—1,0
Остойчивость на больших углах крена. По мере увеличения угла
крена судна восстанавливающий момент сначала растет (рис. 3.11,
a-в), затем уменьшается, становится равным нулю и уже не пре-
пятствует, а наоборот, способствует дальнейшему наклонению
судна (рис. 3.11, г). Так как водоизмещение D для данного состоя-
ния нагрузки остается постоянным, то восстанавливающий мо-
мент Мв изменяется пропорционально изменению плеча I попе-
Рис. 3.11. Действие сил при накренении судна на большие углы
110
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Рис. 3.12. Диаграмма статистической остойчивости
речной остойчивости. Это изменение плеча остойчивости в зави-
симости от угла крена 0 можно рассчитывать и изображать графи-
чески, в виде диаграммы статической остойчивости (рис. 3.12),
которую строят для наиболее характерных и опасных относитель-
но остойчивости случаев нагрузки судна.
Диаграмма статической остойчивости является важным доку-
ментом, характеризующим остойчивость судна. С ее помощью
можно, зная величину действующего на судно кренящего момента,
например, от давления ветра, определяемого по шкале Бофорта
(табл. 3.5), или от переноса на борт груза, от принятых несиммет-
рично ДП водяного балласта или запасов топлива и т.п., найти ве-
личину образующего угла крена в том случае, если этот угол ве-
лик (более 10°). Малый угол крена вычисляют без построения диаг-
раммы по приведенной выше метацентрической формуле.
По диаграмме статической остойчивости можно определить
начальную метацентрическую высоту судна, которая равна отрез-
ку между горизонтальной осью и точкой пересечения касательной
к кривой плеч остойчивости в начале координат с вертикалью,
проведенной при угле крена, равном одному радиану (57,3°)- Ес-
тественно, чем круче в начале координат кривая, тем больше на-
чальная метацентрическая высота.
Особенно полезна диаграмма статической остойчивости тог-
да, когда надо узнать угол крена судна от действия внезапно при-
ложенной силы — при так называемом динамическом действии
силы.
IJ. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 111
Таблица 3.5
Характеристика ветра и морского волнения
Скорость и давление ветра на высоте 6 м над уровнем моря Морское волнение (шкала IV Гидрометслужбы)
(шкала Бофорта)
Балл Наименова- Скорость ветра, м/с Давление ветра, МПа (кге/м2) Балл Характеристика волнения Высота волн, м (при 3%- ной обеспе- ченности)
ине ветра средняя при шква- ле средняя при шквале
0 Штиль 0,0-0,5 1,0 0 (0,0) 1 (0,1) 0 Отсутствует 0
1 Тихий 0,6-1,7 3,2 2 (0,2) 8 (0,8) I Слабое 0,00-0,25
2 Легкий 1,8-3,3 6,2 9 (0,9) 30 (3,1) II Умеренное 0,25-0,75
3 Слабый 3,4-5,2 9,6 22 (2,2) 74 (7,5) То же
4 Умеренный 5,3-7,4 13,6 44 (4,5) 147 (15,0) III Значительное 0,75-1,25
5 Свежий 7,5-9,8 17,8 77 (7,8) 252 (25,7) IV То же 1,25-2,00
6 Сильный 9,9-12,4 22,2 123 (12,5) 392 (40,0) V Сильное 2,00-3.50
7 Крепкий 12,5-15,2 26,8 184 (18,8) 573 (58,4) VI То же 3,50-6,00
8 Очень крепкий 15,3-18,2 31,6 265 (27,0) 798 (81,3) VII Очень сильное 6,00-8,50
9 Шторм 18,3-21,5 36,7 366 (37,5) 1075 (109,7) VII То же
10 Сильный шторм 21,6-25,1 42,0 501 (51,1) 1407 (143,5) VIII 8,50-11,00
11 Жестокий шторм 25,2-29,0 47,5 671 (68,4) 1800 (183,5) IX Исключительное Более 11,00
12 Ураган Белее 29,0 53,0 878 (89,5) 2246 (229,0) IX То же
Остойчивость морских судов должна отвечать «Нормам остой-
чивости Регистра РФ», предусматривающим в качестве основного
критерия (называемого «критерием погоды») условие: опрокиды-
вающий момент Мопр, т.е. минимальный динамический приложен-
ный момент, который при одновременном воздействии бортовой
качки и наихудшей загрузке вызывает опрокидывание судна, не
должен быть меньше динамически приложенного к судну креня-
щего момента Мх.р от давления ветра, то есть К = > 1,00.
При изучении диаграммы статической остойчивости пред-
ставляет интерес угол, при котором кривая пересекает горизон-
тальную ось — так называемый угол заката (см. рис. 3.12). По
«Правилам Регистра РФ» у морских судов этот угол не должен
быть меньше 60°. Эти же Правила требуют, чтобы максимальные
значения восстанавливающих моментов на диаграмме достига-
лись при угле крена не менее 30°, а максимальное плечо остойчи-
вости было бы не менее 0,25 м у судов длиной до 80 м и не менее
0,20 м — у судов длиной более 105 м.
112
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Имеющиеся в цистернах жидкие грузы при неполном заполне-
нии цистерн в случае наклонения судна перемещаются в сторону
наклонения. Из-за этого в ту же сторону перемещаются ЦТ судна,
что приводит к уменьшению плеча восстанавливающего момента.
При этом чем шире цистерна или отсек, имеющие свободную по-
верхность жидкости, тем значительнее перемещение ЦТ и, следо-
вательно, больше уменьшение поперечной остойчивости. Поэтому
для уменьшения влияния жидких грузов стремятся уменьшить ши-
рину цистерны, а во время эксплуатации — ограничить число цис-
терн, в которых образуются свободные уровни, то есть расходовать
запасы не сразу из нескольких цистерн, а поочередно.
При перевозке сыпучих грузов (особенно зерна) в результате
образования пустот по мере их усадки от тряски и вибрации корпу-
са во время рейса, при резких или больших наклонениях судна под
действием шквала (превышающих угол естественного откоса) они
пересыпаются на один борт и уже не возвращаются полностью к
исходному положению после выпрямления судна. Количество пе-
ресыпавшегося таким образом груза (зерна) постепенно увеличива-
ется и вызывает крен, который может привести к опрокидыванию
судна. Во избежание этого принимают специальные меры — укла-
дывают поверх насыпанного в трюм зерна мешки с зерном (мешко-
вание груза) или устанавливают в трюмах дополнительные времен-
ные продольные переборки — шифтингбордсы. При невыполне-
нии этих мероприятий происходят серьезные аварии и даже гибель
судов. Статистика показывает, что более половины судов, погиб-
ших из-за опрокидывания, перевозили сыпучие грузы.
Особая опасность возникает при перевозке рудных концент-
ратов, которые при изменении их влажности во время рейса, на-
пример при оттаивании или отпотевании, приобретают высокую
подвижность и легко смещаются к борту.
Непотопляемостью судна называют его способность после затоп-
ления части помещений (например, при аварии) оставаться на плаву
и сохранять остойчивость, а также некоторый запас плавучести.
Массу влившейся внутрь корпуса воды можно рассматривать
как массу дополнительного груза, прием которого, как известно,
всегда вызывает увеличение осадки. При этом погружение судна
будет происходить до тех пор, пока объем дополнительно погру-
зившейся неповрежденной части корпуса не окажется равным
объему влившейся в корпус воды.
Можно также рассматривать объем поврежденной части кор-
пуса, куда поступает вода, как объем, уже не принадлежащий суд-
ну и не участвующий в создании силы поддержания. А так как
сила веса (сила тяжести) судна остается неизменной, то для сохра-
3.3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 113
в СЭУ с две
нения равной ей силы поддержания потерянный (затопленный)
объем должен быть компенсирован дополнительным объемом,
который, будучи погруженным в воду, восстановит утраченную
часть силы поддержания. Очевидно, что этот дополнительный
объем должен быть равен затопленному объему корпуса. Чем
больше запас плавучести судна, тем больше воды может оно при-
нять, то есть тем выше степень его непотопляемости. Поэтому
главным направлением в борьбе за непотопляемость является уве-
личение запаса плавучести и принятие мер, ограничивающих ко-
личество поступающей в корпус воды при его повреждении. Пер-
вое достигается увеличением высоты надводного борта до верхней
водонепроницаемой палубы, второе — разделением корпуса на
ряд относительно небольших отсеков водонепроницаемыми по-
перечными и продольными переборками.
Наибольшие допустимые расстояния между поперечными пе-
реборками определяют по кривой предельных длин отсеков, ко-
торую строят по результатам специального расчета.
З.З.б. Управляемость
В понятие управляемости входят:
— устойчивость на курсе — способность судна двигаться пря-
молинейно, без отклонений от заданного направления;
— поворотливость — способность изменять направление.
Обычно для обеспечения управляемости суда снабжают руле-
выми устройствами. Кроме рулей, управлять судном можно при
помощи поворотных насадок, крыльчатых и водометных движи-
телей.
Характеристикой устойчивости на курсе может служить число
перекладок руля с борта на борт в единицу времени, необходимое
для того, чтобы удержать судно на прямом курсе. Если судно не
обладает хорошей устойчивостью (рыскливое), приходится делать
до 10—12 перекладок руля в минуту, если судно устойчиво — таких
перекладок значительно меньше.
Поворотливость судна характеризуется диаметром его цирку-
ляции Do, то есть диаметром окружности, которую будет описы-
вать центр тяжести судна, двигающегося с положенным на борт
рулем (рис. 3.13). Обычно диаметр циркуляции лежит в пределах
от 2,5 до 6 длин судна. На том же рисунке показаны и другие ха-
рактеристики поворотливости: выдвижение А и тактический диа-
метр циркуляции D. Требования хорошей устойчивости на курсе
и хорошей поворотливости трудно совместимы. Обычно устойчи-
вые на курсе суда имеют большой диаметр циркуляции и, наобо-
рот, рыскливые суда имеют наименьший диаметр циркуляции.
114
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
Рис. 3.13 Характеристики поворотливости судна:
0-1 — направление движения до перекладки руля;
1 — положение центра тяжести судна в момент начала перекладки;
А — выдвижение судна; D — тактический диаметр циркуляции; Do —-
диаметр установившейся циркуляции
Особенно большое значение имеет хорошая управляемость
для речных судов, которым приходится проходить через узкие и
извилистые участки фарватера, часто шлюзоваться, расходиться
со встречными судами.
Для улучшения поворотливости современные речные суда
снабжают подруливающими устройствами, которые создают бо-
ковую силу при отсутствии хода судна. Это дает судну возмож-
ность отходить от причальной стенки при наваливающем ветре,
разворачиваться на месте и проходить наиболее сложные участки
судового хода. В качестве подруливающих устройств применяют-
ся водометы или крыльчатые движители.
3.3.7. Натурные испытания судов
Для проверки скорости хода, мощности главных двигателей и
частоты вращения движителей построенные или вышедшие из ре-
монта суда подвергают ходовым и динамометрическим испытаниям.
По результатам испытаний определяют фактические ходовые
характеристики (паспортные диаграммы), то есть графические за-
висимости между скоростью хода и частотой вращения движите-
лей в различных эксплуатационных условиях.
3.3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 115
8*
Рис. 3.14 Схема мерной линии:
А — мерный участок; Е^-В,, — участки для разгона и торможения;
1, 2, 3, 4 — береговые створные вехи; 5, 6 — наплавные буи
Скорость движения судна во время ходовых испытаний изме-
ряют на мерной линии — на участке, выбранном и оборудован-
ном для ходовых испытаний (рис. 3.14). Глубина воды на участке
должна быть достаточной для того, чтобы влияние дна на сопро-
тивление воды движению судна было пренебрежимо малым, на-
пример при испытаниях быстроходных кораблей глубина на учас-
тке должна составлять около 100 м.
Полная длина мерной линии достигает нескольких километров.
Она слагается из мерного участка — обычно длиною в морскую
милю (1,852 км) — и отрезков пути, необходимых для разгона до
полной скорости, а также для торможения и разворота в обратную
сторону с каждой стороны мерного участка. Длина мерного участка
для быстроходных судов должна быть увеличена до 3—4 миль.
Скорость движения судна определяется по времени, за которое
оно проходит мерный участок, поэтому длину участка необходимо
устанавливать очень точно. Начало и конец участка определяют по
створным знакам, устанавливаемым специально, или по предметам
на местности, например по телеграфным столбам, шпилям зданий
и т.д. Испытатель, находящийся на борту судна, включает секундо-
мер в момент, когда первая пара знаков находится в створе, и оста-
навливает его, когда в створе оказывается вторая пара знаков. Пра-
вильность направления движения проверяют по буям, устанавли-
ваемым на якорях, или по ведущим створам на берегу. Необходимо
сделать несколько пробегов в противоположных направлениях при
неизменной частоте вращения движителей, чтобы исключить вли-
яние течения, ветра и возможных случайных факторов. Действи-
тельную скорость при трех пробегах, два из которых сделаны со
116
Глава 3. Типы судов и их основные характеристики
скоростями v( и v3 против течения, а одно — со скоростью v2 по
течению, определяют при помощи формулы:
Vi + 2v2 + тз
Другой метод измерения скоростей движения судов основан
на использовании лагов — приборов, устанавливающих скорость
хода судна относительно воды.
Буксирные суда подвергают динамометрическим и скорост-
ным испытаниям, чтобы проверить соответствие развиваемой
ими тяги на гаке (то есть величины буксирующего усилия), скоро-
сти и мощности — проектировочным данным.
Испытания проводят при различных последовательно изменяе-
мых режимах работы главных двигателей, вызывающих изменение
скорости движения и развиваемой судном тяги. В программу испы-
таний включают пробеги без состава («легкачом»), легким составом
барж, с тяжелым составом, а также испытания на швартовном ре-
жиме, при которых определяют величину тягового усилия, разви-
ваемого судном на месте при наибольшей возможной частоте вра-
щения двигателей. На основании данных испытаний составляют
эксплуатационные характеристики буксира, то есть графические
зависимости развиваемой им тяги от мощности и числа оборотов
главных двигателей, а также от скорости буксировки.
Развиваемую буксиром силу тяги измеряют с помощью меха-
нических или гидравлических динамометров, устанавливаемых на
буксирующем тросе.
Несамоходные суда и составы барж подвергают прогрессив-
ным динамометрическим испытаниям, на которых определяют за-
висимость сопротивления воды движению от скорости хода. Так-
же испытания проводят путем буксирования несамоходного судна
с различными скоростями, во время которого замеряют величины
буксирующего усилия и скорости буксирования. Испытывая со-
ставы барж, можно определять величины «коэффициентов счала»,
которые позволяют оценить влияние различных способов соеди-
нения судов в составе воза на величину суммарного сопротивле-
ния воды их движению.
Ходовые и динамометрические испытания судов сложны и
трудоемки. Их проводят специальные испытательные партии, в
составе которых должны быть опытные специалисты. Испыта-
тельная партия должна располагать достаточным количеством на-
дежной и тщательно протарированной аппаратуры: секундомера-
ми, динамометрами, тахометрами (счетчиками числа оборотов),
лагами и т.д.
3.3. Основные эксплуатационно-технические и мореходные качества судов 117
Глава 4
СОСТАВ СУДОВЫХ
ДИЗЕЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК
Современное судно оборудовано разнообразными машинами
и механизмами, которые в совокупности и во взаимосвязи с уст-
ройствами и аппаратами образуют судовую энергетическую уста-
новку. С ее помощью обеспечиваются движение судна и его ма-
невры, безопасность плавания и его живучесть, грузовые опера-
ции и другие функции в соответствии с назначением судна, со-
хранность перевозимого груза, нормальные условия для работы и
отдыха экипажа и пассажиров.
Эффективность и надежность работы СЭУ зависят от совер-
шенства не только главных двигателей, но и вспомогательных ЭУ,
их элементов.
4.1. Основные требования к СЭУ
Судовая энергетическая установка является одним из важней-
ших комплексов судна, поскольку обеспечивает движение судна и
снабжает всеми видами энергии находящихся на нем потребите-
лей. Таким образом, от ее работы зависит живучесть судна, т.е.
безопасность плавания и выполнение им плановых заданий пере-
возок грузов и пассажиров.
В связи с этим судовые энергетические установки должны
удовлетворять следующим основным эксплуатационным и техни-
ко-экономическим требованиям:
— обладать высокой надежностью, безотказностью и сохра-
нять работоспособность в аварийных ситуациях;
— иметь высокий моторесурс до переборки и капитального
ремонта;
— обеспечивать заданную скорость хода судна и обладать дос-
таточными маневренными качествами на всех режимах его
движения;
— быть экономичной, т.е. строительная стоимость и эксплуа-
тационные расходы должны быть оптимальными;
118
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
— иметь удовлетворительные массогабаритные показатели;
— не оказывать вредного воздействия на экипаж, пассажиров
и не загрязнять окружающую среду;
— иметь систему автоматического регулирования и управле-
ния.
В зависимости от типа и назначения судна к СЭУ могут
предъявляться специальные требования.
4.2. Основные элементы СЭУ
Судовая энергетическая установка — это сложный комплекс
функционально взаимосвязанных элементов энергетического
оборудования, машин и механизмов, с помощью которых на суд-
не производится выработка, преобразование, передача и исполь-
зование различных видов энергии для безопасного и эффективно-
го функционирования судна в соответствии с его типом и назна-
чением и нормальных условий жизнедеятельности экипажа и пас-
сажиров.
СЭУ состоит из главной энергетической установки, вспомога-
тельных энергетических установок и электроэнергетической уста-
новки. Исполнительная часть ГЭУ, включающая в себя главный
двигатель (ГД), главную передачу, валопровод, движитель, называ-
ется пропульсивной установкой (ПУ). Вместе с корпусом судна, с
которым ПУ гидродинамически взаимодействует через движитель,
она образует пропульсивный комплекс (ПК).
Простейшая принципиальная схема СЭУ представлена на рис.
4.1. Главный двигатель 5, обслуживаемый рядом систем 20—24
(топливной, масляной, охлаждения, пуска, управления), через ва-
лопровод 2 передает мощность на гребной винт 1, с помощью ко-
торого судно движется (или совершает различные маневры).
В состав СЭУ могут входить утилизационная установка 7, ра-
ботающая на выпускных (отходящих) газах 6, с помощью которой
вырабатывается либо механическая энергия, передаваемая на
гребной вал и винт, либо электроэнергия для снабжения судовых
электропотребителей, либо водяной пар для судовых нужд (чаще
одновременно и электроэнергия, и пар для теплоснабжения).
Кроме того, в состав СЭУ входят вспомогательная котельная
установка 9, судовая электростанция (СЭС) 11, водоопреснитель-
ная установка 16 и др., а также главные и вспомогательные энер-
гетические комплексы и установки.
Главной энергетической установкой считают ту часть СЭУ, ко-
торая обеспечивает движение судна, называют также пропульсив-
ной установкой, что для дизельной установки (ДУ) имеет точное
4.2. Основные элементы СЭУ
119
Рис. 4.1 Простейшая принципиальная схема СЭУ:
1 — гребной винт; 2 — валопровод; 3 — топливо; 4 — воздух; 5 — ГД;
6 — выпускные газы; 7 — утилизационная установка; 8 — глушитель
(искрогаситель); 9 — вспомогательная котельная установка; 10 — пар;
11 — СЭС; 12-14 — подвод электроэнергии к непоказанным на схеме
потребителям (холодильной машине, кондиционерам, вентиляторам,
компрессорам, насосам МО и общесудовых систем, палубным меха-
низмам); 15 — опресненная вода; 16 — водоопреснительная установ-
ка; 17 — подвод энергии; 18 — подвод морской воды; 19 — подвод
электроэнергии к механизмам систем СЭУ; 20 — система автоматиза-
ции регулирования и управления; 21 — система сжатого воздуха (для
пуска и реверса); 22 — система охлаждения; 23 — масляная система;
24 — топливная система
соответствие. В состав ПУ включены машины и механизмы, с по-
мощью которых механическая энергия вырабатывается, передает-
ся движителю (например, гребному винту) и преобразуется им в
упор (нередко на движение судна расходуется более 90% всей по-
требляемой СЭУ энергии). На специальных судах, например зем-
лесосах и землечерпалках, механическая энергия ГД передается
рабочей машине, осуществляющей извлечение и транспортиров-
ку грунта, а на рыбопромысловых судах мощность ГД, кроме зат-
раты на переход, расходуется и на траление.
На многовальных судах ПУ состоит из нескольких групп дви-
жения по числу движителей (гребных винтов), каждая из кото-
рых, как правило, выполняется автономной.
В состав главной дизельной установки (ГДУ) могут входить сле-
дующие основные элементы: главные двигатели; главные элект-
рогенераторы; гребные электродвигатели; главные передачи; ва-
лопроводы и движители; вспомогательные механизмы, теплооб-
120
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
менные аппараты и другое оборудование систем, обслуживающих
главные двигатели и передачи; системы дистанционного автома-
тического управления (ДАУ), аварийно-предупредительной сиг-
нализации и защиты.
Главными двигателями называются двигатели, обеспечиваю-
щие ход судна.
Главные передачи предназначены для преобразования крутя-
щего момента или энергии, а также для объединения мощности
нескольких главных двигателей. Они подразделяются на механи-
ческие, гидравлические, электрические и комбинированные.
Главные электрогенераторы и гребные электродвигатели явля-
ются основными элементами дизель-электрической установки.
Судовой валопровод служит для передачи мощности от главных
двигателей к движителям и для передачи упора движителя на кор-
пус судна. Валопровод теплохода, т. е. судна, приводимого в дви-
жение дизелем, обычно состоит из упорного, промежуточных,
дейдвудного (гребного) валов, упорного, опорных и дейдвудных
подшипников, тормозного и валоповоротного устройств, перебо-
рочных уплотнений и других элементов. В ДУ с винтами регули-
руемого шага на линии вала установлен механизм изменения шага
винта (МИШ).
Судовой движитель преобразует подводимую к нему механичес-
кую энергию ГД в упор и полезную тягу, передаваемые на главный
упорный подшипник и корпус судна, что обеспечивает движение
судна с заданной скоростью. На морских теплоходах в качестве дви-
жителя наиболее широко применяются гребные винты фиксиро-
ванного шага и регулируемого шага. Для малых судов прибрежно-
го, смешанного плавания, для речных, портовых буксиров и др.
иногда применяют крыльчатые и водометные движители. Для мощ-
ных установок скоростных судов перспективно использование со-
осных гребных винтов противоположного вращения.
На малых судах прибрежного, смешанного плавания, на реч-
ных (мелкосидящих) судах, портовых буксирах иногда ставят во-
дометные движители, а на скоростных неводоизмещающих судах
с динамическими принципами поддержания (судах на подводных
крыльях—СПК, судах на воздушной подушке — СВП)—воздуш-
ные винты, реактивные устройства (сопла).
Наиболее распространенным типом судового движителя, как
отмечалось, является гребной винт. Оптимальная частота его вра-
щения пв зависит от водоизмещения, осадки и скорости судна,
уменьшаясь с увеличением водоизмещения. Для крупнотоннаж-
ных транспортных судов при умеренных и небольших скоростях
она составляет 50—100 мин-1. Для контейнеровозов при скоростях
4.2. Основные элементы СЭУ
121
v более 10 м/с оптимальная частота вращения гребного вала дос-
тигает 140 мин-1 в связи с относительно малыми диаметрами вин-
тов (5,4—7,2 м). Оптимальной частоте вращения гребного винта
соответствует наибольшее значение его КПД ц , которое может
достигать 0,70-0,80.
Если частота вращения валов ГД л , при которой достигается
наивыгоднейшее соотношение между экономическими и массо-
габаритными показателями двигателя, а значит, и ЭУ, намного
превышает оптимальную частоту вращения винта лв, то в таких
случаях необходимо включать в линию двигатель — движитель
промежуточное звено (передачу) с целью трансформации частоты
вращения и вращающего момента двигателя.
Вспомогательные энергетические установки предназначены для
удовлетворения энергетических потребностей ГЭУ и общесудо-
вых нужд, непосредственно не связанных с движением судна. Рас-
смотрим вспомогательные установки, входящие в состав ДУ.
Вспомогательная парогенераторная (котельная) установка
обеспечивает потребности судна в паре, теплоте и горячей воде. В
состав вспомогательной парогенераторной установки входят:
1) вспомогательные и утилизационные парогенераторы;
2) вспомогательные механизмы, теплообменные аппараты и
другое оборудование систем, обслуживающих парогенера-
торы;
3) система дистанционного автоматизированного управления,
аварийно-предупредительной сигнализации и защиты.
Судовая электростанция обеспечивает электроэнергией все
потребители, установленные на борту судна.
Особенно мощными электростанциями оснащаются пасса-
жирские суда, суда специального назначения, вспомогательного
флота, некоторые типы промысловых и исследовательских судов.
В состав судовой электростанции входят:
1) вспомогательные двигатели;
2) электрические генераторы;
3) главный и местные распределительные щиты;
4) специальные устройства (трансформаторы, выпрямители,
преобразователи и др.) и кабели для подвода питания к по-
требителям;
5) системы ДАУ, аварийно-предупредительной сигнализации
и защиты.
Вспомогательные двигатели служат для привода генераторов
судовой электростанции. ВД, приводящие электрогенераторы,
называются первичными двигателями. В качестве ВД на теплохо-
дах, как правило, используют средне- и высокооборотные дизели.
122
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
На ходу судна для привода генераторов могут применяться утили-
зационные паровые турбины, или отбор мощности может осуще-
ствляться от главных двигателей. На рыбоперерабатывающих ба-
зах с высокопроизводительными технологическими парогенера-
торами устанавливают турбогенераторы.
Мощность электростанции зависит от назначения судна и его
размеров. Особенно большая мощность СЭС (сопоставимая с
мощностью ГД) на промысловых и исследовательских судах и ба-
зах, пассажирских и специального назначения судах (например,
на БМРТ мощность СЭС составляет 60-70% мощности ГД). Это
объясняется значительными расходами энергии на технологи-
ческие нужды, работу специального оборудования или на созда-
ние комфортных условий для пассажиров. На универсальных
сухогрузных судах и танкерах мощность СЭС обычно составляет
12-25% мощности ГД.
Для пополнения запасов пресной воды на судах с большой
дальностью плавания и автономностью применяют испарительные
или опреснительные установки (ОУ), использующие теплоту, от-
водимую с охлаждающей водой главных двигателей (утилизаци-
онные ОУ), или работающие на паре вспомогательных парогене-
раторов.
Системой энергетической установки называют совокупность
специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами,
приборами и устройствами, предназначенных для обеспечения
эксплуатации энергетической установки. Совокупность систем
СЭУ связывает все элементы установки в единый энергетический
комплекс. Механизмы, входящие в состав систем, называют вспо-
могательными. Системы могут обслуживать ГЭУ, вспомогатель-
ные установки либо те и другие одновременно. Основными систе-
мами дизельной ЭУ являются следующими:
Топливная система обеспечивает прием, хранение, перекачку,
очистку, подогрев и подачу топлива, предназначенного для глав-
ных и вспомогательных двигателей и парогенераторов, а также для
передачи на берег и на другие суда.
Масляная система служит для приема, хранения, перекачки,
очистки и подачи масла, предназначенного для смазки и охлажде-
ния трущихся деталей главных и вспомогательных двигателей и
прочих механизмов, а также для передачи масла на другие суда.
Система охлаждения состоит из систем пресной и забортной
воды. Система пресной воды обеспечивает подачу воды на охлаж-
дение деталей главных и вспомогательных двигателей и механиз-
мов. Теплота, отводимая пресной водой, часто используется в оп-
реснителях. Система забортной воды осуществляет подачу воды
4.2. Основные элементы СЭУ
123
на охлаждение рабочих сред в теплообменных аппаратах СДУ (хо-
лодильники пресной воды, масла, воздуха, конденсаторы опрес-
нителей), охлаждение деталей валопровода, опреснителя и т.д.
Система охлаждения включает несколько замкнутых и разом-
кнутых контуров, состоящих из соединенных трубопроводами на-
сосов, компрессоров, вентиляторов, фильтров, теплообменных
аппаратов, в которых могут циркулировать масло, легкое топливо,
воздух, пресная вода, забортная вода. Принцип работы, напри-
мер, простейших из этих систем следующий: электровентилятор
обдувает охлажденным воздухом электрогенератор или гребной
электродвигатель (ГЭД); конденсатор с помощью насоса прока-
чивается забортной водой, вследствие этого в нем происходит
конденсация водяных паров или паров другой жидкости; через са-
мопроточный главный конденсатор ПТУ при полном ходе судна
протекает забортная вода, поступающая в систему охлаждения че-
рез специальные заборники в корпусе судна (подпор воды при
движении судна).
Это примеры простых (проточных, незамкнутых) систем ох-
лаждения, в которых температура забортной воды на выходе из
двигателей и других машин не должна превышать 50—55 °C во из-
бежание солеотложений в проточных частях охлаждаемых машин.
В большинстве своем системы охлаждения являются сложными,
двухконтурными. Первый контур — замкнутый, циркуляцион-
ный. В нем циркулирует, например, пресная вода, охлаждающая
агрегаты, узлы и детали дизеля (или ГТД) с температурой более
50°С, которая в свою очередь охлаждается в специальном тепло-
обменнике забортной водой. В иных системах при одном внеш-
нем (втором) контуре имеются два внутренних (первых) контура:
в одном циркулирует пресная вода (охлаждает цилиндровые втул-
ки, крышки, форсунки и пр.), а в другом—масло (охлаждает, на-
пример, поршни).
Система сжатого воздуха обеспечивает заполнение баллонов
пускового воздуха, подачу воздуха на пуск двигателей, к тифонам,
на продувание и другие нужды.
Она подает сжатый воздух необходимого давления (от 0,3—0,5
до 3,0—7,5 МПа) на пуск и реверс ГД, пуск ВД, работу пневмати-
ческих систем автоматики и управления, работу приборов звуко-
вой сигнализации судна (сирена, тифон), продувку кингстонов,
работу пневмоинструмента и другие общесудовые и специальные
нужды. Она состоит из баллонов для хранения сжатого воздуха
(воздухохранителей), компрессоров, главного пускового и редук-
ционного клапанов, воздухопроводов с арматурой и контрольно-
измерительных приборов.
124
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Газовыпускная (газоотводная) система служит для отвода отра-
ботавших газов от двигателей, глушения шума и искрогашения.
Каждый дизель должен иметь отдельный газопровод, по кото-
рому газы выводятся в общую дымовую трубу, расположенную над
надстройками судна. В некоторых случаях газы отводятся за борт
ниже ватерлинии и тогда предусматривается устройство, предотв-
ращающее попадание воды в двигатель.
В системе газовыпуска предусматривают компенсаторы тем-
пературных расширений, глушители шума и искрогасители. Для
предотвращения задымления судна в верхней части дымохода
(вокруг него) создается воздушный заслон с помощью кольцевой
насадки. Воздух, подаваемый электровентилятором, выходит в ат-
мосферу из кольцевой насадки со скоростью, в 2,5—4 раза превы-
шающей скорость дымовых газов; дымовые газы эжектируются
воздухом и отводятся выше вихревой зоны (выше верхних над-
строек судна).
Воздухоподающие системы служат для подачи в паровые котлы
и дизели воздуха необходимого для сжигания в них топлива. В ДУ
компрессор двигателя, имеющий газотурбинный или механичес-
кий привод, засасывает воздух либо из машинного отделения,
либо с верхней палубы через воздухопровод, либо комбинирован-
ным способом. После компрессора, а также между его ступенями
воздух охлаждается водой в специальных теплообменниках.
В состав вспомогательной парогенераторной установки вхо-
дят системы: конденсатно-питательная, свежего и отработавшего
пара, продувания, дымоходов и др.
Опреснительная установка включает:
• автономный опреснитель (с рассольным, воздушным и дис-
тиллятным насосами), к которому подключаются трубопро-
вод из системы пресной охлаждающей воды двигателей и
трубопровод из системы заборной воды;
• систему контроля и сбора дистиллята;
• трубопровод системы продувания.
Кроме главной и вспомогательных ЭУ и систем, в состав СЭУ
входит также дополнительное оборудование, обеспечивающее нор-
мальную ее эксплуатацию, обслуживание и ремонт. К нему относят
системы вентиляции МО, шумозащитные выгородки и покрытия,
изоляцию нагретых и холодных поверхностей, площадки, трапы,
поручни и ограждения, подъемные и транспортные устройства, ма-
стерские и кладовые с запасными частями и материалами.
В МО теплоходов обычно размещают многие механизмы, ап-
параты и устройства, не входящие в состав ЭУ. В их числе трюм-
ные, балластные, пожарные и осушительные насосы, пневмоцис-
4.2. Основные элементы СЭУ
125
терны (гидрофоры) питьевой, мытьевой и забортной воды, сепа-
раторы трюмных и фекальных вод, компрессорные агрегаты реф-
рижераторных установок, агрегаты кондиционирования воздуха,
приводные двигатели грузовых и зачистных насосов (на танкерах),
мотопомпы и др. (в зависимости от назначения судна). Поэтому
широко используется термин механическая установка, объединя-
ющий, как правило, все механизмы, оборудование и технические
комплексы, размещенные в МО судна.
4.3. Классификация судовых дизельных
энергетических установок
Единой и общепринятой классификации судовых ЭУ не су-
ществует ввиду огромного разнообразия энергетических устано-
вок теплоходов. Чаще всего главные ЭУ классифицируются по
следующим основным признакам.
По типу главных двигателей:
1. Однотипные, имеющие в своем составе только дизели. Чис-
то дизельные установки, в свою очередь, различаются по типу
главных дизелей — с малооборотными, среднеоборотными, дизе-
лями повышенной оборотности или высокооборотными.
2. Комбинированные, устанавливаемые на некоторых судах
специального назначения. Наибольшее применение находят ди-
зель-газотурбинные установки (ДГТУ), в которых главные дизели
(маршевые) обеспечивают малый и средний ход (маршевая уста-
новка), а ускорительная газовая турбина — полный ход (форсаж-
ная установка). Строго говоря, к числу комбинированных можно
отнести все дизель-электрические установки.
По типу передачи мощности на движитель:
1. ДУ с прямой (непосредственной) передачей мощности ГД
на винт.
2. ДУ с преобразованием энергии или крутящего момента ГД,
которое может проявляться в изменении направления момента
(изменение направления вращения), изменении зависимости кру-
тящего момента от частоты вращения (трансформация), а также в
суммировании (или разделении) мощности главных двигателей.
ДУ с преобразованием крутящего момента подразделяются в за-
висимости от типа главной передачи на следующие:
а) ДУ с редукторной передачей (дизель-редукгорные установки);
б) ДУ с реверсредукторной передачей (установки малой мощ-
ности);
126
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
в) ДУ с гидравлической передачей: 1) с гидромуфтами и гид-
ротрансформаторами; 2) с гидравлическим насосом, приво-
димым дизелем и гидромотором, работающим на гребной
винт; 3) с гидравлическим насосом и приводом от дизеля и
с водометным движителем;
г) ДУ с электрической передачей (дизель-электрические уста-
новки) с главными дизель-генераторами и гребными элект-
ромоторами;
д)ДУ с комбинированными (смешанными) передачами, на-
пример редукторной и дизель-элекгрической (редукторная
передача между электродвигателем и движителем), редук-
торной и гидравлической.
По числу гребных валов:
1. Одновальные ДУ, которыми оборудована значительная
часть грузовых транспортных судов морского и речного флотов.
2. Многовальные ДУ, среди которых наибольшее применение
нашли двухвальные и реже трехвальные установки.
По числу главных двигателей, работающих на один вал:
1. Одномашинные ДУ.
2. Многомашинные ДУ, из которых наиболее широко приме-
няются установки с двухмашинными, реже с трех- и четырехма-
шинными дизель-редукторными агрегатами.
По типу движителя:
1. ДУ с гребными винтами фиксированного шага.
2. ДУ с гребными винтами регулируемого шага.
3. ДУ с соосными гребными винтами противоположного вра-
щения.
4. ДУ с крыльчатым движителем.
5. ДУ с водометным движителем.
По способу обеспечения реверса судна:
1. ДУ с реверсивным ГД.
2. ДУ с нереверсивным ГД, с реверсредуктором или реверсив-
ной муфтой.
3. ДУ с нереверсивным ГД и обеспечением заднего хода с по-
мощью ВРШ.
По степени автоматизации, способу управления и обслуживания:
1. Неавтоматизированные и частично автоматизированные
ДУ с местным постом управления и постоянной вахтой в МО.
4.3. Классификация судовых дизельных энергетических установок
127
2. Автоматизированные ДУ с дистанционным автоматическим
управлением (ДАУ), постоянной вахтой в центральном посту уп-
равления (ЦПУ) и периодическим обслуживанием в МО (степень
автоматизации А2 по «Правилам Регистра РФ»).
3. Автоматизированные ДУ с ДАУ, без постоянной вахты в
ЦПУ и МО и с периодическим обслуживанием (степень автома-
тизации А1).
По способу крепления ГД к корпусу судна:
1. ДУ с ГД и передачами, жестко закрепленными на судовом
фундаменте.
2. ДУ с амортизированными ГД и другими агрегатами.
По способу обеспечения судна электроэнергией:
1. ДУ с автономными дизель-генераторами.
2. ДУ с валогенераторами и автономными дизель-генераторами.
3. ДУ с утилизационным турбогенератором и автономными
дизель-генераторами.
4. ДУ с единой электроэнергетической системой. Установки с
единой электроэнергетической системой, в которых главная ЭУ
используется как для движения судна, так и для снабжения его
электроэнергией, применяются на судах с электродвижением.
На транспортных морских судах наиболее распространенной
является одновальная ДУ с МОД и прямой передачей на винт.
Все шире применяются также ДРУ с СОД, позволяющие зна-
чительно (в 3-5 раз) уменьшить высоту МО (что важно для паро-
мов, судов с горизонтальной погрузкой-выгрузкой и др.) и полу-
чить другие положительные качества (отбор мощности от редук-
тора на электрогенератор и вспомогательные механизмы, измене-
ние суммарной мощности в широком диапазоне и т. д.). Они ис-
пользуются как на транспортных (включая суда ледового плава-
ния), так и на промысловых судах, а также на судах вспомогатель-
ного флота (буксирах, земснарядах и др.).
Двухвальные ДУ с прямой передачей применяются на речных,
пассажирских теплоходах, паромах, буксирах.
Трехвальные ДУ с прямой передачей имеют ограниченное
применение, например, на крупнотоннажных контейнеровозах
при скорости до 25-30 уз и суммарной мощности СЭУ более 45-
50 МВт. Четырехвальные ДУ с прямой передачей на судах практи-
чески не применяются.
Дизель-редукторные установки (ДРУ) с ВОД устанавливают
на малотоннажных судах и быстроходных катерах.
128
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Дизельные установки с гидропередачей используются на судах
ледового плавания, речных судах, буксирах, малых паромах, для
подруливающих устройств и привода активных рулей на крупно-
тоннажных морских судах, на специальных судах, где требуется
обеспечить возможность работы СЭУ в широком диапазоне на-
грузок и высокие тяговые характеристики на пониженных часто-
тах вращения гребного винта.
Дизель-электрические установки целесообразно применять на
судах, где требуется быстрое изменение режима работы. К ним
относятся линейные ледоколы, суда активного ледового плава-
ния, большие рыболовные траулеры, паромы и др. Особенно
мощные ДЭУ (до 35 тыс. кВт и более) устанавливают на ледоко-
лах. Для ДЭУ главными двигателями могут быть СОД и ВОД.
Электроэнергией судно с ДУ обеспечивается автономными
ДГ, утилизационными турбогенераторами (УТГ) и валогенерато-
рами. Последние могут приводиться от промежуточного вала, от
ведомой шестерни редуктора (только на ходу судна) или от его
ведущей шестерни (как на ходу, так и на стоянке).
Для варианта ДУ с ДРУ можно использовать один, два, три
или все четыре дизеля, работающие на редуктор. Кроме того, от
редуктора могут приводиться валогенератор, грузовые насосы и
другие вспомогательные механизмы (например, насосы систем,
обслуживающих ГД).
В смешанной, например дизель-газотурбинной, установке по-
мимо маршевых дизелей применен и форсажный газотурбинный
двигатель ФГТД, работающий через понижающую передачу на
общий редуктор и далее на ВРШ.
На судах используются и другие схемы ДУ: со встроенным в
двигатель реверсредуктором, с колонковым редуктором (когда
линии вала ГД и гребного винта расположены на разных уров-
нях), с угловым редуктором, с редуктором-разделителем мощнос-
ти от одного ГД на два потока, с двухскоростным или планетар-
ным редуктором и т.д. Такие схемы рационально применять на
быстроходных катерах для заглубления гребного винта.
4.4. Назначение и устройство судового
валопровода
Валопровод предназначен для передачи крутящего момента
(мощности) от главного двигателя к движителю, а также для вос-
приятия упорного давления, создаваемого движителем, и переда-
чи его от движителя корпусу судна. Это сложная и ответственная
конструкция из нескольких жестко соединенных между собой ва-
4.4. Назначение и устройство судового валопровода 129
9 СЭУ с Две
Рис. 4.2. Элементы валопровода:
1 — гребной вал; 2 — промежуточный вал; 3 — упорный вал;
4 — главный упорный подшипник; 5 — опорный подшипник;
6 — переборочный сальник
лов, опирающихся на подшипники, установленные на специаль-
ных опорах — фундаментах. Валопровод изгибается вместе с изги-
бом корпуса судна и испытывает при вращении вокруг своей оси
большие знакопеременные нагрузки. В связи с этим к конструк-
ции, прочности и качеству монтажа этого важнейшего узла, обес-
печивающего ход судна, предъявляются особенно высокие требо-
вания, несоблюдение которых может привести к серьезным по-
вреждениям судна.
Основными элементами валопровода являются (рис. 4.2):
гребной вал, проходящий через ахтерпик внутрь корпуса судна и
предназначенный для крепления гребного винта; вал имеет брон-
зовую облицовку, защищающую его от коррозии; промежуточные
валы, соединенные между собой гребным валом и двигателем с
помощью фланцев (носовой промежуточный вал с гребнем, по-
средством которого передается упорное давление упорному под-
шипнику, называют упорным валом); главный упорный подшипник
(ГУП) для восприятия упорного давления, создаваемого гребным
винтом; опорные подшипники, служащие опорами для промежу-
точных валов; дейдвудное устройство, являющееся опорой для
гребного вала и предназначенное для уплотнения места выхода
гребного вала из корпуса судна.
Длина валопровода зависит от размеров судна и места распо-
ложения главных двигателей. На судах с кормовым расположени-
ем МО длина валопровода равна 16-20 м. У крупных судов со
средним расположением МО протяженность валопровода равна
130 Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.3. Дейдвудное устройство:
1 — яблоко ахтерштевня; 2 — бакаутовая набивка; 3 — переборка
ахтерпика; 4 — сальник; 5 — сальниковая набивка; 6 — носовая
латунная втулка; 7 — дейдвудная труба; 8 — кормовая латунная втулка;
9 — гайка
50—70 м. В этом случае валопровод проходит через коридор греб-
ного вала, защищающий его от повреждений.
Наиболее ответственным узлом валопровода является дейд-
вудное устройство (рис. 4.3). Оно состоит из дейдвудной трубы,
закрепляемой одним концом в вырезе водонепроницаемой пере-
борки ахтерпика, а другим — в отверстии яблока ахтерштевня;
двух подшипников в виде латунных втулок, внутренняя поверх-
ность которых облицована бакаутом; сальника на переборке ах-
терпика, препятствующего попаданию воды через дейдвудную
трубу внутрь корпуса.
Бакаут, которым облицовывают дейдвудные втулки,— редкое
дерево, обладающее высокой прочностью и способностью смазы-
ваться водой, благодаря чему бакаутовые подшипники, смочен-
ные водой, не требуют смазки. Однако из-за высокой стоимости и
дефицитности бакаут теперь заменяют другими материалами—
текстолитом, лигнофолем, тефнолом. В качестве подшипников
применяют также резинометаллические вкладыши. В последнее
время на крупных судах стали использовать металлические (баб-
битовые) подшипники, смазываемые маслом и имеющие специ-
альные уплотнения.
На рис. 4.4., а и б дана схема расположения валопровода одно-
и двухвальных СЭУ. На кормовом конце гребного вала закреплен
гребной винт. На выходе из корпуса судна установлено дейдвуд-
ное устройство, состоящее из дейдвудной трубы, жестко соеди-
ненной с корпусом, опорных подшипников и сальниковых уплот-
4.4. Назначение и устройство судового валопровода 131
ч*
Рис. 4.4. Схема расположения валопровода СЭУ:
а — одновальной:
1 — гребной винт; 2 — дейдвудное устройство; 3 — гребной вал; 4 —
тормозное устройство; 5,7 — кормовой и промежуточный опорные
подшипники; 6 — промежуточный вал; 8 — переборочное уплотнение;
9 — проставочный вал; 10 — монтажный подшипник; 11 — палоповорот-
ное устройство; 12 — ГУП; 13 — ГД;
б — двухвальной:
1 — гребной винт; 2 — кронштейн; 3 — гребной вал; 4 — глухое коничес-
кое соединение; 5 — мортира; 6, 8 — кормовой и носовой подшипники
дейдвудного вала; 7 — дейдвудная труба; 9 — дейдвудный сальник;
10 — дейдвудный вал; 11 — соединительная полумуфта; 12 — тормоз-
ное устройство; 13 — монтажный подшипник; 14 — промежуточный вал
(ВУВ); 15 — опорно-упорный подшипник; 16 — линия вала левого борта;
17 — быстроразъемное соединение; 18 — проставочный вал; 19 —
переборочное уплотнение; 20 — ГУП; 21 — ГД; 22 — торсиометр
132
Глава 4. Состав судовых? дизельных энергетических установок
нений. Оно препятствует попаданию забортной воды в МО или в
коридор гребного вала.
Длина гребного вала может достигать 30 м. Поскольку по ус-
ловиям металлургического производства невозможно изготовить
цельную заготовку такой длины, ее делят примерно на две равные
части. Носовая часть, проходящая через дейдвудную трубу, назы-
вается дейдвудным валом, а кормовая—гребным валом. Такое со-
четание валов характерно для двухвальных судов с острыми обво-
дами кормовой оконечности. В этом случае кормовая часть дейд-
вудной трубы заканчивается короткой втулкой—мортирой, в ко-
торой размещен опорный подшипник для дейдвудного вала; греб-
ной вал опирается на подшипник кронштейна.
Гребной и упорный валы соединяются посредством промежу-
точных валов. При выборе их длины для конкретного судна необ-
ходимо учитывать следующее: удобство проведения погрузочно-
разгрузочных, сборочных и демонтажных работ; местоположение
опорных подшипников; унификацию заготовок валов, технико-
экономическую целесообразность изготовления заготовок и обра-
ботки валов; данные расчета центровки валопровода.
На судах также применяют валопроводы с одним промежуточ-
ным валом (кормовое расположение МО) или без него (малые
суда, катера). Промежуточные валы опираются на один или два
опорных подшипника. Если вал опирается на один подшипник,
то для проведения монтажных работ применяют монтажный под-
шипник.
Упорный вал соединяется с промежуточными валами через
фланец одного из валов, изготовленный с припуском (обрабаты-
вается по замерам на месте), или через проставочный вал.
Такое соединение позволяет компенсировать неточности кор-
пусных конструкций, облегчить монтажные и ремонтные работы,
унифицировать заготовки промежуточных валов. Кроме того,
проставочный вал проектируют как слабое звено, которое может
выйти из строя при ударе гребного винта о лед или в случае пере-
грузки валопровода.
Упорный вал предназначен для восприятия реакции упора дви-
жителя и передачи ее корпусу судна через ГУП. В зависимости от
принятой схемы ГУП может быть встроен в ГД, в редуктор или
размещен в отдельном корпусе.
В многовальных установках быстроходных судов кормовые
опорные подшипники промежуточных валов выполняют в виде
опорно-упорных. В этом случае вал называется вспомогательным
упорным (ВУВ). При нормальной эксплуатации работают опорные
части подшипника, а при аварии — упорные (например, в случае
4.4. Назначение и устройство судового валопровода
133
поломки одного из ГД). Для возможности движения судна при
работе остальных ГД с жесткой передачей и с целью снижения
потерь в подшипниках валопровода предусмотрено разобщение
валопровода от движителя через быстроразъемное соединение.
Упорные подушки ВУВ имеют значительно меньшую поверх-
ность, так как воспринимают реакцию нагрузки свободно враща-
ющегося винта. Поэтому во избежание подплавления при нор-
мальной эксплуатации эти подушки должны быть отведены от
упорного гребня на 10—20 мм с помощью червячной передачи,
смонтированной на корпусе подшипника.
Самым коротким валопровод будет при кормовом расположе-
нии МО либо при центральном или носовом расположении при
использовании электрической передачи. При любом другом рас-
положении МО и других типах передач длина валопровода может
достигать 90-100 м. В этих случаях валопровод прокладывают че-
рез грузовые помещения в водонепроницаемом туннеле от кормо-
вой переборки МО до носовой переборки ахтерпика. Туннель за-
щищает валопровод от возможных повреждений при проведе-
нии грузовых работ, однако уменьшает полезный объем судна и
создает неудобства при выполнении грузовых работ.
Габариты туннеля (коридора гребного вала) должны быть дос-
таточными для обслуживания и проведения монтажных и ремон-
тных работ (свободный проход между поручнями и переборкой
туннеля не должен быть меньше 500 мм). В местах выхода валоп-
ровода через кормовую переборку МО, а также через другие водо-
непроницаемые переборки ставят переборочные водонепроница-
емые сальники. Отсеки отделяют водонепроницаемыми дверями,
которые закрываются со стороны МО. Для безопасного обслужи-
вания вращающегося валопровода его ограждают поручнями. Ко-
ридор оборудуют двумя выходами — один в МО, другой в районе
дейдвудной трубы через специальную вертикальную шахту на вер-
хнюю палубу.
4.5. Судовые движители
Судовым движителем называют устройство, создающее силу
движущую судно и называемую упором движителя. Современные
движители — гребные винты, водометные комплексы, крыльчатые и
гребные колеса являются гидрореактивными. Они создают упор от
реакции потока воды, отбрасываемой их рабочими частями. Эта
реакция — упор, направленный в противоположную сторону от-
брасываемого потока, воспринимается упорными подшипниками
гребного вала или встроенными в двигатель внутреннего сгора-
134 Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
ния, жестко связанными с корпусом судна, и движет судно с оп-
ределенной скоростью.
На судах морского флота и речного транспорта в качестве дви-
жителей самое широкое распространение получили гребные винты.
Движители других типов — водометные, крыльчатые и гребные коле-
са — применяют значительно реже и только в тех случаях, когда это
вызвано какими-либо особыми обстоятельствами, например мел-
ководностью фарватера или его сильной засоренностью, необходи-
мостью достичь особенно хорошей управляемости судна.
Независимо от типа, размеров и конструктивных особеннос-
тей все движители работают по одному принципу: они сообщают
протекающей через них воде дополнительную скорость.
Реакция масс воды, отбрасываемой конструктивными элемен-
тами движителя (лопасти, плицы, крылья), и создает силу, необ-
ходимую для преодоления сопротивления воды движению судна.
Эту силу называют силой тяги Ре = R, где R — сопротивление воды
движению судна.
4.5.1. Гребные винты фиксированного шага
Гребной винт состоит из следующих конструктивных элемен-
тов: из лопастей, которые действуют на протекающую через дви-
житель жидкость; они укреплены на ступице 2 (рис. 4.5). С помо-
щью гайки, шпонок и конической посадки ступицу крепят на
конце гребного вала. Винты быстроходных судов чаще всего име-
ют три лопасти, а винты буксиров и других судов с тяжело нагру-
женными движителями — четыре лопасти. В некоторых случаях
для уменьшения вибрации кормовой оконечности применяют и
пятилопастные винты, очень редко шести- и семилопастные.
Двухлопастные используются на маломощных судах. При боль-
шом количестве лопастей винты сложны в изготовлении. Чтобы
предотвратить завихрение за ступицей, винты снабжают обтека-
телем 3.
Если рассечь лопасть винта поверхностью цилиндра, имею-
щего общую ось с осью вала винта, то мы получим профиль лопа-
сти, по своей форме напоминающий сечение авиационного кры-
ла. Различают винты правого и левого вращения. Если правая
кромка лопасти винта, находящейся в верхнем положении, даль-
ше от наблюдателя, чем левая, то такой винт имеет правое враще-
ние. У двухвинтовых судов винты должны иметь обязательно раз-
ное направление вращения. Если смотреть на судно с кормы, то
винт, вращающийся по часовой стрелке, будет правым, а против
часовой стрелки — левым.
4.5. Судовые движители
135
Рис. 4.5 Гребной винт:
1 — лопасть; 2 — ступица; 3 — обтекатель
Часть лопасти винта, обращенная в нос, является всасываю-
щей, ее изготовляют выпуклой. Входящие кромки лопастей вы-
полняют закругленной обтекаемой формы, а противоположные
выходящие кромки — острыми. Наружную кромку лопасти назы-
вают краем, а примыкающую к ступице — корнем лопасти. Наи-
большие нагрузки на винт возникают у корня лопасти, поэтому
толщину лопасти постепенно увеличивают от кромки до корня.
Нагнетающая поверхность лопасти, т.е. та, которая обращена
в корму, имеет чаще всего форму правильной винтовой поверхно-
сти, образованной равномерным вращением отрезка прямой от-
носительно оси, проходящей через один из его концов, при одно-
временном равномерном перемещении отрезка вдоль оси. Заса-
сывающая поверхность лопасти имеет более сложную форму.
Если бы винт вращался в воде как в твердой гайке, то за один
оборот он перемещался бы на некоторое расстояние Н, называе-
мое шагом винта; при этом он не создавал бы упора. В действи-
тельности гребной винт судна за один оборот проходит расстоя-
ние h меньшее, чем шаг винта, называемое поступью винта. При
этом он отбрасывает воду назад и, следовательно, создает упор.
Поступь винта удобно выражать в долях диаметра винта D. Со-
ответствующую величину называют относительной поступью
кр = h : D. Если поступательная скорость винта (или иначе ско-
136
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
рость набегающего на винт потока) будет Vpi то при п оборотах в
секунду будем иметь h=Vp: п и, следовательно, / nD2.
При работе винта на месте его поступь равна нулю. Такой ре-
жим работы называют швартовным режимом. На швартовном ре-
жиме винт создает наибольший упор, но при этом поглощает наи-
большую мощность. Коэффициент его полезного действия, как
>то следует из формулы, будет равен нулю. С увеличением посту-
пи при неизменном числе оборотов упор, развиваемый винтом, и
поглощаемый момент будут уменьшаться, а КПД будет сначала
увеличиваться, достигнет максимального значения, а потом нач-
нет снижаться, как это видно из рис. 4.6 при D/H == const;
п = const. На этом рисунке представлены характерные кривые дей-
ствия гребного винта с неизменным шагом лопастей в зависимос-
ти от поступи при постоянном числе оборотов. Для судна, плава-
ющего с определенной эксплуатационной скоростью при неиз-
менном водоизмещении можно подобрать винт с таким шагом,
диаметром и относительной поступью, при которых будет обеспе-
чен наиболее высокий для данных условий коэффициент полез-
ного действия; такой винт называют оптимальным.
Гребные винты изготовляют из нержавеющей стали, бронзы,
латуни и их сплавов, а также из капрона, нейлона и стеклопласти-
ка (в основном для малых судов).
Диаметр гребного винта определяется в зависимости от воз-
можной глубины погружения оси гребного вала (обычно, диаметр
гребного винта не превышает 70% осадки судна в полном грузу);
наиболее крупные винты имеют диаметр до 9—10 м.
Рис. 4.6. Кривые действия гребного винта:
Р — упор, развиваемый винтом; М — поглощаемый винтом вращающий
момент; ц — КПД винта; h — поступь винта
4.5. Судовые движители
137
На засасывающей стороне лопасти при быстром вращении вин-
та вследствие увеличения скорости набегающего потока воды со-
здается разрежение, причем по мере увеличения скорости враще-
ния давление может понизиться настолько, что даже в холодной
воде начнется образование пузырьков воздуха. Такое вскипание хо-
лодной воды на засасывающей стороне лопасти называется кави-
тацией. Начальная стадия кавитации очень опасна для гребных
винтов, так как возникающие при вскипании воды пузырьки воз-
духа, попав в зону более высокого давления, мгновенно конденси-
руются и производят сильнейшие гидравлические удары по лопас-
ти винта, вызывая эрозию. В этих условиях работа гребного винта
недопустима. Однако по мере дальнейшего увеличения скорости
вращения винта зона кавитации распространяется уже на всю ло-
пасть и даже выходит за ее пределы — наступает так называемая
вторая стадия кавитации, которая не представляет опасности для
прочности винта, но зато несколько уменьшает его КПД.
Чтобы устранить кавитацию, увеличивают ширину (площадь)
лопастей и глубже погружают сам винт; кроме того, делают греб-
ные винты переменного шага (уменьшая его к комлю и концам ло-
пасти). При проектировании быстроходных винтов, если устранить
кавитацию полностью по техническим причинам невозможно, со-
здают условия полностью развитой кавитации во второй стадии.
На судах с тяжелонагруженными движителями, например на
буксирах и траулерах, целесообразно применять гребные винты с
направляющими насадками. Направляющая насадка представляет
кольцеобразное тело, меридиональные сечения которого напоми-
нают по форме авиационное крыло. Лопастям тяжелонагруженных
гребных винтов, предназначенных для работы в насадках, выгодно
придавать форму, несколько напоминающую форму лопастей тур-
бин или осевых насосов. Насадки к гребным винтам позволяют су-
щественно увеличить тягу и коэффициент полезного действия
гребных винтов при больших значениях коэффициента нагрузки
по упору. На швартовном режиме тяга буксиров увеличива-
ется примерно на 50%, а на режиме буксировки со скоростями
6-9 км/ч — на 20-25%. Буксирные суда и толкачи новой построй-
ки, как правило, снабжены винтами с направляющими насадками.
Насадка, имеющая в сечении профиль, аналогичный профи-
лю крыла, создает при движении воды дополнительный упор, как
это видно из схемы сил, приведенной на рис. 4.7. Кроме того, на-
садка улучшает условия подтекания воды к диску винта, в резуль-
тате чего увеличивается скорость подтекающей воды, уменьша-
ются концевые потери от перетекания воды через край лопасти и,
следовательно, повышается КПД винта. Применение направляю-
138
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.7. Схема действия направляющей насадки:
ДР - дополнительный упор
щей насадки увеличивает скорость на 2-4%. Важным преимуще-
ством насадки является выравнивание поля скоростей в диске
винта, что уменьшает нагрузки на валопровод.
На быстроходных судах применение насадок положительного
эффекта не дает и даже, наоборот, может привести к ухудшению
ходовых качеств.
4.5.2. Винты регулируемого шага
В связи с тем, что принятый шаг винта отвечает только опре-
деленному режиму эксплуатации судна, на судах, которые часто
меняют режим хода (траулерах, паромах, буксирах), вместо вин-
тов фиксированного шага применяют более сложные гребные
винты регулируемого шага (ВРШ).
Для судов, которые плавают при переменных режимах, обес-
печить работу винта с постоянным шагом при оптимальных ха-
рактеристиках невозможно. Так, если добиться того, что гребной
винт буксира на тяговом режиме (т.е. при ходе с возом барж) будет
оптимальным, то при ходе порожнем движительная установка
буксира окажется недостаточно экономичной из-за низкого ко-
эффициента полезного действия. При этом целесообразно ис-
пользовать винт с поворотными лопастями или, иначе, винт регу-
лируемого шага.
Винты регулируемого шага сложнее в изготовлении и дороже
винтов с постоянным шагом, но они имеют много преимуществ.
На любом режиме движения (т.е. при любой относительной по-
4.5. Судовые движители
139
ступи) можно сделать работу силовой установки наиболее эконо-
мичной. Реверсирование судна (перемена переднего хода на зад-
ний и наоборот) может происходить без перемены вращения дви-
гателей, а сами двигатели при этом могут быть нереверсивными.
Судно может двигаться с любой малой скоростью при устойчивых
числах оборотов движителя. В настоящее время конструкции
гребных винтов регулируемого шага хорошо разработаны и такие
винты находят на судах некоторых типов широкое применение.
ВРШ состоит из ступицы, поворотных лопастей, механизма
поворота лопастей, расположенного в ступице, механизма изме-
нения шага (МИШ) в кормовой оконечности судна и привода ме-
ханизма поворота лопастей, располагаемого в валопроводе. Уп-
равляют МИШ дистанционно из рулевой рубки и с крыльев ходо-
вого мостика.
Механизм поворота лопастей (рис. 4.8) состоит из ползуна и
шатунов, соединенных с кривошипными дисками, на которых
Рис. 4.8. Схема ВРШ:
1 — ползун; 2 — шатун; 3 — кривошипный диск; 4 — шток; 5 — пор-
шень; 6 — золотниковый регулятор; 7 — привод управления; 8 —
масляный насос; 9 — электродвигатель: 10 — масляная цистерна
140
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
закреплены лопасти. Усилие для поворота лопастей передается
через шток в гребном валу на ползун, а от него через шатуны-кри-
вошипным дискам, которые, вращаясь, поворачивают лопасти.
Движение штоку, на конце которого расположен поршень,
передается давлением масла (его можно подавать под одну или
другую сторону поршня, в зависимости от необходимого направ-
ления изменения шага). Рабочее давление масла создается масля-
ным насосом высокого давления (2,0 МПа), работающим от греб-
ного вала или специального электромотора. Направление подачи
масла изменяется золотниковым устройством, привод которого
связан с постом управления в рулевой рубке.
Применение ВРШ позволяет в разных условиях эксплуатации
снизить на 10—15% расход топлива и увеличить в среднем на 2—
<% среднюю рейсовую скорость. Возможность быстрого перехода
с переднего на задний ход улучшает маневренные качества судна
и примерно в 1,5 раза сокращает выбег при экстренном торможе-
нии, повышая тем самым безопасность плавания. Важным пре-
имуществом ВРШ является и то, что его съемные лопасти можно
легко заменять, не выводя судно из эксплуатации.
К недостаткам ВРШ относятся сложность конструкции, более
высокая стоимость и несколько меньший (на 1-3%), чем у винтов
фиксированного шага, КПД из-за большего диаметра ступицы, в
которой размещается механизм поворота. Однако, несмотря на
эти недостатки, ВРШ является перспективным типом движителя
не только для промысловых и технических, но и для крупных
транспортных судов: на крупнотоннажных танкерах типа «Крым»
установлен ВРШ диаметром 7,5 м, на атомном лихтеровозе «Сев-
морпуть» — 6,8 м, на сухогрузном газотурбоходе «Парижская ком-
муна» — диаметром 5,6 м. Диаметр наиболее крупных ВРШ дос-
тигает 9 м.
4.5.3. Водометный и крыльчатый движители.
Гребные колеса
Водометные движители. При сильной засоренности фарватера
или при очень малой его глубине плавание судов, имеющих в ка-
честве движителей гребные винты, становится практически не-
возможным из-за частых поломок лопастей винтов. В этих случа-
ях находит применение водометной движитель, особенность ко-
loporo — полная защищенность его конструктивных элементов от
возможных ударов о грунт, плавающие бревна и т.д. Водометный
движитель состоит из установленного внутри корпуса судна насо-
си и двух труб, одна из которых служит для забора воды из-под
днища, а вторая — для выбрасывания ее в кормовой части судна.
4 V Судовые движители
141
Суда с водометными движителями до настоящего времени не
находили широкого применения из-за низких коэффициентов по-
лезного действия насосов. Появление пропеллерных насосов боль-
шой производительности с очень высокими коэффициентами по-
лезного действия позволило создать движительные установки, кото-
рые по своим показателям мало уступают гребным винтам, но отли-
чаются от них тем, что хорошо защищены от возможных поломок.
Наиболее эффективный водометный движитель в настоящее
время — водометный комплекс с горизонтальным полуподводным
выбросом струи (рис. 4.9). Чтобы обеспечить задний ход и хоро-
шую управляемость судна, такой движитель сочетают с гидроре-
версирующим и направляющим устройствами, гарантирующими
высокие маневренные качества. Устройство состоит из руля и зас-
лонок заднего хода. При помощи руля управляют судном на пере-
днем ходу. Заслонки служат для перекрытия выкидного отверстия
и направления потока в каналы заднего хода.
За последние годы водометные суда получили широкое рас-
пространение в качестве основных транспортных средств на ма-
лых и лесосплавных реках. Их строят крупными сериями.
Крыльчатые движители. Суда некоторых типов, например
плавучие краны, суда, прокладывающие кабели по дну водоемов,
портовые буксиры и некоторые другие, должны маневрировать
очень точно. При помощи обычных судовых рулей и даже пово-
ротных насадок обеспечить такие высокие маневренные качества
не удается. В этих случаях целесообразно использовать крыльча-
тые движители, отличающиеся от движителей других типов более
сложным устройством, но зато позволяющие судну совершать са-
мые точные маневры.
Крыльчатый движитель имеет форму кругового цилиндра, ниж-
нее донышко которого установлено вровень с наружной обшивкой
кормовой части корпуса. В донышко вмонтированы крыловидные
Рис. 4.9. Водометный движитель:
1 — рабочая труба; 2 — рабочее колесо; 3 — контрпропеллер; 4 —
выходное отверстие; 5 — защитная реШетка; 6 — входное отверстие
142
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
лопасти, вращающиеся вместе с цилиндром и, кроме того, совер-
шающие повороты вокруг своих вертикальных осей. Вращение ци-
линдра передается от главного двигателя через вал и коническую
передачу, расположенную внутри движителя, а повороты лопастей
происходят автоматически благодаря механизму, позволяющему
судоводителю изменять величину развиваемого движителем упора
и его направление. При установке двух или более движителей судно
получает возможность не только управляться без руля, но и разво-
рачиваться на месте, перемещаться боком (лагом), двигаться по са-
мым сложным криволинейным траекториям.
Крыльчатый движитель (рис. 4.10.) представляет собой диск,
приводящийся во вращение вокруг вертикальной оси судовым
двигателем. По окружности диска перпендикулярно к нему рас-
положены четыре — восемь погруженных в воду лопастей, каждая
из которых вращается вместе с диском, а также вокруг своей оси.
Путем соответствующей установки привода управления поворо-
том каждой лопасти вокруг своей оси можно при неизменном на-
правлении вращения диска создать упор в любом направлении
(см. схему на рис. 4.10). Поэтому суда, оборудованные крыльча-
тым движителем, не имеют рулей. Несмотря на невысокий КПД,
крыльчатые движители незаменимы на тех судах, для которых не-
Напрайление движения судна.
Рис. 4.10. Крыльчатый движитель и схема его работы
4.5. Судовые движители
143
Рис. 4.11. Гребное колесо
обходима высокая маневренность при малых скоростях движения
(на плавучих кранах, буксирах и пр.). Управление крыльчатым
движителем осуществляется из ходовой рубки и с крыльев ходо-
вого мостика.
К недостаткам движителя следует отнести также его большой
вес, высокую стоимость и сложность изготовления, вследствие чего
применение крыльчатых движителей сравнительно ограничено.
Гребные колеса. На протекающую через гребное колесо жид-
кость (рис. 4.11) действуют его конструктивные элементы — пли-
цы — плоские или слегка изогнутые пластины, укрепленные на
ободе колеса, вал которого располагается поперек корпуса судна.
При помощи эксцентрикового механизма лопасти поворачивают-
ся так, чтобы утлы входа плиц в воду и выхода их из воды были
наивыгоднейшими. Гидравлическое сечение гребных колес боль-
шое, и это позволяет получать высокие коэффициенты полезного
действия. Однако из-за того, что суда, оборудованные гребными
колесами, тихоходны, а также из-за большого веса, громоздкости
и непрочности гребных колес их не устанавливают на новых су-
дах, и теперь они встречаются только на речных судах старой по-
стройки.
4.6. Основные конструктивные схемы передачи >
мощности и рациональные области их применения f
1
По способу передачи мощности на движитель СЭУ делят на I
установки с прямой передачей, дизель-редукторные, дизель-элек- •
трические и с гидропередачей. Такая классификация позволяет
144
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
судить о типе главных дизелей, комплектации установки вспомо-
гательными механизмами и устройствами, ее конструктивных и
эксплуатационных особенностях.
Тип передачи определяется назначением судна, режимами его
плавания, мощностью и числом двигателей, массогабаритными,
экономическими и другими требованиями, предъявляемыми к
СЭУ, учитываются также экономические показатели судна в целом.
Сравнительная оценка различных типов передач производит-
ся с учетом достоинств и недостатков, присущих каждому из них,
а также того, насколько они удовлетворяют предъявляемым тре-
бованиям. К числу этих требований относятся:
— высокая надежность;
— высокий КПД на эксплуатационных режимах;
— минимальные масса и габариты;
— минимальные затраты на изготовление, ремонт и обслужи-
вание;
— доступность для осмотров, разборок и ремонта в судовых
условиях;
— допустимые уровни шума и вибрации;
— приспособленность к автоматизации управления.
Выбор типа передачи целесообразно рассматривать примени-
тельно к определенным типам судов.
4.6.1. Дизельные установки с прямой передачей
Дизельные установки с прямой передачей относятся к числу
наиболее распространенных типов судовых ЭУ. На рис. 4.12 дана
схема такой установки. Главный двигатель 7 жестко соединен с
промежуточным валом 4. Упорный подшипник 6, воспринимаю-
щий упор винта, установлен на линии вала или встроен в кормо-
вом торце ГД. Промежуточный вал покоится на опорных подшип-
никах 5. Крутящий момент ГД передается гребному валу 2, уста-
новленному в дейдвудной трубе 3 с опорными подшипниками, и
далее на движитель — гребной винт 1.
Рис.4.12. Схема ДУ с прямой передачей
10 СЭУ с две
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности 145
Рис. 4.13. Принципиальная тепловая схема ДУ с прямой передачей
Основные элементы и устройства ДУ с прямой передачей по-
казаны на принципиальной тепловой схеме (рис. 4.13). Главная
ЭУ, состоящая из гребного винта 1, валопровода 2, упорного под-
шипника 3 и ГД 5, аналогична показанной на рис. 4.12. Турбо-
компрессор 6 нагнетает воздух в ГД через воздухоохладитель 26, а
топливо подается насосом 4. Охлаждение двигателя пресной во-
дой, проходящей через опреснитель 31, обеспечивается насосом
пресной воды 30, а смазка — нагнетательным масляным насосом
28. Охлаждение наддувочного воздуха в воздухоохладителе 26,
смазочного масла в маслоохладителе 27 и пресной воды в водоох-
ладителе 29 производится забортной водой, подаваемой насосом
25. Аналогичным образом, но обычно автономно осуществляется
циркуляция рабочих тел во вспомогательном двигателе 12 с помо-
щью навешенных (реже автономных) насосов пресной воды 13,
смазочного масла 14 и забортной воды 17. Охлаждение пресной
воды и масла ВД происходит в охладителях пресной воды 15 и
смазочного масла 16.
Сжатый воздух для пуска ГД подается из баллонов запаса 20,
периодически пополняемых электрокомпрессором 19. Выпускные
газы ГД из турбокомпрессора направляются в атмосферу через
глушитель 9 или (при достаточно большой мощности ЭУ и значи-
тельной потребности в паре) могут использоваться для генериро-
вания пара низких параметров в утилизационном парогенераторе
146
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
(УП) 7. Продукты сгорания вспомогательного парогенератора
(ВП) 8 отводятся в атмосферу через дымоход, в котором установ-
нсн искрогаситель 10, а от ВД — через глушитель-искрогаситель
11. Питательный насос 24 подает питательную (пресную) воду из
i сплого ящика 23 в УП и ВП. От парогенераторов пар поступает
ко всем потребителям, в том числе к турбогенератору 18, откуда
отработавший пар сбрасывается во вспомогательный конденсатор
22, через который циркуляционным насосом 21 прокачивается
«абортная вода.
Снабжение судна электроэнергией обеспечивает дизель-гене-
ратор 12, а на ходу — также турбогенератор 18. Принципиальная
юпловая схема ДУ, показанная на рис. 4.13, в основном характер-
на и для ДУ с другими типами передач.
Дизельные установки с прямой передачей по схемам, показан-
ным на рис. 4.12 и 4.13, наиболее характерны для транспортных
судов всех типов и промысловых судов с прямой передачей мощ-
ности на винт. При этом в качестве ГД обычно применяют мало-
оборотный (п ~ 60...250 мин-1), а для судов малого тоннажа сред-
необоротный (п ~ 250...500 мин-1) реверсивный двигатель.
Другие возможные схемы судовых ДУ с прямой передачей по-
казаны на рис. 4.14. Установки с реверсивной муфтой (рис. 4.14 а)
характерны для малотоннажных судов (быстроходных и разъездных
катеров, СПК, рыболовных сейнеров и малых траулеров, речных
судов и др.) с нереверсивным средне- или высокооборотным ГД.
Все большее распространение получают ДУ с прямой переда-
чей и ВРШ (рис. 4.14, б). В этом случае в линию вала встраивают
механизм изменения шага винта 9. Наибольшее применение ДУ с
прямой передачей и с ВРШ получили на промысловых судах, а в
последние годы и на транспортных судах практически любого
тоннажа.
В ДУ с прямой передачей и с ВРШ при работе ГД в режиме
н ~ const широко используются валогенераторы (рис. 4.14, в), так
как вырабатываемая при этом электроэнергия удовлетворяет тре-
бованиям по допустимым колебаниям частоты тока без примене-
ния специальных стабилизирующих устройств. На случай внезап-
ного падения частоты вращения или остановки ГД предусматри-
вают автоматический запуск и включение в работу автономного
дизель-генератора («горячий резерв») для бесперебойного пита-
ния жизненно важных потребителей. Привод валогенераторов
может осуществляться через повышающую зубчатую или клино-
ременную передачу Ии муфту 12 либо от свободного конца вала
ГД, через передачу или непосредственно (при повышенной часто-
го вращения двигателя).
•1.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности 147
10'
Рис. 4.14. Возможные схемы ДУ с прямой передачей:
а — с реверсивной муфтой; б — с ВРШ; в — с ВРШ и ВГ; г — с разоб-
щительной муфтой:
1 — ВФШ; 2 — гребной вал; 3 — дейдвудное устройство; 4 — промежу-
точный вал; 5 — опорные подшипники; 6 —реверсивная муфта; 7 — ГД;
8 — ВРШ; 9 — МИШ; 10 — упорный подшипник; 11 — текстропная
передача; 12 — эластичная разобщительная муфта; 13 — ВГ
В ряде специальных случаев (при необходимости разобщения
ГД и винта, большой длительности режимов дрейфа, при установ-
ке ГД на амортизаторах и др.) применяются ДУ с прямой переда-
чей и эластичной разобщительной муфтой (рис. 4.14 г). Упорный
подшипник 10 при этом устанавливается в корму от муфты 12.
Двухвальные ДУ с прямой передачей применяются на речных
судах, судах с ограниченной осадкой, на пассажирских теплохо-
дах, паромах, буксирах. В двухвальныХ ДУ (рис. 4.15, а) на пере-
148
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.15. Схемы многовальных ДУ с прямой передачей:
а — двухвальная; б — трехвальная; в — с уклоном вала
днем ходу гребные винты вращаются в наружную сторону — к
бортам (если смотреть в нос), что улучшает условия работы вин-
тов и повышает их безопасность в ледовых условиях или в загряз-
ненных бассейнах, В случае затруднений с размещением винтов в
кормовом подзоре может применяться веерное расположение ва-
лопроводов (рис. 4.15, а, б), а при необходимости их заглубле-
ния— расположение с уклоном в корму (рис. 4.15, в).
Трехвальные ДУ с прямой передачей имеют ограниченное
применение, например на крупнотоннажных контейнеровозах
при скорости до 25—30 уз и суммарной мощности ЭУ более 45—50
тыс. кВт. Четырехвальные ДУ с прямой передачей на гражданских
судах практически не применяются.
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
149
4.6.2. Дизель-редукторные установки
В связи со специализацией судов для перевозки контейнеров,
пакетных грузов, колесной техники, лихтеров получили развитие
дизель-редукторные установки (ЦРУ), позволяющие значительно
сократить размеры машинного отделения по высоте. Установку
комплектуют несколькими дизелями, наиболее распространен-
ный вариант-установка с двумя дизелями. Мощность передается
на гребной винт через редуктор. Применение редуктора облегчает
отбор мощности от вала для привода генератора тока (валогенера-
торов). Главные дизели используют также для привода грузовых
насосов на танкерах.
Редукторные передачи можно подразделить на три группы:
• изменяющие крутящий момент путем изменения частоты
вращения;
• суммирующие энергию нескольких дизелей с одновремен-
ной трансформацией крутящего момента;
• изменяющие направление вращения ГВ (без реверса ГД) с
одновременным редуцированием частоты вращения и воз-
можным суммированием мощности.
Типичные схемы ДРУ представлены на рис. 4.16. По сравне-
нию с ДУ с прямой передачей в ДРУ включены два дополнитель-
ных элемента — редуктор 7 и муфта 8. Для ДРУ транспортных су-
дов обычно используют одноступенчатые редукторы, передающие
крутящий момент от одного или нескольких главных СОД (до че-
тырех). Поскольку для эффективной работы гребных винтов тре-
буется более низкая частота вращения (60—150 мин -1), то в состав
ДУ с СОД обязательно включают механические, электрические,
гидравлические или комбинированные передачи. Двухступенча-
тые зубчатые передачи и передачи специальных типов находят
применение в ДУ с высокооборотными дизелями, на СПК и СВП,
в ДУ быстроходных катеров и в комбинированных дизель-газо-
турбинных установках. Для ДРУ приняты два типа муфт между ГД
и редуктором: высокоэластичные соединительные муфты, защи-
щающие редуктор от резких изменений крутящего момента дизе-
ля и демпфирующие крутильные колебания, и соединительно-ра-
зобщительные (сцепные) муфты, допускающие также отключение
ГД от редуктора. Как правило, при необходимости выполнения
обеих функций муфты объединяют в единую конструкцию. В ус-
тановках с отбором мощности от редуктора (рис. 4.17 б) могут пре-
дусматриваться две отдельные муфты — упругая соединительная
и разобщительная (сцепная).
В многомашинных ДРУ (рис. 4.16, в—д) муфты 8 являются
упругими разобщительными. В ДРУ имеются широкие возможно-
150 Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.16. Типичные схемы ДРУ:
а — одномашинная; б — с ВРШ; в — двухмашинная; г — трехмашинная;
д — четырехмашинная;
1 — ВФШ; 2 — гребной вал; 3 — дейдвудное устройство; 4 — опорный
подшипник; 5 — промежуточный вал; 6 — упорный подшипник;
7 — редуктор; 8 — эластичная разобщительная муфта; 9 — ГД;
10 — ВРШ; 11 — МИШ
сти отбора мощности от редуктора на другие нужды, в первую оче-
редь для привода электрогенераторов (рис. 4.17), что позволяет в
ряде случаев существенно повысить эффективность и экономич-
ность работы ЭУ. Отбор мощности можно осуществлять не толь-
ко на ходу судна, но и на стоянке. В последнем случае в состав
валопровода включают разобщительную муфту, отключающую
его от редуктора. Схема подобной ДРУ крупнотоннажного танке-
ра показана на рис. 4.17, в. При отключении валопровода зубчатой
разобщительной муфтой 8 привод ВГ 5 и привод грузовых насосов
7 на стоянке может быть осуществлен от любого главного двигате-
ля. Особенно часто отбор мощности на валогенератор использу-
ется в ДРУ с ВРШ при работе ГД по характеристике п ~ const.
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
151
a)
4 5
Рис. 4.17. Схемы ДРУ с отбором мощности:
а — от ведомой шестерни (только на ходу судна); б, в — от ведущей
шестерни (как па ходу, так и на стоянке);
1 — редуктор; 2 — упругая разобщительная муфта; 3 — ГД;
4 — эластичная муфта; 5 — ВГ; 5 — разобщительная муфта;
7 — грузовой насос; 8 — зубчатая разобщительная муфта; 9 — валопо-
воротный механизм
На рис. 4.18, а—в даны специальные схемы ДРУ, применяемые
на легких быстроходных судах, катерах, малотоннажных СПК и
СВП. В ДРУ (рис. 4.18, а) реверсредуктор 1 встроен непосред-
ственно в ГД 2 и является его неотъемлемой частью. В схемах на
рис. 4.18, б и 4.18, в высокооборотный ГД с реверсивной муфтой 3
(при работе на ВФШ) через эластичную муфту 4 и угловой 5 или
колонковый (с коническими шестернями) 6 редукторы работает
на гребной винт. Применение угловых редукторов и колонок осо-
бенно эффективно на быстроходных катерах и СПК для обеспе-
чения необходимого заглубления гребного винта. На схеме рис.
4.18, г показана ДРУ с редуктором — разделителем мощности 8 и
встроенными упорными подшипниками 7, а на схеме рис. 4.18 д —
ДРУ с двухскоростным или планетарным редуктором 9. Дизель-
152
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
5)
Рис. 4.18. Специальные схемы ДРУ:
а — со встроенным реверсредуктором; б — с колонковым редуктором;
в — с угловым редуктором; г — с редуктором — разделителем мощно-
сти; д — с двухскоростным или планетарным редуктором
редукторные установки с разделением мощности находят приме-
нение на судах с ограниченной осадкой, речного и смешанного
плавания и др. ДРУ с многоскоростным (два-три варианта пере-
даточных чисел) редуктором иногда используются на буксирах,
траулерах и тральщиках.
В ДРУ транспортных и промысловых судов в качестве ГД ис-
пользуются дизели среднеоборотные и повышенной оборотности
(п = 400... 1200 мин-1), а на малотоннажных судах и катерах — и
высокооборотные дизели (п < 2500 мин-1). В ДРУ со среднеобо-
ротными двигателями редуктор (как правило, со встроенным
упорным подшипником) выполняется в виде отдельного агрегата,
хотя монтаж ГД и редуктора предусматривается на общем судовом
фундаменте. В ДРУ с высокооборотными дизелями редуктор мо-
жет выполняться как отдельно от ГД, так и встроенным в двига-
тель (см. рис. 4.18, а).
Совокупность установленных на общей фундаментной раме
ГД и механических или гидромеханических передач называется
дизель-редукторным агрегатом (ДРА). В состав ДРА входят также
соединительно-разобщительные или упругие муфты, которые ус-
танавливают между ГД и редуктором (рис. 4.17). Часть мощности
ГД можно передать от редуктора на валогенератор.
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
153
Рис. 4.19. Схема компоновки дизель-редукторной установки:
1 — ВРШ; 2 — МИЩ; 3 — валогенератор; 4 — редуктор; 5 — муфта;
6 — дизель М32С
Компоновочная схема ДРУ со среднеоборотным дизелем
М32С фирмы МАК приведена на рис. 4.19.
В настоящее время ДРУ со среднеоборотными дизелями полу-
чили наибольшее распространение на транспортных судах с огра-
ниченными размерами МО по высоте (паромы, суда с горизон-
тальной погрузкой). Значительный прогресс в развитии СОД де-
лает эти установки перспективными и для других типов судов.
Принципиальная тепловая схема ДУ (рис. 4.13) применима и
для ДРУ. В отличие от МОД, у СОД часть вспомогательных меха-
низмов (насосы пресной и забортной воды, топливо-подкачиваю-
щий, нагнетательный и отсасывающий масляный) может быть
навешена на двигатель, хотя в установках с мощными СОД пред-
почтительны автономные насосы. Для смазки редуктора и упор-
ного подшипника может быть предусмотрена отдельная система,
включающая насосы, фильтры и охладитель. В зависимости от
типа и назначения муфт предусматриваются устройства для их
включения, выключения и обслуживания. То же относится к сис-
теме управления ВРШ. Применение валогенератора иногда по-
зволяет сократить число автономных ДГ на один-два, если их
общее число больше двух-трех.
В ДРУ, так же как в ДУ с МОД, широко используются утили-
зационные парогенераторы, обеспечивающие потребности судна
в паре на ходовом режиме. На теплоходах с ДРУ при большой ав-
тономности и дальности плавания применяются утилизационные
вакуумные опреснители, работающие на теплоте охлаждающей
воды главных и вспомогательных дизелей.
154 Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
На судах вспомогательного и технического флота (буксирах,
земснарядах и др.) ДРУ являются основным типом ЭУ. На этих
судах, наряду с отбором мощности на валогенератор, практикует-
ся отбор мощности от редуктора или свободного конца вала ГД на
другие нужды, не связанные с движением судна (привод грунто-
вых и размывочных насосов, компрессоров, лебедок и т.п.).
4.6.3. Гидравлические передачи
Гидравлическая передача представляет собой совокупность
гидравлических механизмов, с помощью которых энергия враще-
ния ведущего вала (вала двигателя) передается ведомому валу (ва-
лопроводу с движителем). В зависимости от принципа работы раз-
личают передачи гидродинамические и гидростатические.
В гидродинамической передаче энергия от ведущего вала к ве-
домому передается за счет скоростного (динамического) напора
циркулирующей рабочей жидкости (масла, воды, различных сме-
сей). Гидродинамическая передача состоит из центробежного
насоса и гидротурбины, сближенных так, что их колеса образуют
горообразную полость, заполняемую рабочей жидкостью. В зави-
симости от конструкции и назначения гидродинамические пере-
дачи подразделяют на гидромуфты и гидротрансформаторы.
Гидромуфты применяют для передачи вращающего момента
ведущего вала к ведомому без изменения величины и знака мо-
мента (К = 1).
Гидротрансформаторы предназначены для передачи вращаю-
щего момента двигателя к движителю при изменении величины, а
н ряде случаев и знака этого момента. Если при передаче вращаю-
щий момент должен изменяться только по величине, используют
гидротрансформатор переднего хода, а если одновременно дол-
жен изменяться и знак момента,— гидротрансформатор заднего
хода. Если применить оба эти гидротрансформатора, получается
гидрореверсивная передача.
Основное отличие гидротрансформатора от гидромуфты со-
стоит в том, что у первого между колесами насоса и турбины уста-
новлен неподвижный направляющий аппарат, жестко связанный
с корпусом передачи. Путем придания соответствующей формы
лопаткам направляющего аппарата можно существенно изменить
момент количества движения рабочей жидкости перед поступле-
нием ее на колесо турбины и таким образом изменить величину
развиваемого турбиной вращающего момента. Если направляю-
щий аппарат расположен между насосом и турбиной, то соответ-
ствующим профилированием его лопаток можно изменить на-
правление вращения турбины по отношению к насосу. Таким об-
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
155
разом, направляющий аппарат определяет характеристики пере-
дачи с гидротрансформаторами.
В гидростатической (объемной) передаче энергия вращения ве-
дущего вала преобразуется в гидравлическом насосе объемного
типа (ведущее звено) в гидростатическое давление рабочей жидко-
сти (минерального масла или синтетической жидкости), которое по
трубопроводу передается к гидравлическому двигателю (ведомое
звено), где преобразуется в энергию вращения ведомого вала (дви-
жителя). В этом случае можно исключить из комплекса двигатель-
валопровод—движитель значительную часть валопровода, заменив
его магистральным трубопроводом рабочей жидкости.
С помощью гидростатической передачи энергия не только
вращательного, но и других видов движения (возвратно-поступа-
тельного, возвратно-поворотного и т.п.) может передаваться от
ведущего звена к ведомому. Гидростатическая передача входит в
состав гидропривода различных судовых (и также несудовых) ма-
шин и механизмов.
Конструктивная схема гидромуфты представлена на рис. 4.20, а.
Колесо центробежного насоса 1 жестко закреплено на ведущем валу
5 двигателя. Для большей герметичности муфты колесо насоса с
помощью болтов соединено с вращающимся кожухом 2, имеющим
уплотнение по ведомому валу 4. Колесо 3 гидротурбины насажено
на ведомый вал 4. Колеса насоса и турбины имеют обычно плоские
радиальные лопатки. Рабочая полость гидромуфты заполняется ра-
бочей жидкостью (как правило, минеральным маслом).
Если гидромуфта заполнена жидкостью, то последняя под
действием центробежных сил при вращении колеса насоса будет
перемещаться вдоль лопаток от центра к периферии, приобретая
кинетическую энергию. Затем жидкость поступает на лопатки
гидротурбины, где кинетическая энергия жидкости преобразуется
в механическую работу вращения ведомого вала. Если из муфты
выпустить рабочую жидкость, то ведомый вал 4 остановится (при
работающем ведущем вале 5).
Гидромуфты применяют для эластичной связи между двигате-
лем и движителем (двигателем и редуктором), фильтрации и дем-
пфирования крутильных колебаний в системе валопровода, а так-
же для некоторого снижения частоты вращения, отключения и
включения движителя при необходимости (время опорожнения
гидромуфты составляет примерно 3 с, время ее заполнения — око-
ло 7 с).
Поскольку между насосом и турбиной отсутствует какой-либо
элемент, способный воспринять реакцию циркулирующей рабо-
чей жидкости, вращающий момент В гидромуфте передается без
156
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
a)
Рис. 4.20 Конструктивная схема (а) и характеристики (б) момента
и скольжения гидромуфты:
1 — граница неустойчивости; 2 — режим холостого хода; 3 — момент
дизеля; 4 — скольжение при передаче полного момента
б)
изменения величины (и, конечно, знака), т.е. Мн = = Мт = М2
и К = M2/Mt = 1.
Жидкость, циркулирующая через насос и турбину, преодоле-
вает сопротивление движению, вследствие чего теряется часть
энергии; происходит скольжение колеса турбины (л2) по отноше-
нию к колесу насоса (nJ и мощность NT = N2 турбины на ведомом
валу становится меньше мощности NH = N, насоса на ведущем
налу, т.е. N = N = М,п, < N = N. = М.п,.
Отношение
S — [(w, - nj/nj 100% = (1 - n2/nj 100%
называется скольжением гидромуфты. При полном заполнении
гидромуфты маслом (е = 1) на номинальном режиме работы оно
составляет 2—3% (рис. 4.20, б).
Гидравлический КПД гидромуфты определяется зависимостью
П„ = Nt/N„ = М^ДМ.п,) = п/Пр
следовательно,
S = (1 - nJ Ю0%; пш = 1 - (S/100).
Для указанных условий Цгч = 0,974...0,98. Потери на трение в
подшипниках и сальниках и потери на вентиляцию учитываются
механическим КПД цмех. Значит, полный КПД гидромуфты будет
п = п • и .
’нм !гм ’мех
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
157
Приведенные зависимости справедливы при указанных высо-
ких значениях т|ш и относительно малых потерях, учитываемых
т]мех. При больших потерях точнее будет Л'г — NH ♦ т|пм-
Характеристики гидромуфты М =/(5) при различной степени
наполнения е жидкостью и постоянной частоте пл вращения дви-
гателя приведены на рис. 4.21. Точка А соответствует номиналь-
ному режиму работы установки при целиком заполненной муфте
(е =1) и является точкой пересечения номинальной характеристи-
ки гребного винта (кривая 1) с нагрузочной характеристикой муф-
ты (кривая 2), соответствующей номинальному значению враща-
ющего момента М = Мн = 1. С изменением наполнения е муфты
момент М2 = Мт на ведомом валу и частоты его вращения п2
уменьшаются (точки Л[5 А2, Л3). Таким образом, путем изменения
е можно регулировать скольжение S и частоту п2 вращения греб-
ного винта в некоторых пределах.
Однако более выгодным и распространенным при эксплуата-
ции судов является другой способ регулирования частоты враще-
ния— изменением подачи топлива на двигатель. При этом в слу-
чае изменения режимов работы по кубической винтовой характе-
ристике КПД гидромуфты поддерживается постоянным.
Рис. 4.21. Характеристики гидромуфты при различной степени
наполнения жидкостью
158
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Опыт эксплуатации установок с гидромуфтами показывает,
что они устойчиво и экономично работают при е > 0,33; при зна-
чениях е = 1,0...0,5 КПД гидромуфты снижается незначительно
(на 4-5%). При меньших степенях наполнения е их работа, хотя и
становится несколько неустойчивой, однако остается достаточно
падежной при уменьшении е до 3% (но при этом КПД падает до
(1,40-0,45).
При работе гидромуфты рабочая жидкость в ней нагревается
вследствие потерь энергии. Для поддержания постоянной темпе-
ратуры жидкости от нее нужно отводить тепловой поток
QM= (1 - nJ NH.
Это достигается путем частичной циркуляции жидкости через
охладитель, прокачиваемый забортной водой, с помощью автоном-
ного насоса. При этом обеспечивается также поддержание посто-
янного напора рабочей жидкости. При заклинивании гребного
пинта (п2 = 0, Г|м = 0) в охладителе нужно отводить тепловой поток,
жвивалентный полной мощности двигателя Nra = NH.
Гидромуфты имеют следующие основные свойства: независи-
мость вращения ведомого и ведущего валов, плавное трогание с
места и плавный разгон, ограничение крутильных колебаний, бес-
шумность работы, надежность в эксплуатации, высокий КПД на
поминальном режиме, простота автоматизации и управления.
Гидромуфты широко применяются в СЭУ. Наиболее часто
они используются в ДУ, особенно в многомашинных, в сочетании
с зубчатыми передачами, а иногда и прямыми передачами.
Выпускаемые отечественной и зарубежной промышленнос-
। |.ю гидромуфты отличаются большим разнообразием форм про-
точных частей и конструктивного исполнения органов регулиро-
вания степени наполнения. Конструкция этих органов оказывает
существенное влияние как на маневренные качества передачи
(быстроту опорожнения и наполнения, удобство изменения час-
тоты вращения), так и на габариты муфты (особенно на ее длину).
( тепень относительного заполнения рабочей полости изменяется
регулированием потока жидкости на входе в гидромуфту и на вы-
ходе из нее.
Большие гидромуфты чаще выполняют в виде отдельных агре-
штов с собственным фундаментом и подшипниками. Гидромуф-
। ы в составе дизель-редукторных агрегатов могут компоноваться в
корпусе передачи, а также быть подвесными или полуподвесными
(вне редуктора).
Гидротрансформатор включает в себя не менее трех рабочих
колес: ведущее колесо, или насос, ведомое колесо, или турбина, и
неподвижный направляющий аппарат. Отличие гидротрансфор-
*1 6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
159
матора от гидромуфты состоит в том, что он имеет неподвижный
направляющий аппарат, который может быть расположен по ходу
жидкости после насоса (перед турбиной) или перед ним (после тур-
бины). В первом случае может быть обеспечено обратное, вращение
турбинного колеса. Включение направляющего аппарата в контур
циркуляции гидротрансформатора позволяет увеличивать момент
количества движения рабочей жидкости, а значит, и момент Мт на
валу турбины в сравнении с моментом Мн на валу насоса.
Гидротрансформаторы позволяют осуществлять реверс ведомо-
го вала, т.е. валопровода. Это достигается либо применением двой-
ного перемещаемого направляющего аппарата переднего и заднего
хода (ПХ и ЗХ) в однополостном гидротрансформаторе, либо уста-
новкой отдельных гидротрансформаторов ПХ и ЗХ. Время измене-
ния направления вращения вала с помощью однополостного транс-
форматора при работе установки на полный ход вперед составляет
8-10 с, до принятия полной нагрузки на заднем ходу 35 с.
Схема устройства реверсивной установки с двумя гидротранс-
форматорами представлена на рис. 4.22, а. Здесь для реверса с ПХ
на ЗХ производятся опорожнение трансформатора ПХ и заполне-
ние трансформатора ЗХ. При реверсе с ЗХ на ПХ совершаются об-
ратные действия. Практически опорожнение трансформатора
можно обеспечить за 3 с, заполнение примерно за 7 с, общую про-
должительность реверса в течение 15—20 с. Трансформаторы мо-
гут быть расположены в одном корпусе.
Уравнение баланса энергии для гидротрансформатора:
N = Nu т| п л] = Nuri ,
Т Н *гт об ’мех Н ’пт’
где цпт — полный (общий) КПД трансформатора; — его гидрав-
лический КПД; т^, т|мех — КПД, учитывающие объемные и меха-
нические потери в гидротрансформаторе.
Отсюда получаем T|m = NT /NH = MTnT/(MHnH) = K/i,
где К = Мт/Мн — коэффициент трансформации момента;
К = 1,124...1,80 для одноступенчатых гидротрансформаторов при
г|пт = 0,9 и передаточном отношении i = = 1,25—2,00 на рас-
четном режиме.
Большая потеря энергии жидкости при движении в направля-
ющем аппарате, а также более высокие гидравлические и объем-
ные потери в процессе циркуляции являются основными причи-
нами низкого КПД гидротрансформаторов в сравнении с гидро-
муфтами. На расчетном режиме общий (полный) КПД гидротран-
сформаторов переднего хода достигает 0,85—0,92, а заднего хода
0,65—0,70 (большие значения относятся к крупным гидропереда-
чам, рассчитанным на мощности в несколько тысяч кВт и работа-
ющим на маловязких жидкостях — главным образом на воде).
160
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.22. Схема устройства реверсивной установки с двумя
гидротрансформаторами (а) и их нагрузочно-скоростные харак-
теристики (б):
I — ведомый вал; 2 — турбинное колесо; 3 — направляющий аппарат
насосного колеса ЗХ; 4 — направляющий аппарат турбинного колеса
ЗХ; 5 — насосное колесо ЗХ; 6 — насосное колесо ПХ; 7 — направляю-
щий аппарат турбинного колеса ПХ; 8 — турбинное колесо ПХ; 9 —
ведущий вал
На рис. 4.22, б показаны примерная нагрузочно-скоростная
характеристика и кривая изменения полного КПД гидротранс-
форматора. Зависимость Мн характеризует момент на валу насоса
при постоянной частоте его вращения, а кривая к = Мт/Мн — вра-
щающий момент на валу турбины. Как видно, при практически
постоянном Мн (а значит, постоянном моменте на валу двигате-
ля) Мт на валу турбины по мере уменьшения частоты вращения
псдомого вала возрастает. Точка А характеризует нормальный ре-
жим работы, при котором КПД гидротрансформатора достигает
наибольшего значения.
Таким образом, гидротрансформаторы обеспечивают автома-
гическое изменение гц./пн в пределах от 0 до 1 в зависимости от
нагрузки (момента) ведомого вала при практически постоянной и
первичного двигателя или при изменении ее в узком интервале,
обусловливаемом саморегулируемостью рабочего процесса. Это
«ажно для СЭУ с резко переменными нагрузками двигателей (на-
пример, для ледоколов).
В многоступенчатых гидротрансформаторах при соответству-
ющем профилировании лопаток направляющих аппаратов пере-
даточное число i на нормальном режиме работы может достигать
10 и 12. Если в СЭУ необходимо иметь I больше этих значений
(например, в установках с ВОД, паровыми и газовыми турбина-
4,6. Основные конструктивные схемы передачи мощности 161
НОУсДВС
Рис. 4.23. Схемы ДУ с гидротрансформаторами: а — без редукто-
ра; б, в — с редуктором; г — с мультипликатором — разделителем
мощности и суммирующим редуктором:
1 — упорный подшипник; 2 — суммирующий редуктор; 3 — гидротран-
сформатор; 4 — ГД; 5 — мультипликатор с разделением мощности;
6 — эластичная муфта
ми), гидротрансформаторы используют в сочетании с зубчатой
передачей.
Возможные схемы ДУ с гидротрансформаторами приведены
на рис. 4.23. Включение в состав передачи (до гидродинамических
элементов) повышающего зубчатого редуктора — мультипликато-
ра —- с разделением мощности (рис. 4.23, г) позволяет снизить
массу и габариты передачи.
Применение гидротрансформаторов в СЭУ позволяет обеспе-
чить редуцирование п при i ~ 1,2...12,0; автоматическое измене-
ние i в широких пределах в зависимости от нагрузки (от сопротив-
ления движению судна, например, при работе во льдах) при прак-
тически постоянной п ГД; высокие тяговые характеристики, обус-
ловленные возрастанием момента на ведомом валу с уменьшени-
ем «и»; отсутствие жесткой связи между ведомой и ведущей частя-
ми гидропередачи, что исключает перегрузки двигателя и ударные
воздействия винта, а также практически устраняет взаимную пе-
редачу крутильных колебаний; высокие маневренные качества;
низкий уровень шума передачи.
Затруднения в использовании гидротрансформаторов возни-
кают при длительной их работе в режимах, отличающихся от рас-
четного, в связи со сложностью отвода большого количества теп-
лоты от рабочей жидкости (из-за относительно низкого КПД).
На рис. 4.24 представлены две схемы установок с гидростати-
ческой передачей. В первой (рис. 4.24, а) главный дизель 5 приво-
162
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.24. Схема установок с гидростатической передачей:
а — объемная с независимым гребным гидромотором; б — с гребным
гидромотором, расположенным в винторулевой колонке
ци г в действие гидронасос 4, который под высоким давлением
(10—20 МПа) подает рабочую жидкость (минеральное масло) по
магистрали 3 в гидромотор 2, вращающий гребной винт (позици-
ей 1 обозначен упорный подшипник). Насос и гидромотор явля-
ются однотипными обратимыми многопоршневыми механизма-
ми с объемным регулированием частоты вращения движителя пу-
1см изменения количества подаваемой жидкости к мотору. Вра-
щающий момент на валу гидромотора не зависит от частоты вра-
щения двигателя. Реверс гидромотора осуществляется специаль-
ным золотником, меняющим порядок подачи жидкости в цилин-
дры мотора. Продолжительность реверса не превышает 10 с.
Вторая схема (рис. 4.24, б) применяется на малых судах с уста-
новками мощностью до 200—250 кВт или в подруливающих уст-
ройствах крупных судов. В этом случае гидромотор 7 размещают в
нинторулевой колонке (в тоннеле подруливающего устройства).
Рабочее масло от насоса подводится через канал в баллере 6 руля
К. Такой вариант гидропередачи позволяет обходиться без дейд-
нудного устройства и гребного вала, что упрощает установку.
Гидростатические передачи применяют в главных установках
мощностью 1500-2000 кВт и более на судах, где требуются частые
маневрирование и буксировка (паромы, буксиры, катера, малые
промысловые суда), а также для привода подруливающих и актив-
ных рулей.
КПД гидростатической передачи составляет 0,83—0,88 и мало
и меняется на режимах частичных нагрузок.
Устройство гидрозубчатой передачи, где в общем корпусе 1
размещены шестерни суммирующего редуктора и гидромуфты,
показано на рис. 4.25. В этой передаче гидромуфты выполняют
4,6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
163
Рис. 4.25. Гидрозубчатая передача:
1 — корпус; 2 — рычажный привод клапана заполнения; 3 — сливные
отверстия; 4 — рычажный привод кольцевого клапана; 5 — вал управ-
ления; 6 — насосное колесо; 7 — кожух; 8 — турбинное колесо;
9 — кольцевой клапан; 10 — шестерня редуктора
функцию упругого соединительно-разобщительного звена между
дизелями и ведущими шестернями.
На судах активного, ледового плавания, буксирах часто при-
меняются двухмашинные дизель-гидрозубчатые агрегаты (ДГЗА).
Так, в состав отечественного агрегата входят два дизеля типа
18ДН 23/2x30 (К = 9000 кВт) и реверсивная гидрозубчатая пере-
дача (ГЗП) (рис. 4.26), включающая гидродинамические преобра-
зователи момента (ГПМ)-крутящего.
При длительных режимах плавания на чистой воде (без допол-
нительного сопротивления движению) мощность ГД целесообраз-
но передавать на валопровод через планетарный редуктор, приме-
няемый в качестве блокиратора, что обеспечивает высокий КПД
ГЗП и всего ДГЗА. При работе агрегата через ГПМ достигается
более эффективное использование полной мощности ГД на режи-
мах с повышенным сопротивлением движению судов (разгон,
торможение, реверс, трогание и т. п.) независимо от скорости суд-
на. Внешние характеристики применяемых ГПМ обеспечивают
работу дизелей без перегрузок, допускают использование агрегата
164
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.26. Схема двухмашинного ДГЗА:
1 — главные СОД; 2 — ГПМ переднего хода; 3 — планетарная
передача; 4 — редуктор; 5 — ГПМ заднего хода; 6 — упругая муфта
сцепления; 7 — гребной винт
па любом режиме работы ГВ (вплоть до его полного торможения в
условиях плавания во льдах). ГПМ обладают высокими маневрен-
ными свойствами, для чего предусмотрено быстрое наполнение и
опорожнение полостей ГПМ переднего и заднего хода (6—10 с).
4.6.4. Электрические передачи
Электрические передачи осуществляют двойное преобразова-
ние энергии: механическая энергия ГД преобразуется в электри-
ческую в электрогенераторах, которая передается гребным элект-
родвигателям, преобразующим ее в механическую энергию греб-
ного вала и винта. Большие потери энергии при этом можно не-
сколько сократить уменьшением длины валопровода и числа его
опорных подшипников (последние два фактора являются досто-
инствами электропередачи).
Такая передача проста и подобна гидростатической с гребным
гидромотором (вместо трубопровода — электросеть).
Электропередачи бывают на постоянном и переменном токе, а
также комбинированными: с генераторами переменного тока, элек-
тродвигателями постоянного тока и преобразователями перемен-
ного тока в постоянный.
В зависимости от типа и назначения судна, особенностей его
устройства, типа ГД электрическая передача позволяет использо-
вать мощность нескольких главных дизель-генераторов для при-
1.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
165
вода одного или нескольких малооборотных ГЭД. Это повышает
надежность СЭУ и позволяет применять высоко- и среднеоборот-
ные нереверсивные первичные двигатели. Вследствие отсутствия
механической связи между главными электрогенераторами и ГЭД
их частоту вращения можно выбирать оптимальной, а первичные
ГД в этом случае защищены от внешних (ударных и других) воз-
действий со стороны гребного винта.
Распространенные в настоящее время на ледоколах передачи
характеризуются тем, что источники электрической энергии вы-
рабатывают переменный ток, а потребители постоянного тока по-
лучают питание через выпрямители. В этих передачах источника-
ми электроэнергии служат трехфазные генераторы, а потребите-
лями — электродвигатели постоянного тока. Выпрямительная ус-
тановка выполняется на полупроводниковых элементах. Переда-
ча двойного тока позволяет достигнуть, во-первых, высокой ма-
невренности и нужной тяговой характеристики, что характерно
для передач постоянного тока, во-вторых, высоких технико-эко-
номических показателей (надежность, экономичность и габари-
ты) генераторной установки, присущих синхронным машинам пе-
ременного тока (КПД электрических машин постоянного тока со-
ставляет 84—89%, машин переменного тока — 90—94%).
В установках линейных ледоколов, транспортных судов ледо-
вого плавания характерно применение СОД, относительно не-
больших судов — портовых и рейдовых ледоколов, буксиров и
др.— привод главных генераторов осуществляет ВОД. Использу-
ют дизели практически всех вариантов конструкционного испол-
нения: одно- и двухрядные, V-образные и другие с диаметрами
цилиндров от 200 до 400 мм. Обычно число ДГ составляет 3—8.
В дизельных установках с электрической передачей (ДЭУ)
(рис. 4.27) движение судна обеспечивается гребным электродви-
гателем 3, работающим на винт, непосредственно через упорный
вал 1 или через редуктор 2. Питание гребного электродвигателя
осуществляется от главных ДГ 4. Гребные электродвигатели и
главные ДГ могут компоноваться в одном или в разных МО. Уста-
новка, выполненная по схеме рис. 4.27, б, по существу, является
комбинацией двух видов передач — дизель-электрической и ре-
дукторной. При этом обеспечивается существенное уменьшение
габаритов, массы и стоимости гребных электродвигателей, а иног-
да и всей установки в целом. Наиболее часто ДЭУ выполняются
по схеме рис. 4.27, а. В зависимости от типа и назначения судна
ДЭУ могут быть одно- и многовальными. Применение ДЭУ эко-
номически целесообразно и оправдано лишь на судах специаль-
ного назначения.
166
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.27. Схемы ДЭУ:
а — с прямой передачей на винт; б — с редукторной передачей
Особенно мощные ДЭУ (35 тыс. кВт и более) устанавливаются
на ледоколах.
В состав ДЭУ входят также возбудители электродвигателей и
генераторов, системы их воздушного охлаждения, распредели-
тельный щит гребной установки с устройствами управления, сиг-
нализации, автоматики и защиты.
Электропередачи переменного тока лишены наиболее важно-
го достоинства, присущего передачам постоянного тока,—улуч-
шенных тяговых характеристик ЭУ и маневренных характеристик
судна. Кроме того, необходимость изменения частоты вращения
первичных двигателей для изменения частоты вращения ГЭД и
возможность осуществления реверса только путем переключений
н цепях главного тока значительно усложняет систему управления
передачами переменного тока. В связи с этим электропередачи
постоянного тока применяют на судах, где требуются частое изме-
нение скорости и режимов работы с изменением мощности (ледо-
колы, транспортные суда ледового плавания, отдельные буксир-
ные и морские рыбопромысловые суда), а электропередачи пере-
менного тока — на судах, движители которых большую часть вре-
мени работают на постоянных режимах без изменения скорости, а
также на других судах в сочетании с ВРШ.
Поскольку генераторы переменного тока проще по конструк-
ции, меньше по габаритам, имеют более высокий КПД и более
•1.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
167
удобны в эксплуатации, чем генераторы постоянного тока, в пос-
леднее время все шире начинают применять комбинированные
электропередачи с генераторами переменного тока и ГЭД посто-
янного тока. Однако для них требуются преобразователи тока, что
снижает экономичность и увеличивает массу и габариты СЭУ.
4.6.5. Комбинированные передачи
Комбинированные передачи применяют для улучшения тех-
нико-экономических и эксплуатационных показателей СЭУ, а
также обеспечения качеств, которые требуются в соответствии с
назначением судна.
Сочетания типов передач могут быть самыми разнообразными.
На ледоколах и транспортных судах ледового плавания использу-
ются различные варианты гидрозубчатых передач: два дизеля через
редуктор и гидротрансформатор работают на винт; два дизеля через
свои гидротрансформаторы работают на общий редуктор и винт;
мощность турбины в 1-й ступени редуктора распределяется между
двумя гидротрансформаторами, которые работают на общую 2-ю
ступень зубчатой передачи и далее на винт, и т.д.
На рис. 4.28 представлены еще два варианта комбинирован-
ных передач. В первом (рис. 4.28, а) с целью уменьшения массы
ГЭД и удобства их расположения применены четыре легких высо-
Рис. 4.28. Комбинированные передачи:
а — электромеханическая; б — прямая с электромеханической
168
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
кооборотных электродвигателя 2, работающих на один редуктор 3
и получающих электропитание от главных ДГ 4. Во втором вари-
анте (рис. 4.28, б) возможны четыре схемы работы установки:
1) ГД 5 по прямой передаче через муфту 6 работает на гребной
вал и винт (муфта 7 включена, нормальный ход судна);
2) ГД работает так же, но часть его мощности потребляется
электродвигателем 2, работающим в режиме генератора (на-
вешенный валогенератор);
3) на гребной вал работают как ГД 5, так и электродвигатель 2
через муфту 7 и зубчатую передачу 3 (режим максимальной
скорости судна);
4) ГД отключен с помощью муфты 6, а на гребной вал работает
только электродвигатель 2, обеспечивая судну малый ход
(позицией 1 обозначен ГУП).
Такие варианты работы возможны на рыбопромысловых су-
дах. На режимах частичных нагрузок резерв мощности ГД может
быть использован для привода ГЭД, работающего в режиме гене-
ратора и обеспечивающего энергией электродвигатели траловой
лебедки. Во время ярусного лова, когда судно ложится в дрейф,
необходимые маневры судна могут быть выполнены только при
работе ГЭД.
В комбинированных дизель-газотурбинных установках (ДГТУ)
применяются два типа ГД: легкий малогабаритный газотурбинный
двигатель (ГТД) большой мощности, обеспечивающий кратковре-
менные режимы с полной скоростью, и относительно тяжелые ди-
юл и, позволяющие получать большую дальность плавания на дли-
тельных (маршевых) ходах с малой скоростью.
В качестве ускорительных (форсажных) ГД в ДГТУ могут ис-
пользоваться легкие ГТД авиационного типа с мощностью 3—30
тыс. кВт и выше, с удельной массой 0,4—3,0 кг/кВт (в отдельных
случаях до 8,0 кг/кВт).
Сочетание в одной ЭУ мощных и легких форсажных ГТД с
ограниченным ресурсом и высокоэкономичных надежных дизе-
ней экономического хода позволяет обеспечить выполнение тре-
бований как по скорости хода, так и по дальности плавания.
Применение мощных комбинированных ДГТУ возможно при
использовании сложных и легких редукторов, в том числе двух-
скоростных, с разобщительными муфтами, допускающими вклю-
чение и отключение двигателей на ходу судна и передачу больших
мощностей. ВРШ в сочетании со сложными редукторными пере-
дачами значительно повышает маневренность судна и обеспечи-
вает оптимальное использование мощности как маршевых, так и
форсажных ГД.
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
169
Рис. 4.29. Комбинированная дизель-газотурбинная установка
1 — гребной винт; 2 — гребной вал; 3 — дейдвудная труба; 4 — проме-
жуточный вал; 5 — опорные подшипники; 6 — ГУП; 7 — ГД; 8 — элас-
тичная соединительно-разобщительная муфта; 9 — редуктор
На рис. 4.29 показана принципиальная схема ДГТУ с форсаж-
ным газотурбинным двигателем (ФГГД).
Схемы комбинированных ДГТУ с раздельной работой ГТД и
дизеля на винты применяются сравнительно редко из-за значи-
тельных потерь в скорости и экономичности при парциальной
работе винтов (когда один работает, а второй свободно вращается
или застопорен) и невозможности полного использования мощ-
ности дизеля как на малом, так и на полном ходу. Поэтому обыч-
но применяются ДГТУ с редукторами, суммирующими мощность
двух и более ГД (дизелей и ГТД) на один вал. Находят применение
комбинированные ДГТУ двух типов: ДГТУ с раздельной работой
маршевых и форсажных двигателей, когда малый ход обеспечива-
ется только дизелем, а полный — только ГТД, и ДГТУ с одновре-
менной работой на винт дизелей и ГТД в режиме полного хода.
Комбинированные ДГТУ применяются на высокоскоростных ка-
терах 40-50 узлов и выше, а также на опытных СПК и СВП.
4.6.6. Приводы валогенераторов
Использование на судах валогенераторов целесообразно по
нескольким причинам: более высокий КПД главных двигателей,
возможность стабилизации нагрузки двигателей, возможность
стабилизации нагрузки двигателей при переменной нагрузке
электрической сети, а также специфических режимов работы ГД с
недогрузкой для некоторых типов судов (рыболовные траулеры,
буксиры, суда ледового плавания). Валогенераторы позволяют
полнее использовать энергетические возможности ГД, получать
электроэнергию от ГД для всех вспомогательных потребителей на
170 Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
ходовом режиме, причем с большей экономичностью, так как
КПД ГД обычно выше КПД ВД.
Кроме того, возможно использование ВГ в двигательном ре-
жиме при питании их от автономных ДГ (например, от УТГ). На-
личие ВГ уменьшает число автономных ДГ, снижает стоимость
вырабатываемой электроэнергии, затраты на ремонт и обслужи-
вание, а также уровень шума в МО.
На рыболовных траулерах применение валогенераторов по-
толчет стабилизировать нагрузку ГД на различных ходовых ре-
жимах (без трала и с различными типами тралов при их постанов-
ке и выборке) и облегчает питание такого крупного потребителя
электроэнергии, как траловая лебедка.
Валогенератор должен обеспечивать постоянную частоту вра-
щения генератора независимо от нагрузки ГД и его частоты вра-
щения. Стабилизация частоты вращения валогенератора обеспе-
чивается двумя способами: изменением угла установки лопастей
ВРШ и степенью заполнения маслом полости гидромуфты. При
последнем способе применения значительно снижается КПД. В
связи с требованием стабильной частоты вращения валогенерато-
ров их чаще используют в СЭУ, оборудованных ВРШ.
Гидравлическую муфту всегда целесообразно устанавливать на
самом быстроходном валу (с целью уменьшения ее габаритов).
Существуют следующие схемы привода ВГ в ДЭУ (рис. 4.30.):
а-с клиноременной передачей; б—с передачей от свободного кон-
8) 1 2
----it— -ф-ффффф I
Рис. 4.30. Схемы привода ВГ в ДЭУ с прямой передачей мощности:
1 — ГД; 2 — ВГ; 3 — текстропная передача; 4 — мультипликатор;
5 — ВД; 6 — соединительно-разобщительная муфта
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
171
ца ГД; в—с ВГ, встроенным в линию вала; г—с мультипликатором
от свободного конца ГД; д-с мультипликатором от валопровода.
В ДЭУ с прямой передачей по массогабаритным показателям
предпочтительны схемы а, г, д, хотя они и более сложны; схемы б
и в используются на малотоннажных судах с главными СОД; в
схемах гид возможен двойной привод ВГ (через мультипликатор
и непосредственно от ВД через автоматическую соединительно-
разобщительную муфту).
Наибольшее применение ВГ получили в ЭУ с ВРШ при работе
ГД по нагрузочной характеристике. Мощность ВГ в зависимости
от типа и назначения судна может достигать 1,5—2,0 тыс. кВт (оп-
ределяется из условия полного удовлетворения всех судовых по-
требителей в электрической энергии в ходовом режиме).
При обесточивании ВГ один из вспомогательных ДГ постоянно
находится в «горячем» резерве и автоматически включается в рабо-
ту при резком падении частоты вращения или остановке ГД.
ВГ в ДЭУ с ВРШ должны быть обязательно снабжены специ-
альными стабилизирующими устройствами, обеспечивающими
поддержание постоянной частоты вращения В Г или частоты тока
(либо напряжения в ВГ постоянного тока). Это в основном отно-
сится к ЭУ с оптимизацией работы ВРШ, когда одновременно
изменяются частота вращения ГД и шаговое отношение ГВ.
На рис. 4.31 приведены схемы привода вал ©генераторов в СЭУ
с МОД и СОД и системой глубокой утилизации теплоты выпуск-
ных газов (рис. 4.31, а, г).
Валогенераторы можно условно подразделить на три основ-
ные категории:
1. Простейшие валогенераторы, не имеющие системы регули-
рования частоты вращения, а, следовательно, и поддержания не-
обходимой частоты электрической энергии. Поскольку частота
вырабатываемой электроэнергии пропорциональна частоте вра-
щения главного двигателя, то он должен работать при п = const.
Это возможно только для ВРШ без оптимизации его работы.
2. Альтернативные валогенераторы, которые могут приме-
няться ддя выработки электроэнергии с плавающей частотой меж-
ду 50 и 60 Гц, из-за возможного изменения частоты вращения
главного двигателя от 100 до 80% от оборотов спецификационной
МДМ. Это означает, что потребители энергии, чувствительные к
изменению частоты, должны питаться через преобразователи час-
тоты или от дизель-генераторов. Эти валогенераторы не приспо-
соблены к параллельной работе с дизель-генераторами, они ис-
пользуются во время рейса судна, когда дизель-генераторы выве-
дены из эксплуатации. Их общий КПД составляет примерно 92%.
172
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.31. Схемы судовых энергетических установок
с валогенераторами:
а — МОД с утилизационным турбогенератором: б — СОД или МОД с
валогенератором; в — два СОД и два валогенератора; г — МОД или
СОД с турбиной и валогенератором;
1 — гребной винт фиксированного либо регулируемого шага; 2 —
дейдвудное устройство; 3 — валогенератор; 4 — редуктор; 5 — утилиза-
ционная турбина; 6 — утилизационный котел; 7 — главный двигатель;
8 — главный упорный подшипник; 9 — муфта сцепления; 10 — муфта
3. Валогенераторы, вырабатывающие электрическую энергию с
постоянной частотой в широком диапазоне оборотов двигателя.
Для обеспечения частоты электрического тока могут использовать-
ся повышающие редукторы или электронные преобразователи час-
тоты тока. Редуктор может поддерживать постоянную частоту вра-
щения выходного вала в диапазоне 100...70% от оборотов МДМ.
Валогенератор может работать один и в параллель с дизель-генера-
горами. Общий КПД изменяется от 88 до 91% в зависимости от
частоты вращения коленчатого вала главного двигателя.
На рис. 4.32 показан общий вид расположения валогенерато-
ра. Генератор расположен горизонтально между повышающим
редуктором и носовым торцом двигателя. Эластичная демпфиру-
ющая резиновая муфта установлена на входном валу редуктора со
4.6. Основные конструктивные схемы передачи мощности
173
2
Рис. 4.32. Установка валогенератора:
1 — генератор переменного тока; 2 —жесткая муфта; 3 — повышаю-
щий редуктор; 4 — эластичная муфта; 5 — опорный подшипник;
6 — привод валогенератора
стороны двигателя, а двигатель соединен с валогенератором про-
межуточным валом, который проходит через щит закрытия носо-
вого торца. Часто между носовым торцом двигателя и гибкой муф-
той устанавливается опорный подшипник.
Пропульсивная система с малооборотным двигателем и валоге-
нератором устанавливается на судах, требующих высоких манев-
ренных качеств, например на челночных танкерах, предназначен-
ных для доставки груза из хранилищ при месторождениях или не-
посредственно от нефтедобывающих платформ. Вспомогательная
пропульсивная установка способна приводить ВРШ, используя ва-
логенератор как электродвигатель, когда главный двигатель оста-
новлен и разъединен с винтом, а электроэнергия подается от ди-
зель-генераторов. На рис, 4.33 показан пример такой установки, где
редуктор валогенератора расположен на валопроводе.
На валопроводе после редуктора укрепляется муфта 6, которая
разъединяет винт и главный двигатель в порту, поэтому главный
двигатель может использоваться для выработки электрической
энергии без вращения винта. Эта муфта работает от давления гид-
ромасла, поступающего от силового блока управления ВРШ.
Когда муфта 3 разъединена, упор винта передается через
встроенный в муфту упорный подшипник на упорный подшип-
ник двигателя. Для достижения высокого КПД винта в режиме
вспомогательной пропульсивной установки используется двух-
174
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Рис. 4.33. Вспомогательная пропульсивная система
с валогенератором:
1 — главный двигатель; 2 — муфта с коническими пальцами;
3 — двухскоростной туннельный редуктор; 4 — эластичная муфта;
5 — гидравлическая муфта; 6 — генератор (электродвигатель);
7 — маслораспределитель
скоростной туннельный редуктор 3, который обеспечивает сни-
жение оборотов винта.
Валогенераторы имеют следующие преимущества перед ди-
к*ль-генераторами: меньшие габариты, низкая начальная сто-
имость, низкие затраты на монтаж и на обслуживание, большой
срок службы и низкий уровень шума.
В зависимости от типа используемого валогенератора они мо-
»у г иметь следующие недостатки: при остановленном двигателе
ыектрическая энергия не вырабатывается (если нет на валопро-
воде муфты), требуется повышенная мощность главного двигате-
ля, снижается КПД винта и двигателя (если ВРШ работает при п
- const), сложный валопровод.
Статистика показывает, что, несмотря на значительное коли-
чество преимуществ валогенераторов, большинство двухтактных
двигателей с прямым соединением с гребным винтом ими не обо-
рудуются. Это стало возможным вследствие того, что дизель-гене-
рагоры стали более надежными, могут работать на тяжелом топ-
ливе. Если же имеется избыток мощности главного двигателя, ус-
ни ювка валогенератора является экономически оправданной.
4.<i. Основные конструктивные схемы передачи мощности
175
4.7. Преимущества и недостатки различных типов
передач, влияние типа двигателя на выбор
передачи
Каждый тип передачи обладает преимуществами и недостат-
ками, которые влияют на выбор типа главного двигателя и судна.
На рис. 4.34 приведена обобщенная схема типов передач и их воз-
можная комплектация дизелями. Возможность использования
того или иного типа двигателя определяется не только типом пе-
редачи, но и во многом конструкцией корпуса судна и его грузо-
выми устройствами, т.е. его типом, назначением и районом пла-
вания.
Рис. 4.34. Взаимосвязь типа главного двигателя и передачи
176
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
4.7.1. Прямая передача
Данный тип передач не предусматривает качественного изме-
нения механической энергии, вырабатываемой дизелем. Прямая
передача не может обеспечить трансформацию крутящего момен-
HI и частоты вращения, а также не позволяет приспособить энер-
гетическую установку к изменяющимся условиям плавания (при
использовании ВФШ).
Эти особенности предопределяют два существенных недостат-
ка у дизельных установок с прямой передачей:
• отклонение частоты вращения двигателя от оптимальной
снижает пропульсивный КПД тр, на судах с прямой передачей
частота вращения малооборотного дизеля на 20—30 мин"1 пре-
вышает оптимальную, что снижает пропульсивный КПД на
5-8%;
• при использовании малооборотных дизелей энергетические
установки с прямыми передачами имеют неблагоприятные
массогабаритные показатели.
Как видно из рис. 4.35, МОД значительно превосходят дизель-
рсдукторные агрегаты (ДРА) по высоте и массе, имея практически
одинаковую с ними длину и ширину.
Существенный недостаток прямых передач обусловлен также
сложностью привода вспомогательных механизмов— валогенера-
горов, насосов и др. — от главных двигателей. В качестве ускоря-
ющих приводов валогенераторов служат клиноременные и зубча-
тые передачи (мультипликаторы), в состав которых обычно вхо-
дят фрикционные соединительно-разобщительные муфты, встро-
енные в ведущие или ведомые колеса.
Несмотря на указанные недостатки, прямая передача с МОД
снимает доминирующее положение в транспортном флоте. Бо-
лее 70% от суммарной мощности главных двигателей всех типов
па вновь построенных судах дедвейтом более 2 тыс. т приходится
па установки с прямой передачей. Это объясняется следующими
преимуществами МОД с прямой передачей:
— конструктивной простотой и высокой надежностью передачи;
— высоким КПД передачи, частично компенсирующим сни-
жение пропульсивного КПД;
— высокой экономичностью главных дизелей и возможностью
использовать высоковязкие дешевые сорта топлива;
— небольшим расходом масла [0,8—1 г/(кВт*ч)];
— низкими эксплуатационными расходами на профилакти-
ческое обслуживание;
— высоким ресурсом.
‘1.7. Преимущества и недостатки различных типов передач 177
12 СЭУ с ДВС
Рис. 4.35. Сравнение массогабаритных показателей длинноход-
ных МОД и СОД с одним и тем же диаметром цилиндров (580 мм)
и близкой агрегатной мощностью
В зависимости от размеров судна используют три типа дизе-
лей в сочетании с прямой передачей:
— на средне- и крупнотоннажных судах дедвейтом свыше
5 тыс. т — малооборотные двухтактные крейцкопфные ди-
зели (типа ДКРН) с цилиндровой мощностью N =
= 600,..5700кВт и частотой вращения коленчатого вала п -
= 60...240 мин-1;
— на мелко- и среднетоннажных судах дедвейтом 5—6 тыс. т —
малооборотные, преимущественно двухтактные крейцкопф-
ные и тронковые дизели с цилиндровой мощностью 300—750
кВт и частотой вращения коленчатого вала п = 200...250 мин-1;
— на небольших, главным образом речных и смешанного пла-
вания судах, средних рыболовных траулерах и буксирах —
среднеоборотные, преимущественно четырехтактные трон-
ковые дизели с цилиндровой мощностью АГ = 100...200 кВт
и частотой вращения коленчатбго вала п = 275...400 мин-1.
178
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Двигатели первой группы играют первостепенную роль в су-
повой энергетике, обеспечивая примерно 3/4 мощности всех ди-
зельных установок. С увеличением размерности цилиндра повы-
шается мощностная насыщенность по длине, но одновременно
увеличивается удельная масса. Агрегатные мощности дизелей с
размерами цилиндров 980—1080 мм достигли в настоящее время
100 тыс. кВт, т.е. практически тех предельных значений, которые
могут быть реализованы в одновальных установках.
В состав прямой передачи входят муфты и валопровод. По
конструктивному исполнению муфты могут быть жесткими и уп-
ругими. Мощные крейцкопфные дизели обычно соединяются с
валопроводом только с помощью жестких фланцевых муфт. В
многовальных установках с МОД иногда используют соедини-
тельно-разобщительные муфты, включать и выключать которые
можно только на стоянке. В качестве соединительных элементов
могут служить зубчатые полумуфты или конические пальцы.
4.7.2. Механические передачи
В эту группу входят все виды зубчатых, ременных и цепных пе-
редач. На практике преимущественное распространение получили
передачи первой группы — зубчатые или редукторные. Зубчатые
передачи, снижающие частоту вращения, называются редукторами,
и повышающие частоту вращения — мультипликаторами. Их уст-
ройство принципиально не отличается от устройства редукторов, и
применяются они главным образом для привода электрогенерато-
ров и вспомогательных механизмов. Ременные и цепные главные
судовые передачи имеют ограниченное применение.
В главных редукторных передачах используются цилиндри-
ческие (прямозубые и косозубые), конические и планетарные за-
цепления.
В зависимости от назначения редукторные передачи можно
подразделить на три группы:
— изменяющие величину (трансформация) крутящего момен-
та, передаваемого от двигателя к движителю, путем редуци-
рования частоты вращения;
— суммирующие энергию нескольких двигателей с одновре-
менной трансформацией крутящего момента;
— изменяющие направление вращения гребного вала (без ре-
верса главного двигателя) с одновременным редуцировани-
ем частоты вращения и возможным суммированием мощ-
ности не более чем от двух двигателей.
С помощью редуктора на судах осуществляется как привод
одного гребного винта от нескольких двигателей, так и привод
4.7. Преимущества и недостатки различных типов передач 179
12*
двух винтов от одного двигателя (разделительный редуктор) а так-
же привод различных вспомогательных механизмов (валогенера-
торов, насосов и т.п.).
Одно-, двух-, трех- и четырехмашинные дизель-редукторные
установки одно- и двухвалъного исполнения могут отличаться на-
личием отдельно установленного или встроенного в редуктор
упорного подшипника, а также конструкцией встроенных или от-
дельно установленных соединительно-разобщительных муфт (же-
сткого, фрикционного, шинно-пневматического, гидродинами-
ческого или электромагнитного типов).
Преимуществами дизель-редукторных установок с СОД явля-
ются:
• возможность оптимизации частоты вращения гребного
винта путем соответствующего подбора передаточного от-
ношения редукторной передачи;
• меньшие массы и габариты, особенно по высоте (см. рис.
4.35);
• более низкая начальная стоимость;
• возможность создания многомашинных агрегатов, что
обеспечивает резервирование и экономичную работу ГД;
• возможность создания установок в широком диапазоне
мощностей на базе ограниченного количества типоразме-
ров дизелей;
• облегчение проведения ремонтных работ и возможность аг-
регатного ремонта ГД на специальных заводах;
• возможность и простота привода электрогенераторов и
вспомогательных механизмов от ГД, что способствует по-
вышению экономичности в целом;
• повышение живучести установки при выходе из строя од-
ного из двух или нескольких двигателей;
• обеспечение хорошей маневренности судна;
• возможность предохранения дизелей от ударов со стороны
винта и возможных крутильных колебаний;
• более высокая температура отработавших газов (примерно
на 80°С выше, чем у МОД), что обеспечивает более эффек-
тивную утилизацию тепла.
Хотя ДРУ с СОД имеют многочисленные преимущества, они
не лишены и недостатков: увеличенный в 1,5—2,5 раза расход мас-
ла, повышенный уровень шума, большая трудоемкость обслу-
живания вследствие сокращения межремонтных сроков и увели-
чения числа цилиндров; так, трудозатраты на СОД составляют
0,15-0,2 чел.-ч/(кВттод) против 0,075-0,115 чел.-ч/(кВт*год)
У МОД.
180 Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок I
Кроме того, механическая передача, включающая в себя редук-
к»р, упругие и соединительно-разобщительные муфты, более слож-
ил, чем прямая передача, и имеет более высокие потери энергии.
В сочетании с дизель-редукторными передачами преимуще-
» гвенно используются четырехтактные среднеоборотные дизели
цилиндровой мощностью 100—1400 кВт. В установке с ВФШ при-
меняются главные реверсивные дизели. В обычных условиях ма-
неврирование осуществляется поочередным подключением муфт
1>и зелей, в экстренных случаях — непосредственно двигателями
при включенных муфтах.
Менее распространены дизель-редукгорные установки с быс-
t походными нереверсивными двигателями мощностью до 2200
нВт. В таких установках направление вращения гребного винта
к <меняют при помощи реверс-редуктора с дистанционным управ-
лением.
4.7.3. Преимущества и недостатки гидравлических
и электрических передач
Гидропередачи. Применение гидромуфт в судовых дизельных
установках обеспечивает:
• высокие ресурс и надежность;
• включение и выключение при малых частотах вращения
дизеля и валопровода;
• расширенный допуск на центровку дизеля и редуктора (ва-
лопровода);
• снижение напряжения от крутильных колебаний, защита
дизеля от поломок при ударах лопастей винта о лед;
• повышенная маневренность ЭУ.
Недостатками гидромуфты являются снижение КПД ЭУ на 2-
М при увеличении ее веса и габаритов и необходимость в дополни-
1сльной масляной системе для заполнения и опорожнения муфты.
Преимуществами гидротрансформаторов являются:
• редуцирование частоты вращения;
• автоматическое изменение передаточного отношения в ши-
роких пределах в зависимости от нагрузки при постоянной
частоте вращения ГД;
• высокие тяговые характеристики;
• исключение перегрузки дизеля и ударных воздействий вин-
та, устранение передачи крутильных колебаний;
• низкий уровень шума передачи;
• высокие маневровые качества, т.е. быстрое реверсирование
и достижение минимальной скорости, а также быстрое от-
ключение ведомого вала от двигателя.
И 7. Преимущества и недостатки различных типов передач 181
В установках с гидропередачами в качестве главных двигате-
лей обычно используют дизели средней и повышенной оборотно-
сти, но преобладают дизели с частотой вращения коленчатого
вала 500—750 мин-1.
Электропередачи. Элекгродвижение — тип передачи мощнос-
ти от первичного двигателя к гребным валам с помощью электри-
ческого тока. Такие установки называются главными электро-
энергетическими. На эксплуатируемых в настоящее время ГЭУ
ледоколов и судов ледового плавания используются гребные элек-
тродвигатели постоянного тока.
Многие достоинства гидротрансформаторов, отмеченные
выше, присущи и электрическим передачам постоянного тока.
Однако гидротрансформаторы имеют меньшую массу, чем элект-
ропередачи.
Возможность использования главных генераторов для пита-
ния других электропотребителей судна еще одно достоинство
электропередач по отношению к гидропередаче.
Важным положительным свойством электропередачи посто-
янного тока является наиболее благоприятное для привода ВФШ
преобразование момента и частоты вращения вала первичных ГД
независимо от их типа. Такая электропередача может саморегули-
роваться по вращающему моменту при изменяющемся сопротив-
лении движению судна. Двигатели постоянного тока обеспечива-
ют увеличение момента при уменьшении частоты вращения
вплоть до полной их остановки с использованием при этом пол-
ной мощности генераторов и первичных ГД.
Электропередачи на постоянном токе имеют высокие манев-
ренные качества, самый быстрый по сравнению с передачами дру-
гих типов реверс, высокие пусковые моменты; полное затормажи-
вание гребного винта (прекращение вращения) при использова-
нии такой передачи осуществляется в течение 5—16 с, а выбег суд-
на при его номинальной начальной скорости обычно не превы-
шает 6—7 длин корпуса. Подобные характеристики наиболее бла-
гоприятны для судов с высокой маневренностью.
Пропульсивные установки с электропередачами постоянного
тока управляются легко и просто. Реверс и управление ГЭД про-
изводятся путем управления системой возбуждения генераторов,
в которой используются токи сравнительно небольшой силы. Это
важное преимущество передач постоянного тока, позволяющее
создать гибкую систему дистанционного управления.
В электропередаче постоянного тока потери на 5—6% больше,
чем в электропередаче переменного тока. У машин переменного
тока отсутствуют коллекторы, что значительно уменьшает их мас-
182
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
су: при одинаковой быстроходности разница в массе составляет
примерно 40—50%, строительная стоимость передачи постоянно-
го тока в среднем на 40—60% выше, а габариты и масса распреде-
лительных устройств на 20—30% меньше.
Передачи двойного тока (трехфазные генераторы, полупровод-
никовые выпрямители, электродвигатели постоянного тока) соче-
тают преимущества установок постоянного и переменного тока:
высокую маневренность и хорошую тяговую характеристику, при-
сущие передачам постоянного тока, и высокие технико-экономи-
ческие показатели — КПД, массу, габариты, надежность, — харак-
терные для синхронных машин переменного тока.
Обобщая изложенное, можно сформулировать следующие
। [ реимущества электропередачи:
• использование нереверсивных дизелей;
• полная независимость числа первичных дизелей от числа
винтов и возможность работы любых главных ДГ на любой
винт;
• способность к саморегулированию по крутящему моменту
при изменяющемся сопротивлении движению судна;
• удобство осуществления парциальной работы в многома-
шинных установках, что повышает экономичность на ма-
лых и средних ходах судна;
• использование ГД для удовлетворения всех нужд судна в
электроэнергии;
• простота системы автоматического и дистанционного уп-
равления ГД;
• удобство компоновки механизмов и общее уменьшение раз-
меров машинного отделения при размещении агрегатов в
два яруса.
Электропередачам свойственны и недостатки: сравнительно
низкий КПД (произведение КПД генератора, электросети и дви-
гателя; 0,84—0,88 для постоянного тока и 0,88-0,93 для перемен-
ного); значительные массы (для передач постоянного тока в 1,5
раза большие, чем для переменного), увеличенные габариты и
значительная стоимость электродвигателей и генераторов; мень-
шая надежность машин постоянного тока по сравнению с маши-
нами переменного тока; прямая зависимость в передачах пере-
менного тока частоты вращения ГЭД от частоты вращения пер-
вичных двигателей; уменьшение частоты вращения ГЭД приво-
дит при этом к уменьшению мощности, развиваемой ПУ; повы-
шенные эксплуатационные расходы вследствие увеличения чис-
ленности обслуживающего персонала и увеличения затрат на ре-
монт, высокая строительная стоимость.
4.7. Преимущества и недостатки различных типов передач
183
В установках с электродвижением характерно применение
СОД с частотой вращения коленчатого вала 750—1200 мин-1, ци-
линдровой мощностью 100—800 кВт. На небольших судах привод
главных генераторов осуществляет ВОД частотой вращения 1500
мин-1 и выше.
4.8. Влияние типа судна на выбор дизельной СЭУ
Судовая энергетическая установка является составной частью
судна, и поэтому тип судна и его параметры оказывают влияние
на состав и параметры СЭУ. Это влияние определяется требова-
ниями к СЭУ различных судов, составом и параметрами потреби-
телей энергии, режимами и условиями эксплуатации судов.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к СЭУ, тип
судна определяет число ГД и движителей, место расположения
СЭУ, нагрузку СЭС, вспомогательной котельной и водоопресни-
тельной установок, наличие вспомогательных механизмов и сис-
тем специального назначения.
Дизельные энергетические установки получили широкое рас-
пространение на судах различного назначения вследствие ряда
преимуществ: возможности получения большого диапазона агре-
гатных мощностей на базе стандартизации типоразмеров; доступ-
ности использования различных типов передач; высокой топлив-
ной экономичности; относительной простоты автоматизации уп-
равления. Тенденция увеличения доли ДУ наметилась с начала
энергетического кризиса (середина 70-х годов прошлого века) и
особенно стала заметной в последние годы, когда ДУ практически
вытеснили все остальные типы ЭУ на морском и речном флоте.
Дизельные установки отличаются разнообразием технических
характеристик и конструктивных схем. Применение того или ино-
го типа ДУ зависит от типа судна, его назначения, характерных
условий эксплуатации, специфических требований к погрузке и
выгрузке и др.
Рассмотрим характерные особенности применения ДУ на су-
дах различных типов.
В табл. 4.1 приведены основные параметры СЭУ судов различ-
ных типов. Как видно, диапазон параметров СЭУ для всех типов
судов достаточно широкий и доминирующим типом СЭУ являет-
ся ДУ.
Основные параметры СЭУ различных судов
Суда Диапазон мощности ГД, МВт Относи- тельная мощность СЭС — Число движителей СЭУ ГД
1 анкеры 0,8-25 0,17-0,26 1, 2 ПТУ, ду пт, мод,
Сухогрузы 0,6-18 0,25-0,32 0,13-0,15 1, 2 1, 2 ДУ ДУ, ПТУ сод
Балкеры и комбини- 10,0-22 мод пт, мод
ро ванные Контейне- ровозы 1,2-55 0,19-0,21 1, 2 ДУ, ПТУ сод,
1 азовозы Накатные Пассажире- 12,0-18 5,0—20 1,3-18 0,22-0,27 0,18—0,29 0,25-0,7 1, 2 1, 2 Э Л пту, ду ДУ, ГТУ мод, пт пт, мод сод, ГТ
кие ду сод, мод
Паромы Лихтерово- 0,6-15 4,0-30 0,22-0,45 0,1-0,2 2-4 ду сод
1Ь[ 2 ДУ, ЯПТУ мод,
Рыбообра- 1,5-12 0,6-0,8 1, 2 ДУ сод, пт
батываю- щие мод, сод
Транспорт- ные рефри- 1,0-15 0,3-0,4 1, 2 ДУ мод, сод
жераторы Рыбопро- мысловые 0,6-8 0,5-0,75 1, 2 ду мод,
Ледоколы Буксиры 8-30 0,6-14 0,08—0,11 0,12-0,16 0,3-0,4 2-4 1, 2 ДУ, ЯПТУ СОД, вод сод, пт
Техничес- 2-10 ДУ сод
кого флота 2, 2 ду сод, вод
Специаль- ные 1,1-5 0,11-0,6 1, 2 ду сод, мод, вод
4.8.1. Дизельные энергетические
транспортного флота
установки судов
Рассмотрим характерные особенности
судах различных типов.
применения ДЭУ на
Танкеры относятся к числу наиболее распространенных cvn™
морского транспортного флота. На них приме^ются ™дизель!
ные, так и паротурбинные ЭУ, преимущественно одновмьные
мешТния1е^СТаНОТ устанавливают на танкерах любого водоиз-
40 тыс т ’ арогурбинные~на танкерах водоизмещением более
184
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
4.8. Влияние типа судна на выбор дизельной СЭУ
185
Особенностью танкеров является наличие крупных потреби-
телей электрической или механической энергии — грузовых насо-
сов большой мощности, время работы которых в течение рейса
(во время разгрузки танкеров) ограничено. На судах, перевозящих
сырую нефть и мазут, расходуется большое количество тепловой
энергии для подогрева груза перед его выгрузкой, и поэтому их
оборудуют крупными вспомогательными котельными установка-
ми для производства преимущественно насыщенного пара.
Привод грузовых насосов на танкерах может осуществляться
от автономных паровых турбин, питающихся паром от вспомога-
тельных котельных установок или от электродвигателей. В после-
днем случае установленная мощность ДГ увеличивается, что при-
водит к снижению их загрузки в ходовом режиме.
На морских танкерах применяются в основном одновальные
ДУ с МОД и прямой передачей. Характерные условия эксплуата-
ции танкеров ~ большая доля ходового времени — позволяют
максимально использовать преимущества ДУ с прямой передачей.
Состав СЭС на танкерах среднего и большого водоизмещения
отличается стабильностью: три-четыре ДГ мощностью 400—600
кВт и один УГГ мощностью 400—900 кВт. При этом относитель-
ная мощность СЭС колеблется от 0,185 до 0,253.
Энергетические установки на танкерах располагаются в кор-
мовой части. Газовыпускные системы и дымоходы должны быть
оборудованы искрогасителями.
У подавляющего большинства заказанных танкеров дедвейт до
80 тыс. т, а у судов, предназначенных для перевозки нефти в Япо-
нию и Америку, — 250-300 тыс. т. Конструкция танкеров такова,
что нет особых ограничений в размерах МО, поэтому большин-
ство танкеров оборудуются МОД, мощность которых не превы-
шает 13—15 МВт.
На речных танкерах чаще применяются двухвальные ДУ, что
объясняется ограничениями по предельной осадке и требования-
ми к повышенной маневренности. В качестве ГД используются
СОД мощностью 800—1200 кВт, работающие напрямую или через
редуктор на ВФШ. Судовая электростанция комплектуется с уче-
том необходимости обеспечения электроэнергией мощных грузо-
вых насосов и, как правило, включает ДГ. На ходовом режиме
применяются вал ©генераторы. Для этих судов характерно отсут-
ствие УК. Паром судно обеспечивает один вспомогательный ко-
тел небольшой паропроизводительности, так как расходы пара на
речных судах весьма ограничены.
На нефтенавалочных судах применяются ЭУ, аналогичные ус-
тановкам морских танкеров как по размещению их по длине суд-
186
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
на, так и по комплектации ГД и ВД. На этих судах относительная
мощность СЭС снижается до 0,145. Это можно объяснить увели-
чением мощности ГД для создания повышенной скорости при
относительно большом водоизмещении.
Газовозы предназначены для перевозки различных газов в
ожиженном или сжатом состоянии и в зависимости от вида пере-
возимых грузов делятся на метановозы, аммиаковозы и суда для
перевозки ожиженных нефтяных газов. На аммиаковозах и судах
иля перевозки нефтяных газов используются установки для по-
нторного ожижения испаряющихся газов, и поэтому их СЭУ ра-
Гютают на жидком нефтяном топливе. Преимущественное распро-
странение на этих судах получили ДУ с МОД.
На метановозах установки повторного ожижения испаряющего-
ся при транспортировке газа, как правило, не применяются и в каче-
стве топлива используется испаряющийся в грузовых танках метан.
11а метановозах применяют ДУ, оборудованные так называемыми
лподизелями, в которых в дополнение к газообразному сжигается в
качестве запального жидкое топливо (5—10% общего количества).
На специализированных судах-газовозах, предназначенных
иля перевозки ожиженных нефтяных газов и аммиака, применя-
с тся типичная для танкеров ЭУ одновальная ДУ кормового распо-
ложения с МОД.
Для газовозов характерны большие установочные мощности
( ЭС, достигающие на крупных судах 2-4 МВт, или 10-20% мощ-
ности ГД. Это объясняется наличием дополнительных крупных
потребителей энергии: газовых компрессоров, установок повтор-
ною ожижения газа, установок инертных газов, механизмов до-
полнительной системы вентиляции газоопасных помещений.
Сухогрузы (суда для перевозки генеральных грузов) имеют ши-
рокую область применения, разнообразные конструктивные и ар-
хитектурные формы. На этих судах используются в основном
ДЭУ, преимущественно одновальные. Номенклатура потребите-
лей всех видов энергии минимальная по сравнению со всеми дру-
1ими типами судов, что определяет их минимальные относитель-
ную мощность СЭС и производительность вспомогательных ко-
кильных установок. По сравнению с танкерами годовая продол-
жительность ходового времени универсальных сухогрузных судов
меньшая, а продолжительность стоянок без грузовых операций
Сюлыиая, что повышает себестоимость производства всех видов
•пергии (механической, электрической, тепловой) и срок окупае-
мости утилизационных установок.
Универсальные сухогрузы — один из наиболее распространен-
ных типов судов, широко используемых как в линейных, так и в
•I X. Влияние типа судна на выбор дизельной СЭУ
187
трамповых перевозках. Мощность их ГД не превышает 12-13
МВт, а ограничение габаритов МО отсутствует. Поэтому практи-
чески все морские универсальные сухогрузы оснащаются МОД.
Все изложенное о сухогрузах относится и к лесовозам, .с той лишь
разницей, что верхние значения их дедвейта и мощности ГД не-
сколько ниже.
Если на многоцелевых универсальных сухогрузах небольшого
дедвейта (до 5000 т) применены двухвальные ДУ с СОД, то на ана-
логичных судах дедвейтом до 20 тыс. т использована одновальная
ДУ с МОД. Для этого класса судов характерно кормовое располо-
жение МО, наличие мощного кранового хозяйства и тяжеловес-
ных стрел с электроприводом. Все это вызывает увеличение отно-
сительной мощности СЭС до 0,27—0,31.
Балкеры предназначены для перевозки сыпучих грузов (угля,
руды и пр.) и характеризуются по сравнению с сухогрузными су-
дами повышенной долей ходового времени, что приближает эти
суда к танкерам. Балкеры оборудуют в основном ДУ с МОД.
На балкерах применяется типичная для танкеров ДУ с МОД
схема кормового расположения. Поскольку на этих судах грузо-
вые средства отсутствуют, относительная мощность СЭС умень-
шена до 0,16.
Большим разнообразием типов ДУ отличаются сухогрузные
суда с горизонтальным способом погрузки. На судах сравнитель-
но небольшого дедвейта (до 5500 т) применяется одновальная ДУ
с МОД, на крупных судах дедвейтом до 22 тыс. т — одновальная
двухмашинная ДУ с СОД. Для этих судов характерно большое ко-
личество разнообразных погрузчиков с электроприводом, что вы-
зывает увеличение относительной мощности СЭС до 0,25—0,28.
На речных судах и судах смешанного плавания отечественной
и зарубежной постройки типы ДУ ограничены. Здесь, как прави-
ло, применяются двухвальные ДУ кормового расположения с
СОД. На этих судах относительная мощность СЭС невелика (око-
ло 0,11-0,13), поскольку все грузовые операции выполняются не
судовыми средствами.
Потребность в электроэнергии в ходовом режиме обеспечива-
ется одним или двумя валогенераторами потребность в паре —
одним вспомогательным котлом небольшой производительности.
Утилизационные котлы начали устанавливать лишь на судах но-
вой постройки.
Контейнеровозы по сравнению с другими судами характеризу-
ются повышенными скоростями и мощностями СЭУ. На этих су-
дах применяют дизельные ЭУ одно- и двухвальные. В связи с осо-
бенностью эксплуатации контейнеровозов (регулярность рейсов
188
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
и высокая стоимость грузов) к СЭУ этих судов предъявляется тре-
бование повышенной надежности. Дизельные установки контей-
неровозов оборудуют МОД и СОД.
Контейнеровозы по своим характеристикам можно разделить
ни две основные группы: линейные, работающие по строгому гра-
фику и обслуживающие определенные установившиеся линии, и
фидерные. Мощность линейных контейнеровозов достигает 23—
24 МВт, а скорость — до 25 уз. В перспективе возможен рост ско-
ростей и мощностей. Суда этого типа оборудуются МОД с диамет-
рами цилиндра до 900 мм. Фидерные контейнеровозы с ЭУ мощ-
ностью до 2,5 МВт также могут быть оборудованы МОД, так как у
них нет каких-либо особых ограничений в габаритах МО. На су-
дах небольшого тоннажа не исключается применение СОД.
Ориентировочное распределение дизельных установок раз-
ним ных типов по основным типам судов перспективной построй-
ки приведено в табл. 4.2.
Лихтеровозы также оборудуют разнообразными типами СЭУ.
Для СЭУ лихтеровозов характерны высокие мощности ГД, боль-
шая продолжительность ходового времени, ограниченное число
общесудовых потребителей энергии.
На лихтеровозах типа «Алексей Косыгин» применена двух-
аал ьная ДУ с МОД кормового расположения. Суда этого типа от-
Таблица. 4.2
Типы и мощности ЭУ для различных судов
Тип судна Мощность МВт, и тип главных двигателей
1-5 6-10 11-20 21-30 > 30
Контейне- сод/мод МОД мод мод мод
ровоз
Ролкер сод СОД/МОД мод мод
Лихтеровоз СОД сод/мод сод/мод мод —
1 анкер мод мод мод мод мод
Ьалкер мод мод мод мод —
Иесовоз сод/мод мод мод — —
Универ- сод/мод мод мод — —
сальный
сухогруз
Транспорт- ДРУ/МОД ДРУ/МОД ДРУ/ДЭУ ДЭУ —
ное судно
медового
плавания
Пассажире- ДРУ ДРУ ДЭУ ДЭУ ДЭУ
кое судно
Ледокол ДРУ ДРУ/ДЭУ ДЭУ ДЭУ ДЭУ
-1.8. Влияние типа судна на выбор дизельной СЭУ
189
личаются повышенной скоростью (до 18—19 уз) и небольшой от-
носительной мощностью СЭС (0,11—0,12). На фидерных лихтеро-
возах используются двухвальные ДУ с СОД промежуточного рас-
положения со смещением в корму. При этом относительная мощ-
ность СЭС составляет 0,14—0,16. Особый интерес представляет
ГЭУ лихтеровозов типа «Матрос Железняк», в которой на каждый
винт работает пара СОД разной мощности. Двигатель большей
мощности V-образный 12-цилиндровый, а меньшей мощности —
рядный 6-цилиндровый. Двигатель меньшей мощности может ра-
ботать на генератор переменного тока.
На лихтеровозах используют как СОД, так и МОД. Так, на
«Юлиусе Фучике» установлены СОД суммарной мощностью
26 МВт, а на «Алексее Косыгине» — МОД суммарной мощностью
24,5 МВт. Возможность использования того или иного типа дви-
гателя во многом определяется конструкцией корпуса судна и его
грузовыми устройствами. При прочих равных условиях предпоч-
тение следует отдавать МОД. Фидерные лихтеровозы, перевозя-
щие малое число лихтеров, оборудуются только СОД.
Накатные суда (ролкеры) предназначены для перевозки колес-
ной техники и трейлеров. Эти суда имеют такую же скорость, как
и контейнеровозы, и поэтому их СЭУ близки по составу и пара-
метрам к СЭУ контейнеровозов. На накатных судах имеются до-
полнительные крупные потребители электроэнергии (вентилято-
ры для вентиляции грузовых трюмов, компрессоры для заполне-
ния пневматических буферных баллонов), однако число грузо-
подъемных механизмов невелико, поэтому в целом мощность
СЭС не превышает СЭС контейнеровозов. Энергетические уста-
новки ролкеров должны иметь ограниченную высоту для разме-
щения их под палубой.
В первые годы строительства ролкеров на них устанавливали
только СОД, так как МО этих судов ограничено по высоте сплош-
ной палубой и пандусами для перемещения колесной техники. По
мере роста грузоподъемности судов, увеличения размеров МО и
улучшения характеристик МОД оказалось возможным их приме-
нение на ролкерах. Это улучшило эксплуатационные характерис-
тики судов вследствие уменьшения затрат на топливо, масло и
техническое обслуживание. Ролкеры мощностью до 7-8 МВт про-
должают строить с СОД, так как на этих судах ограничение высо-
ты МО играет решающую роль.
Ледоколы оборудуют дизельными установками с электричес-
кой или гидромеханической передачами. Главные двигатели ле-
доколов должны иметь большую мощность и выдерживать много-
кратные перегрузочные режимы. Основные требования к СЭУ ле-
190
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
поколов — высокая маневренность и надежность. Этим требова-
ниям в наибольшей степени удовлетворяют установки с электри-
ческой передачей. Энергетические установки ледоколов размеща-
ют в средней части судна (число гребных валов должно быть не
менее двух), и они имеют в своем составе мощные СЭС с доста-
точным резервированием электрогенераторов.
Суда арктического плавания образуют специфичную группу,
куда входят сухогрузы автономного плавания, суда-снабженцы и
нсдоколы. При умеренной ледопроходимости и плавании за ледо-
колом могут использоваться дизель-редукторные установки с
< ()Д, а также МОД. Если же судно предназначено для автономно-
ю fiдавания в тяжелых ледовых условиях, то применяется дизель-
ысктрическая установка на переменном токе. Это относится к
гудам-снабженцам и ледоколам. Все дизель-редукторные и ди-
кль-электрические установки оборудованы СОД.
На аналогичных по назначению ледокольно-транспортных су-
пах типа «Норильск» установлена одновальная ДУ с СОД с отно-
сительной мощностью СЭС до 0,204. Особенностью этих судов
является наличие в составе ГЭУ гидродинамических муфт для
смягчения ударов при плавании во льдах, а в составе вспомога-
пч||,ной ЭУ—двух двигателей, аналогичных двигателям ДГ, рабо-
И1ЮЩИХ на компрессоры пневмообмывочного устройства.
Пассажирские суда оборудуют СЭУ, которые по составу и па-
раметрам значительно отличаются от СЭУ других судов. Для них
•ырактерны большие мощности ГД и СЭС, среднее расположение
* ' )У, повышенные требования к надежности и шумности двига-
1елей и механизмов. Установки пассажирских судов выполняют
многовальными (2—4 гребных винта); установленная мощность
< )С достигает 20—25% мощности ГД; в состав СЭУ включают
НОУ большой производительности (до 250 т/ сут.).
Пассажирские суда оборудуют, как правило, дизель-редуктор-
и ими или дизель-электрическими установками в многомашин-
ном исполнении. В дизель-электрических установках весьма ра-
ционально создание единой электростанции, обеспечивающей
снижение судна и его собственные потребности в электроэнергии,
которые сопоставимы по мощности.
Для ЭУ пассажирских судов характерна большая энерговоору-
женность для создания запаса мощности (чтобы выдерживать рас-
писание). Наличие нескольких двигателей дает возможность из-
менять потребную мощность, что особенно важно для круизных
гудов.
На пассажирских судах, морских и речных, используется
инолне определенный тип ЭУ — двух- или трехвальная многома-
4 к Влияние типа судна на выбор дизельной СЭУ
191
шинная ДУ с СОД среднего или смещенного в корму расположе-
ния. Так, на морском пассажирском судне типа «Георг Отс» уста-
новлена двухвальная ДУ, расположенная в средней части судна.
В качестве ГД применены четыре СОД, которые попарно через
суммирующие редукторы работают на свои ВРШ. На речных пас-
сажирских судах типа «Октябрьская революция» применена трех-
вальная ДУ с СОД промежуточного расположения. Многоваль-
ность на этих судах вызвана повышенными требованиями к ма-
невренности и живучести, а также ограниченностью диаметра
гребных винтов. Среднее расположение МО выбрано в связи с
необходимостью вписать в общую архитектуру жилых и служеб-
ных помещений шахту МО и дымовую трубу. Поскольку на пасса-
жирских судах имеется большое количество специального обору-
дования с целью создания комфортных условий для пассажиров,
относительная мощность СЭС возрастает до 0,392 (суда типа «Ге-
орг Отс») и даже до 0,68 (суда типа «Максим Горький»). С этим
связано наличие развитой котельной установки: кроме УК, кото-
рыми снабжен каждый ГД, имеются как правило, два или три
вспомогательных котла.
Паромы укомплектовывают СЭУ дизельными с механической
или электрической передачей. Основное требование к СЭУ таких
судов — высокая маневренность, что достигается установкой
средне- или высокооборотных ДВС, электрических передач, уве-
личением числа гребных винтов, применением подруливающих
устройств. На паромах используются разнообразные варианты
расположения СЭУ, в том числе комбинация носового и кормо-
вого расположения. Автономность плавания большинства паро-
мов небольшая, и вследствие этого запасы топлива, воды и масла
на них ограниченные.
Комплектация ЭУ паромов разнообразна. Так, на железнодо-
рожных и автомобильно-пассажирских паромах типа «Узбекис-
тан», предназначенных для Каспийского моря, применена двух-
вальная ДУ с МОД кормового расположения. В то же время на ав-
томобильно-пассажирских паромах типа «Белоруссия» использова-
на двухвальная ДУ кормового расположения с СОД, что вызвано
необходимостью прокладки железнодорожных путей или проезда
для автомобилей. Поскольку паромы типа «Узбекистан» в основ-
ном предназначены для перевозки железнодорожных вагонов, они
оборудованы ограниченным числом подъемников и, следователь-
но, относительная мощность их СЭС невелика (до 0,238). На авто-
мобильных паромах требуются грузоподъемные устройства для пе-
ремещения автомобилей по различным палубам, поэтому относи-
тельная нагрузка их СЭС может возрастать до 0,35—0,42.
192
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Буксиры оборудуют преимущественно ДУ с СОД и ВОД. Основ-
ными свойствами СЭУ этйх судов являются высокая удельная мощ-
ность ГД, наличие двух основных режимов работы, а также высокие
маневренность и надежность. Мощность СЭС на таких судах срав-
нительно невелика (за исключением буксиров-спасателей, у кото-
рых мощность СЭС увеличивается за счет потребления электроэнер-
гии водоотливными и пожарными насосами). На буксирах не при-
меняются ВОУ ввиду ограниченной автономности этих судов.
4.8.2. Энергетические установки судов промыслового
и технического флота
Рыбопромысловые суда укомплектовывают только ДУ с МОД и
( ОД. Энергетические установки этих судов имеют в своем соста-
не развитые СЭС, мощность которых часто сопоставима с мощно-
стью ГД. На этих судах часто устанавливают валогенераторы,
вспомогательные котлы и ВОУ большой производительности,
крупные грузоподъемные механизмы (траловые лебедки). Харак-
терны также применение ВРШ, большая номенклатура потреби-
телей электрической и тепловой энергии (оборудование для обра-
ботки рыбопродукции), разнообразие режимов работы ГД и СЭС.
На судах промыслового флота применяются разнообразные
ДУ с прямой, дизель-редукторной и дизель-электрической пере-
дачами. Преимущественное распространение получили одноваль-
ные установки, так как двухвальные и тем более трехвальные ухуд-
шают пропульсивные качества судна. К тому же при их примене-
нии увеличивается ширина МО, что приводит к большим потерям
полезного объема трюмов. Расположение МО по длине судна
чаще всего среднее, что объясняется наличием кормового слива
для подъема трала.
Малые, средние и большие траулеры, а также промысловые
транспортные рефрижераторы, например типа «Берингов про-
лив», укомплектовывают установками с прямой передачей. Сна-
чала в таких установках применяли ВФШ, а затем начали широко
использовать ВРШ. ВРШ устанавливают на средних и больших
траулерах, промысловых и транспортных рефрижераторах. Прак-
тически весь промысловый флот пополняется только судами с
ВРШ. Установки с прямой передачей могут быть оборудованы ва-
логенератором для отбора мощности. Применяют также установ-
ки с обратимой электромашиной на валопроводе, например на
СРТ типа «Ленинская кузница». На переходах она работает в ре-
жиме электродвигателя, получая энергию от вспомогательных ДГ,
и на промысле — в режиме генератора, обеспечивая работу трало-
вой лебедки или других потребителей.
4.8. Влияние типа судна на выбор дизельной СЭУ 193
13 СЭУ с две
В установках промысловых судов с дизель-редукторной пере-
дачей редуктор служит не только для понижения частоты враще-
ния гребного винта, но и для простоты и удобства отбора мощно-
сти, а также для возможности привода гребного винта от несколь-
ких двигателей. Это позволяет повысить экономичность работы
ДУ на частичных режимах, характерных для судов промыслового
флота. Чаще всего применяют двухмашинные ДУ, например на
БМРТ типов «Пулковский меридиан» и «Горизонт».
Первоначально считалась перспективной двухмашинная ДРУ
с дизелями одной размерности, но разной мощности. В настоя-
щее время наиболее распространены двухмашинные ДРУ с двига-
телями одинаковой мощности.
В некоторых ДЭУ гребная электрическая установка и СЭС ав-
тономны. В этом случае ДГ гребной установки вырабатывают по-
стоянный ток, а электростанции — переменный. На этом принци-
пе были основаны установки производственных рефрижераторов.
Наиболее полно преимущества ДЭУ используются в установ-
ках с единой электроэнергетической системой, где ДГ не делятся
на главные и вспомогательные, а вырабатываемая ими энергия в
зависимости от режима эксплуатации судна распределяется меж-
ду гребной электрической установкой и другими потребителями
(например, на траулерах типов «Север» и «Наталья Ковшова»).
В связи с наличием на судах промыслового флота большого
количества специального технологического оборудования отно-
сительная мощность их СЭС возрастает до 0,6—0,75.
Следует отметить, что УК не нашли применения на траулерах,
поскольку использование теплоты отработавших газов для полу-
чения пара нужных параметров сопряжено с трудностями из-за
постоянно меняющихся режимов работы ГД на промысле. В каче-
стве вспомогательных на траулерах обычно служат водотрубные
котлы с автоматизированным режимом питания и горения, а так-
же огнетрубные. Производительность котлов зависит от типа суд-
на и состава потребителей пара и составляет от 300 (СРТ «Океан»)
до 4500 кг/ч (ППР «Рембрандт»). Рабочее давление пара относи-
тельно невелико (0,3—1,2 МПа).
Рыбообрабатывающие базы и транспортные рефрижераторы
оборудованы преимущественно ДУ. Для этих типов судов харак-
терна большая мощность СЭС, значительная часть которой ис-
пользуется для привода механизмов холодильных установок. На
рыбообрабатывающих судах большая часть топлива расходуется
для получения водяного пара, используемого на технологические
нужды, и пресной воды, и поэтому в состав СЭУ этих судов вклю-
чают крупные вспомогательные котлы и ВОУ. Для транспортных
194
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
рефрижераторов характерны высокая скорость до 21—23 уз и соот-
ветственно наибольшее значение энерговооруженности. На судах
кого типа широко применяются МОД.
Большую группу составляют суда технического флота (земсна-
ряды, землесосы и землечерпалки, плавучие краны, трубоуклад-
чики, плавучие мастерские и электростанции) и специальные суда
(научно-исследовательские, учебные, плавучие краны). Научно-
исследовательские, гидрографические, учебные суда оборудуют
( ЭУ, которые по составу и параметрам близки к СЭУ рыбопро-
мысловых судов. Плавучие краны, мастерские, электростанции не
имеют в своем составе ГД. На них устанавливают ДГ и ГТГ раз-
ничных типов, вспомогательные и утилизационные котлы.
В качестве СЭУ землесосов и землечерпалок в основном ис-
пользуются ДЭУ, которые позволяют обеспечить эффективный
привод движителей и землеуглубительных механизмов (грунтовых
насосов и черпаковых барабанов).
Наиболее сложными и развитыми СЭУ оборудованы геолого-
разведочные, буровые суда и суда для добычи полезных ископаемых —
плавучие предприятия, вырабатывающие и потребляющие боль-
шое количество энергии: механической, электрической, тепло-
вой, сжатого воздуха. Мощность СЭС на них может значительно
превышать мощность ГД. На этих судах применяется много уни-
кального оборудования — для удержания судна на месте, для
подъема и опускания бурильных труб, драг и тралов, для приго-
ювления бурильных растворов и т.п.
На большинстве судов котельная установка состоит из одного
in регата, по два котла установлено лишь на БМРТ отечественной
постройки и консервных траулерах.
На судах технического флота МОД практически не применя-
ются, что объясняется повышенными требованиями к массогаба-
ритным показателям ЭУ. Выбрать тип ГЭУ для таких судов быва-
ет затруднительно, поскольку мощность технических средств
(грунтовых или пожарных насосов, подъемных кранов) нередко
становится соизмеримой с мощностью, необходимой для обеспе-
чения движения судна. Поэтому тип ЭУ следует выбирать с уче-
том применяемых технических средств. Так, на землесосах типа
»Гогланд», предназначенных для дноуглубительных работ на пес-
чаных и илистых грунтах, установлена двухвальная ДУ с СОД.
При этом ГД могут передавать мощность либо через редукторы на
>ребные винты, либо через мультипликаторы на главные генера-
юры, которые обеспечивают электроэнергией насосы гидрораз-
мыва и грунтовые насосы.
I.T
4.К. Влияние типа судна на выбор дизельной СЭУ 195
Для обеспечения электроэнергией общесудовых потребителей
на судне имеется вспомогательная электростанция с относитель-
ной мощностью 0,325.
Часто на судах технического флота для технических средств
используется не электропривод, а дизельный привод. Это застав-
ляет предъявлять совсем иные требования к комплектации ДУ, а
также вызывает перераспределение мощности между ГЭУ, СЭС и
установкой для привода технических средств.
Так, на пожарных судах типа «Дибрар» СЭУ выбрана с учетом
обеспечения двух скоростей — экономической, с которой судно
патрулирует в заданном районе, и максимальной, с которой судно
подходит к очагу пожара. В качестве ГЭУ применена двухвальная
ДУ с СОД. Наличие ВРШ, а также характер нижней ограничитель-
ной характеристики ГД, позволяющий получать устойчивую рабо-
ту дизеля при малой нагрузке, дают судну возможность длительное
время двигаться со скоростью 1—2 уз. для маневрирования при ту-
шении пожара. Для привода четырех пожарных насосов использу-
ются ВОД, относительная мощность которых составляет 0,435. В то
же время относительная мощность СЭС всего лишь 0,135.
196
Глава 4. Состав судовых дизельных энергетических установок
Глава 5
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РЕЖИМЫ ГЛАВНОГО
ДВИГАТЕЛЯ
Главные и вспомогательные двигатели судна работают в усло-
ииях практически непрерывного изменения нагрузки. Совокуп-
ность показателей, характеризующих работу двигателя при опре-
деленных нагрузке и внешних условиях, называется режимом.
К основным показателям работы двигателя относятся: частота вра-
щения вала п, мин-1; крутящий момент на валу Мк, кН • м; мощность
/V = Mfeoo, Вт; часовой расход топлива Вч кг/ч, и удельный ge = BJN, или
а; = BJn, кгДкВт • ч), расходы топлива, различные КПД. Кроме пере-
численных, к основным показателям обычно относят ответственные
। юказатели рабочего процесса рассматриваемого двигателя. Обобщен-
ным энергетическим показателем двигателя является его мощность.
Работа ГД отличается большим диапазоном эксплуатацион-
ных нагрузок, что связано с систематическим изменением усло-
вий плавания судна из-за метеорологической обстановки, техни-
ческого состояния судна (обрастания подводных поверхностей
корпуса, состояния винта) и характера выполняемого им задания
(ход в грузу, в балласте, буксировка воза, траление, работа на
швартовых и т.п.). Эти факторы оказывают особенно сильное воз-
действие при работе ГД на ВФШ. При работе на ВРШ их влияние
можно уменьшить, изменяя шаг винта.
Работа главных судовых дизелей протекает в различных усло-
виях и связана со значительными изменениями их показателей:
мощности, экономичности, тепловой и механической напряжен-
ности и др. Совокупность значений этих показателей характери-
|ует режим работы двигателя. Главный двигатель является эле-
ментом всего пропульсивного комплекса, поэтому режим его ра-
боты зависит от типа и условий плавания судна, от конструктив-
ных элементов корпуса, типа движителя и машинной установки,
способа передачи мощности потребителю. Знание режимов рабо-
ты главных двигателей обеспечивает обоснованный выбор отдель-
ных элементов главной энергетической установки.
Все возможные режимы работы главных двигателей обычно
разделяют на установившиеся и неустановившиеся. Первые ха-
рактеризуются постоянством нагрузки, частоты вращения колен-
чатого вала и теплового состояния деталей двигателя, при допус-
197
тимых отклонениях по периодическому закону. Для ^установив-
шихся режимов характерна нестабильность указанных факторов.
Помимо этого, различают нормальные режимы работы, которые
гарантируются заводом-изготовителем и предусматриваются тех-
ническими условиями на поставку (имеются в виду одновремен-
ная и парциальная работа двигателей на гребной вал, режим тра-
ления, буксировки и пр.), и неспецификационные режимы (на-
пример, работа при значительном обрастании корпуса, сильном
волнении и ветре, на мелководье, при крене, дифференте, на не-
стандартных сортах топлива, масла, в аварийных режимах). Рабо-
та на неспецификационных режимах допустима с определенными
ограничениями. В ряде случаев такие ограничения предусматри-
ваются и для работы на нормальных режимах.
На установившихся режимах главные дизели работают при по-
стоянных малых, средних и полных ходах судна вперед и назад, на
перегрузочных режимах, на минимально устойчивых частотах
вращения коленчатого вала.
Неустановившиеся режимы характерны при пуске, остановке
двигателя, трогании судна с места, разгоне, реверсировании, цир-
куляции и др. Каждый из этих режимов возможен при различных
условиях плавания (свободный ход или буксировка, траление,
плавание в нормальных или штормовых условиях, плавание на
глубокой воде или мелководье, на чистой воде или в ледовых ус-
ловиях, в грузу или в балласте и пр.).
Изменение режимов может происходить преднамеренно (в
связи с необходимостью изменить скорость, направление движе-
ния судна) или случайно (под влиянием состояния водной повер-
хности, силы и направления ветра и др.).
5.1. Характеристики пропульсивного комплекса
5.1.1. Сопротивление корпуса судна
Главный судовой двигатель, соединенный с гребным винтом
непосредственно через передачу, работает в гидродинамическом
комплексе: двигатель-винт-корпус. Все элементы этого комплек-
са, называемого пропульсивным, или движительным, взаимосвя-
заны. Поэтому от совершенства каждого из элементов и правиль-
ного их сочетания зависят мореходные качества судна и в итоге
его технико-эксплуатационные показатели.
Отдельные элементы пропульсивного комплекса характеризу-
ются в работе следующими основными показателями:
— главный двигатель — крутящим моментом, мощностью, ча-
стотой вращения;
198
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
— передача — моментом, мощностью, частотой вращения ве-
дущего и ведомого валов;
— гребной винт — упором, вращающим моментом, частотой
вращения, скоростью воды, поступающей на лопасти;
— корпус судна — сопротивлением воды и воздуха, скоростью
судна.
Взаимодействие элементов движительного комплекса изуча-
ется путем совместного рассмотрения их характеристик.
Корпус должен иметь такие обводы подводной части, при ко-
торых сопротивление движению судна для заданных условий пла-
вания и эксплуатационного режима будет наименьшим. При этом
для достижения заданной скорости понадобится минимально не-
обходимая для данных размеров судна мощность. Выбор мини-
мально возможной мощности определяет наименьшие показате-
ли расхода топлива, массы и стоимости установки, что позволяет
получить максимальное значение полезной грузоподъемности
судна.
На сопротивление движения судна влияют его скорость, водо-
измещение, форма корпуса и состояние его поверхности. Полное
сопротивление R создается многими источниками, которые мож-
но разделить на три основные группы:
1. Фрикционное сопротивление.
2. Волновое и вихревое сопротивление.
3. Воздушное сопротивление.
Величина фрикционного сопротивления зависит от размера
омываемой водой поверхности корпуса и его обтекаемости. Его
величина увеличивается при загрязнении корпуса, например при
обрастании водорослями, морской травой и рачками.
При движении судна в воде фрикционное сопротивление RF
растет, фактически, пропорционально квадрату скорости судна.
Оно составляет значительную часть сопротивления судна, равную
70-90% полного сопротивления для низкоскоростных судов (бал-
керов и танкеров), а у высокоскоростных (круизных и пассажирс-
ких) оно иногда составляет менее 40%. Фрикционное сопротивле-
ние определяется следующим образом:
Rf=Cf-K,
»де CF — безразмерный коэффициент, зависящий от формы корпуса;
К — сила, с которой динамическое давление воды, движущейся со
скоростью судна V, воздействует на поверхность, омываемую водой.
Волновое и вихревое сопротивления Rr вызываются волнами,
возникающими вследствие движения судна по воде, а вихревое
сопротивление — потерями от разделения потока вихрями, воз-
никающими, в частности, у кормы судна.
Yt. Характеристики пропульсивного комплекса
199
Рис. 5.1. Влияние скорости движения судна на пропульсивную
мощность
1 — волновой барьер
Волновое сопротивление при низких скоростях пропорцио-
нально также квадрату скорости и очень быстро возрастает при
высоких скоростях движения судна. Это означает, что существует
барьер скорости и дальнейшее увеличение пропульсивной мощ-
ности не приводит к повышению скорости, так как вся подводи-
мая мощность преобразуется в энергию волн (рис. 5.1). Волновое
и вихревое сопротивления составляют обычно 8-25% полного со-
противления для низкоскоростных судов и до 40—60% для 'высо-
коскоростных судов.
Мелководье также может оказывать сильное влияние на Rr,
поскольку перемещение находящейся под судном воды будет зат-
руднено.
Волновые и вихревые сопротивления определяются так:
Rr = Cr-K,
где CR — коэффициент удельного волнового сопротивления.
Воздушное сопротивление в хорошую погоду пропорциональ-
но квадрату скорости судна и площади поперечного сечения над-
водной части судна. Обычно воздушное сопротивление Ra состав-
ляет примерно 2% полного сопротивления. Величина этого со-
противления определяется надводной частью корпуса. Вследствие
этого воздушное сопротивление оказывает определенное влияние
на контейнеровозах, которые переводят большое количество кон-
200
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
1СЙнеров на палубе. При встречном ветре Ra может составлять бо-
чсе 10%.
Х<1 = €а-К1,
। ле Са — коэффициент сопротивления надводной части судна;
Kj — сила динамического давления воздуха при скорости V.
Полное сопротивление движению судна
представляет буксировочное сопротивление.
Все сопротивления, входящие в это выражение, пропорциональ-
ны квадрату скорости, но при больших скоростях волновое сопро-
швление растет значительно быстрее, становясь ощутимой частью
полного сопротивления. Эта тенденция показана на рис. 5.1 для кон-
тейнеровоза первоначально спроектированного для скорости 15 уз-
ко» (точка А). Увеличение скорости до —17,6 уз на однотипном судне
без изменения конструкции корпуса приводит к относительно боль-
шему волновому сопротивлению, потребовавшему увеличения про-
пульсивной мощности более чем в два раза (точка Б).
Дальнейшее увеличение пропульсивной мощности приводит
лишь к небольшому росту скорости судна, а остальная часть мощ-
ности преобразуются в энергию волн, т.е. образуется присущий
ципной конструкции корпуса предел скорости судна, который на-
пивается «волновым барьером» (см. рис. 5.1). В этом случае необ-
ходима модификация обводов корпуса, пригодных для более вы-
сокой скорости судна.
Таким образом, основное сопротивление движению судна со-
цает вода, а воздушное сопротивление составляет незначительную
чисть общего сопротивления за исключением некоторых типов су-
пов. Поэтому в дальнейших рассуждениях будем считать, что R —
полное сопротивление воды движению судна, подразумевая в этом и
незначительную часть воздушного сопротивления.
Во время работы судна слой краски на корпусе может разру-
шаться. В этом случае начнется эрозия и поверхность корпуса бу-
дет обрастать морскими растениями, ракушками и т.п. Непогода,
возможно, в сочетании с неправильным распределением груза
может стать причиной искривления листов днища. Корпус не бу-
дет иметь «технически гладкую» поверхность, и это приведет к
увеличению сопротивления движению судна. Поверхность греб-
ного винта также загрязняется и становится неровной. Полное
сопротивление, вызванное этими факторами, в течение срока
службы судна может увеличиться на 25—30%.
Сопротивление может также увеличиваться из-за волнения
иодной поверхности, направления течения и ветра. При ходе судна
против лобовой волны сопротивление может увеличиваться более
чем на 50—100% от полного сопротивления при тихой погоде.
X I. Характеристики пропульсивного комплекса
201
5.1.2. Пропульсивные характеристики винтов
Традиционным механизмом, приводящим судно в движение,
является гребной винт, иногда — два, а в очень редких случаях —
более двух винтов. Необходимый упор винта Р, требующийся для
движения судна со скоростью V, обычно больше, чем соответству-
ющее буксировочное сопротивление Р.
Винты могут быть фиксированного и регулируемого шага.
Винты фиксированного шага отливаются единым блоком,
расположение лопастей и шаг винта зафиксировано и не может
быть изменено в процессе работы. Это означает, что винтовая ха-
рактеристика не может быть изменена с помощью винта. Боль-
шинство судов, которым не требуется хорошая маневренность,
оснащается ВФШ.
ВРШ имеют, по сравнению с ВФШ, большую ступицу, так как
в ней помещается гидравлический приводной механизм измене-
ния шага винта. Из-за сравнительно большой ступицы КПД вин-
та немного ниже. ВРШ применяются в основном на суднах типа
Ro-Ro, челночных танкерах и подобных судах, которым требуется
высокая степень маневренности. Для обычных судов типа контей-
неровозов, балкеров, танкеров-нефтевозов, плавание которых
длительное время проходит при заданной скорости судна в нор-
мальных погодных условиях, установка дорогостоящего ВРШ
вместо ВФШ экономически не оправдана. Кроме того, ВРШ бо-
лее сложен, что влечет за собой снижение надежности.
При движении судна скорость воды в пограничном слое у по-
верхности равна скорости судна, но она уменьшается до нуля по
мере удаления от корпуса. Толщина пограничного слоя возраста-
ет с удалением от передней части корпуса к корме, изменяясь по-
чти пропорционально длине судна. Это означает, что образуется
определенная попутная скорость, вызванная трением воды вдоль
сторон корпуса. Кроме того, вытесняемая судном вода вызывает
попутные волны как с носа, так и с кормы.
В результате перемещения воды, попутного перемещению
судна, образуется так называемый попутный поток жидкости, ко-
торый значительно изменяет условия работы винта.
Так как судно, идущее со скоростью К, сопровождается попут-
ным потоком, то гребной винт встречает воду не со скоростью
движения судна V, а уже с другой скоростью V, уменьшенной на
величину скорости попутного потока А К Поэтому скорость дви-
жения винта относительно воды с учетом влияния попутного по-
тока определяется следующим выражением:
Vp=V-bV. (5.1)
202
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Выражение скорости попутного потока в долях скорости суд-
на называется коэффициентом попутного потока:
ДГ
. (5.2)
Теперь формулу (5.1.) можно записать в виде
Vp = Г(1 - W). (5.3)
Величина коэффициента попутного потока колеблется в пре-
делах 0,05—0,3 и зависит от геометрических размерений корпуса
судна, размеров и числа винтов.
Таким образом, проектируя винт, который должен обеспечить
судну скорость V, при расчете необходимо принимать скорость
пинта У
Для одновинтовых судов коэффициент W обычно лежит в пре-
иелах от 0,20 до 0,45. У судов с двумя винтами и обычной формой
кормовой части винты обычно располагаются вне пограничного
слоя, из-за чего Wнемного ниже. Для двухдейдвудных судов с дву-
мя винтами Wпрактически такой же, как у одновинтового судна.
Высокий коэффициент попутного потока увеличивает риск ка-
витации винта, поскольку распределение скоростей воды вокруг
винта при таких условиях очень неравномерно. Иногда необходи-
мо иметь более равномерное поле скоростей для винта. В этом слу-
чае винты устанавливают в насадках, под экранами и т.д., но луч-
ший способ уже на стадии проектирования придать кормовой час-
ти корпуса форму, обеспечивающую оптимальное попутное поле.
Влияние винта на корпус судна проявляется в образовании
силы засасывания, увеличивающей сопротивление воды движе-
нию судна. В процессе работы гребной винт, засасывая воду из-
под кормы судна, отбрасывает ее назад, т.е. в сторону, противопо-
ложную движению суда. Это способствует уменьшению давления
воды на кормовую часть судна.
Давление же в носовой части остается неизменным. Образует-
ся перепад давлений воды в носовой и кормовой частях судна, ха-
рактеризуемый силой засасывания ДР.
Если сопротивление воды движению судна при застопорен-
ном винте и скорости И будет Р, то упор, необходимый для пре-
одоления этого сопротивления, называемый полезной тягой, дол-
жен составлять величину Ре.
При работающем винте под воздействием силы засасывания
сопротивление возрастает и определяется как
R + ДР. (5.4)
Тогда упор винта должен составить величину
Р = Р + ДР, или Р = Ре + ДР. (5.5)
VI. Характеристики пропульсивного комплекса
203
Сила засасывания, выраженная в долях упора, называется ко-
эффициентом засасывания:
Если Ре = R, то у- = 1 - Z, откуда
Л
7’=^- (5-7)
Величина коэффициента засасывания зависит от формы кор-
мовой оконечности судна, расстояния винта от корпуса, режима
работы винта, числа винтов и лежит в пределах 0,12—0,3, причем
суда с большим коэффициентом полноты водоизмещения имеют
более высокий коэффициент засасывания.
Величина t возрастает при возрастании коэффициента попут-
ного потока w, а форма корпуса может иметь существенное влия-
ние, например бульбообразный форштевень при определенных
обстоятельствах может снижать t.
Если бы винт не имел скольжения, то за один оборот он про-
ходил бы путь, равный шагу винта Н. Подобная ситуация изобра-
жена на рис. 5.2, а на примере штопора, поскольку пробка — твер-
дый материал, то скольжение равно нулю, и, следовательно, што-
пор проходит путь за один оборот, равный шагу, а его скорость
V= Н*п, где п — частота вращения винта. Однако вода не твердое
тело, она податлива, и винт будет иметь скольжение, которое тем
больше, чем больше упор, вызываемый возрастающим сопротив-
лением (рис. 5.2, б). Кажущаяся скорость движения снижается и
становится равной скорости судна V, и его кажущееся скольжение
можно выразить как Нп — V.
Кажущееся относительное скольжение Sa, являющееся безраз-
мерной величиной, определяется по формуле:
H*n-V у
с = ------- = 1 _ ____
Я’У Н*п
Кажущееся относительное скольжение увеличивается, когда
судно движется против ветра или волн, на мелководье, когда кор-
пус загрязнен и когда судно движется с ускорением. При возрос-
шем сопротивлении это означает, что частота вращения винта дол-
жна быть увеличена с целью сохранения требуемой скорости судна.
Действительное относительное скольжение будет больше ка-
жущегося относительного скольжения, так как действительная
скорость поступи винта Vp меньше* чем скорость судна V.
204
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.2. Движение штопора без скольжения (а) и судового винта
с относительным скольжением (б):
1 — штопор; 2 — пробка; 3 — бутылка
Действительное относительное скольжение SR, дающее истин-
ную картину работы винта, равно:
R H'v Н‘п
При швартовых испытаниях, когда скорость судна V = 0, оба
относительных скольжения равны 1,0.
5.1.3. КПД винта
Потери энергии в движителе, рассматриваемом изолированно
от корпуса судна, т.е. без взаимодействия корпуса судна с винтом,
идут на закручивание потока жидкости вращающимся винтом и
на преодоление сил внутреннего трения вод. Величина этих по-
гсрь зависит от того, насколько правильно спроектирован и изго-
VI. Характеристики пропульсивного комплекса
205
товлен винт, и оценивается КПД изолированного винта. КПД оп-
ределяется отношением мощности, требуемой для создания по-
лезной движущей силы, к мощности, которую необходимо затра-
тить для вращения винта:
V
NP '
Так как NR = ,
P-VP
(5.9)
где Р — упор винта, т.е. движущая сила, направленная в сторону
его поступательного движения;
Vp — поступательная скорость винта, а мощность, затрагиваемая
г А М’со „
для вращения винта Np, определяется по формуле Np = -- кВт,
где М — вращающий момент винта, со — его угловая скорость,
то (5.10)
КПД винта особенно зависит от скорости его поступи Vp, силы
упора Р, частоты вращения п, диаметра винта Д и, кроме того, от
конструкции винта, т.е. количества лопастей, дискового отноше-
ния и отношения шага Як диаметру. КПД винта Г|р может меняться
в диапазоне приблизительно от 0,35 до 0,75, причем более высокие
значения относятся к винтам с большей скоростью поступи Vp.
Следует иметь в виду, что КПД винта ц относится к работе на от-
крытой воде, т.е. винт работает в однородном попутном потоке без
корпуса впереди него. На рис. 5.3 показаны достижимые КПД вин-
та в функции от относительной поступи кр = ~^~д •
Так как в действительности винт, расположенный в кормовой
оконечности судна, при работе не изолирован от корпуса, а вза-
имодействует с ним, то условия работы винта изменяются.
Это взаимодействие разделяют на две части:
— влияние корпуса на работу винта;
— влияние винта на величину сопротивления воды переме-
щению в ней корпуса.
Влияние корпуса на работу винта проявляется в образовании
попутного потока, изменяющего поступательную скорость движе-
206
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Большие танкеры Малые танкеры Рефрижераторы
> 150000 DWT > 20000 DWT контейнеровозы
пня винта относительно возмущенной судном воды по сравнению
< do перемещением в спокойной воде. Это влияние учитывается
коэффициентом попутного потока W, который рассмотрен ранее.
Влияние взаимодействия между винтом и корпусом судна на
1»<*личину потерь энергии, подведенной к движителю, оценивает-
t и коэффициентом влияния корпуса. Этот коэффициент является
io ношением буксировочной мощности, создающей действитель-
ную движущую силу в условиях взаимодействия винта и корпуса
»удна, к буксировочной мощности, необходимой для создания
/шижущей силы при изолированном от корпуса винте:
Подставляя в это выражение значение NR и NR[ из формулы
(S.9) и учитывая, что R = Ре, получим:
Ре-У
^к~ P»Vp ’ (5-11)
Из формул (5.5) и (5.9) подставляем в выражение (5.11) значе-
ние И иРе = (1 - t).
'• I. Характеристики пропульсивного комплекса 207
Тогда
Анализ формулы (5.12) показывает, что увеличение силы заса-
сывания увеличивает энергетические потери в движителе, а уве-
личение скорости попутного потока ведет к их снижению.
Коэффициенты w и t устанавливают экспериментально и в
расчетах определяют по эмпирическим формулам.
Для судов с одним винтом ц*. обычно лежит в пределах 1,1—
1,4, причем большее значение относится к судам с высоким коэф-
фициентом полноты водоизмещения. Для судов с двумя винтами ;
и обычной формой кормовой части корпуса т^ обычно составляет '
0,95-1,05.
Действительная скорость воды поступающей к винту за кор- i
пусом не является постоянной и не направлена под прямым углом |
к плоскости диска винта, а имеет вид вращающегося потока. Сле- ।
довательно, по сравнению со случаем, когда винт работает на от- I
крытой воде, на КПД не будет влиять ция, называемый коэффици-
ентом неравномерности потока. У судов с одним винтом Т|йИ обыч-
но составляет около 1,00—1,07, т.е. вращение воды может оказы-
вать положительное влияние. У судов с обычной формой корпуса
и двумя винтами ниже и обычно равен примерно 0,98.
Сумма потерь мощности в движителе, определяемая особен-
ностями его работы и взаимодействия с корпусом судна, оценива-
ется пропульсивным КПД, который представляет собой отноше-
ние буксировочной мощности к мощности, подведенной к дви-
жителю:
NR
1= (5.13)
Таким образом, пропульсивный КПД равен произведению
КПД винта на открытой воде влияния корпуса и неравно-
мерности потока Г|ни, хотя последний менее важен.
Подставляя значения NR и Np, получим:
_ P?^V_
M*w'
Заменив в этом выражении Ре его значением по формуле (5.7)
Vp
и учитывая, что из формулы (5.3) V= ~ > получим:
P'Vp 1-^
П = Т7---I----• (5-14)
1-w
208
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигатели
Из полученного выражения видим, что первый множитель
представляет собой КПД изолированного винта Т)р (5.10) а второй
коэффициент влияния корпуса судна (5.12).
Следовательно, пропульсивный к. п. д. равен
П = 'П7>,'П^ (5.15)
Чем выше значение пропульсивного КПД, тем полнее исполь-
ювание мощности, подведенной к движителю, для создания по-
пезной движущей силы.
Значения пропульсивного КПД для различных типов морских
судов лежат в пределах 0,3-0,7. Отсюда видно, что значительная
чисть подведенной к гребному винту мощности теряется и очень
инжны правильный расчет, проектирование и изготовление
пинта.
Учитывая, что к движителю должна подводиться мощность N
можно установить требуемую эффективную мощность Ne главно-
lo двигателя.
Так как при передаче мощности от главного двигателя к греб-
ному винту неизбежны потери мощности в зубчатой передаче от
двигателя к валопроводу (при ее наличии в установке) и в под-
шипниках валопровода (упорном и опорных), то мощность дви-
жителя N должна быть больше мощности Ne на величину этих
потерь. Потери мощности в передаче от двигателя к судовому ва-
иопроводу оцениваются к.п.д. передачи ця.
Потери мощности в подшипниках валопровода оцениваются
КПД валопровода т|р, который зависит от типа упорного и от чис-
на опорных подшипников и места расположения машинного от-
деления.
Требуемая эффективная мощность двигателя равна
Для оценки величины мощности двигателя, которую удается
преобразовать в буксировочную мощность, используют общий
КПД движительного комплекса судна.
NR
= ’V’ ’l* •’’л' (5Л7)
* ’ е
Величина т|0 для современных транспортных судов равна 0,5—0,7.
Из изложенного следует, что между корпусом судна, гребным
винтом и главным двигателем в работе существует взаимосвязь,
нарушение которой отрицательно сказывается на состоянии дви-
гателя, технико-эксплуатационных показателях энергетической
установки и экономических показателях судна.
VI. Характеристики пропульсивного комплекса 209
м СЭУ с две
Повышенное против расчетного сопротивление корпуса суд-
на, неправильно подобранный винт, у которого диаметр и шаг
превышают требуемые для данного случая размеры, недостаточ-
ная мощность двигателя приводит к его перегрузке при работе на
номинальном режиме.
Для достижения наивысшего пропульсивного КПД Г|? обычно
предпочитают выбирать наибольший из возможных диаметров
винта D. Но при этом следует учитывать форму кормовой части
корпуса, которая может значительно варьировать в зависимости
от типа, конструкции судна, а следовательно, и необходимую ве-
личину зазора между кромкой лопасти винта и корпусом.
У балкеров и танкеров, которые часто плавают в балласте, не-
обходимо, чтобы винт в этом случае был полностью погружен в
воду. Это является определенным ограничением диаметра приме-
няемого винта. Для судов, которые редко плавают в балласте, на-
пример, контейнеровозы, ограничение размеров винта с этой точ-
ки зрения не является обоснованным. Точное отношение диамет-
ра винта к проектной осадке D/Т задать нельзя, но можно реко-
мендовать, исходя из опыта, приблизительные соотношения. Су-
хогрузы и танкеры: D/Т < 0,65, контейнеровозы: D/Т < 0,74.
По прочностным и производственным соображениям диаметр
винта в общем не должен превышать 10,0 метров, а мощность,
подводимая к винту, около 90 000 кВт. Наибольший изготовлен-
ный винт имеет диаметр 11,0 метров и четыре лопасти.
Винты изготовляют с 2,3,4,5 и 6 лопастями. Чем меньше коли-
чество лопастей тем выше его КПД, однако по соображениям
прочности высоконагруженные винты не изготавливаются
только с двумя или тремя лопастями. Двухлопастные винты при-
меняются на малых судах, а винты с 4-мя, 5-ю и 6-ю лопастями —
на больших. Суда с установленными на них двухтактными мало-
оборотными дизелями обычно оснащаются четырехлопастными
винтами. Для судов большого водоизмещения и тяжелонагружен-
ными винтами, например, контейнеровозов, возможно примене-
ние винтов с 5-ю или 6-ю лопастями. Окончательное число лопа-
стей принимается с учетом недопустимости вибрации винта, кор-
пуса или надстроек судна.
Чтобы достичь наивысшего пропульсивного КПД при данном
диаметре винта, необходимо выбрать оптимальное отношение
шага к диаметру H/D, соответствующее конкретной частоте вра-
щения.
Поскольку шаг может изменяться по радиусу лопаток, то от-
ношение H/D обычно относят к шагу при 0,7 г, где г = D/1 являет-
ся радиусом винта (рис. 5.2). •
210
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.4. Влияние шага, диаметра и частоты вращения винта на
поглощаемую мощность:
1 — влияние диаметра винта при оптимальных H/D-, 2 — влияние H/D
при D = 7,2 м
Наивысший возможный пропульсивный КПД, требуемый для
обеспечения заданной скорости судна, достигается при наиболь-
шем возможном диаметре винта в сочетании с соответствующим
оптимальным отношением H/D.
На рис. 5.4 показан пример влияния этих параметров для тан-
кера дедвейтом 80 000 т с эксплуатационной скоростью 14,5 уз и
максимально возможным диаметром винта 7,2 м.
В соответствии с линией 2 (рис. 5.4) максимально возможный
диаметр винта 7,2 м может иметь оптимальное отношение
If/D = 0,70 и наименьшая возможная мощность на валу составля-
ет 8820 кВт при частоте вращения 100 мин-1. Если шаг винта для
пого диаметра будет изменен в любую сторону, пропульсивный
КПД снизится, т.е. необходимая мощность на винте N возрастет
(см. рис. 5.4, линия 2). Линия 1 показывает, что если бы была воз-
можность установки винта с увеличенным диаметром 7,4 м с оп-
тимальным H/D = 0,71, то требуемая мощность на винте снизи-
лась бы до 8690 кВт при частоте вращения 94 мин-1, т.е. винт
большего диаметра должен иметь более низкую оптимальную час-
тоту вращения. Следовательно, для повышения пропульсивного
КПД предпочтительнее всегда выбирать наибольший возможный
диаметр винта, что в сочетании с оптимальным отношением H/D
приводит к низкой частоте вращения винта и, следовательно, ко-
ленчатого вала главного двигателя при прямой передаче.
YI. Характеристики пропульсивного комплекса
211
Рис. 5.5. Оптимальные диаметры винтов
Если же используется более низкое отношение Н/D, по отно-
шению к оптимальному, то требуемая частота вращения возраста-
ет, но вызовет вначале лишь незначительное увеличение мощнос-
ти (см. рис. 5.4 линия 2). Выбранный диаметр винта должен быть
наибольшим, но иметь возможность размещения его в корпусе
судна, это позволит выбрать частоту вращения винта при макси-
мальном пропульсивном КПД. Фирма MAN B&W Alpha рекомен-
дует выбирать диаметр винта с регулируемым шагом в соответ-
ствии с оптимальной частотой вращения по рис. 5.5 для условий;
скорость судна 12 уз и коэффициент попутного потока 0,25.
5.1.4. Взаимодействие гребного винта с двигателем
Гребной винт создает силу Ре, необходимую для преодоления
сопротивления R движению судна. Эту силу называют упором
движителя, или силой тяги.
Чтобы привести судно в движение, к нему необходимо прило-
жить движущую силу, которая при равномерном поступательном
движении равна силе сопротивления движению судна
Pe = R.
212
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Работу, которая движущая сила совершает в 1 секунду, назы-
ttiiют буксировочной мощностью. Если величину силы сопротив-
псния R выразить в кН, а скорость, кВт, движения судна V— в м/с,
io величина буксировочной мощности составит:
Nr = R -V кВт. (5.18)
Эту мощность необходимо затратить для того, чтобы обеспе-
чить движение судна с заданной скоростью V.
Однако для создания необходимого упора на гребном винте,
обеспечивающего преодоление сопротивления движению судна
при заданной скорости, к движителю судна должна быть подведе-
на мощность TVp, превышающая буксировочную на величину по-
терь в пропульсивном комплексе (см. формулу 5.13)
NR
<5.19)
В связи с тем, что в передаче и валопроводе также имеются
потери, то мощность главных двигателей составит:
NP
N~^.- <5-20>
С учетом выражений 5.18, 5.19и 5.17 мощность главных дви-
(ателей
(5.21)
R>V R'V
N=-—~ =----------,
е По П-Пи-Пв
где R — полное сопротивление движению судна, кН, при данной
скорости V, м/с; т| — пропульсивный КПД системы движитель-
корпус; Т|й — КПД передачи; — КПД валопровода.
Для оценки степени загрузки двигателей необходимо знать
изменение R и КПД при различных условиях плавания. Кривую R
называют буксировочной кривой. При проектировании су-
пов ее определяют путем испытания модели судна в опытовом бас-
сейне, пересчитывая затем полученные результаты на натурное
судно. Такая зависимость R = ДТ) соответствует чистому свежеок-
рашенному корпусу, спецификационному водоизмещению судна
и условиям плавания в тихую погоду.
Для предварительных расчетов можно принимать следующие
(начения пропульсивного КПД:
буксиры и траулеры.......... 0,30—0,55;
торговые суда............... 0,60-0,78;
быстроходные лайнеры......... 0,55-0,70;
пассажирские суда........... 0,50-0,65;
быстроходные катера......... 0,55—0,70.
S.L. Характеристики пропульсивного комплекса
213
КПД валопровода в зависимости от его конструкции, длины и
способа передачи мощности от двигателя движителю колеблется в
незначительных пределах 0,95—0,98%.
КПД передачи зависит от ее типа и конструкции и составляет:
одноступенчатых редукторов............... 0,97—0,98;
двухступенчатых редукторов............... 0,96—0,97;
реверс-редукторов........................ 0,94—0,95;
гидротрансформаторов..................... 0,87-0,89;
электропередачи постоянного тока......... 0,85—0,90;
электропередачи переменного тока......... 0,90—0,94.
В тех случаях, когда главный двигатель соединяется с гребным
валом или редуктором гидравлической или электромагнитной
муфтой, учитываются дополнительные потери в ней. КПД муфт
составляет:
гидравлической............................... 0,94—0,96;
электромагнитной..........................0,98.
Если в основу расчета гребного винта и потребной мощности
главных двигателей положены данные модельных испытаний, то
во время ходовых испытаний при номинальной частоте вращения
гребного винта судно будет развивать наивысшую скорость.
5.2. Диаграмма нагрузок главного двигателя
5.2.1. Терминология основных мощностей двигателя
Применительно к судовым главным двигателям различают не-
сколько значений мощностей, но главным термином является но-
минальная мощность, которая регламентирует величины других
основных мощностей.
Номинальная мощность — это длительная эффективная мощ-
ность дизеля, назначаемая и гарантируемая изготовителем при за-
данной частоте вращения дизеля, заданных окружающих услови-
ях, полной комплектности и рабочих условиях, для которых пред-
назначен дизель, с учетом возможности развития максимальной
мощности.
Завод-строитель определяет основную так называемую номи-
нальную частоту вращения вала двигателя лном. На этой частоте
двигатель развивает номинальную мощность #ном без ограниче-
ния во времени работы. Общее число часов работы двигателя на
номинальной мощности не должно превышать 20—25% ресурса
двигателя, т.е. всего времени работы двигателя до его списания.
Реальная относительная доля работы двигателя с номинальной
мощностью еще меньше. Нередко судовой двигатель в течение
ресурса никогда не работает на номинальной мощности.
214 Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Под максимальной 7Vmax понимают перегрузочную (по сравне-
нию с номинальной) мощность, с которой двигатель должен без
аварийных последствий работать в течение 1—2 ч с перерывом
10 ч. Нормы максимальной мощности, а также максимальной час-
1огы вращения вала и крутящего момента определяются «Правила-
ми Регистра РФ»: 7V =1,17V п = 1,03 п ; М = 1,07 М
ШоЛ HUM, Шал Г1 Л. ШЛА К HUM
Для главных судовых двигателей понятие мощности, есте-
ственно, связывается с ходом судна: «полный», «средний» и т.д.
Мощность главного двигателя, развиваемая на полном ходу ново-
ю судна в полном грузу при нормальных метеорологических ус-
ловиях (море и ветер не более 3 баллов по шкале Бофорта), назы-
вается эксплуатационной мощностью полного хода. Обычно она
составляет 75—85% номинальной мощности.
Назначение эксплуатационной мощности и частоты вращения
па режиме полного хода определяет надежность и экономичность
работы двигателя, т.е. технико-эксплуатационные показатели
( ЭУ и судна в целом.
При плавании в балласте допускается увеличение частоты вра-
щения гребного вала сверх эксплуатационной на 2—3%, если это-
му не препятствуют вибрация корпуса судна или какие-либо дру-
। ие существенные причины.
На судах транспортного флота эксплуатационная мощность
рекомендуется для длительной непрерывной работы главных дви-
ицелей в условиях нормальной эксплуатации. Номинальная же
мощность является принятой при приемо-сдаточных испытаниях
юловного судна серийной постройки. Таким образом создается
определенный резерв мощности, позволяющий обеспечить на-
дежную работу дизеля в течение длительного времени эксплуата-
ции судна в различных условиях плавания.
Экономическая мощность Ne экон — длительная мощность, при
которой достигается наименьший удельный расход топлива (на
единицу мощности или на одну милю хода судна).
Минимальная мощность Ne — мощность, устойчиво разви-
ваемая двигателем при минимально устойчивой частоте вращения
нала, определяющей минимальный ход судна. При работе на винт
фиксированного шага 7Vemin = (0,03—0,12) JVeHOM.
В ряде судовых установок двигатели значительное время рабо-
111 ют на режимах малых нагрузок и частот вращения, а также на
холостом ходу. На таких режимах главные дизели работают при
маневрировании судна, прохождении в узкостях по сложному фар-
ватеру, подходе к портам, швартовке, при движении в караване.
Главные двигатели рыбодобывающих и приемотранспортных
судов длительно работают на малых нагрузках также при маневри-
Y2. Диаграмма нагрузок главного двигателя
215
ровании с орудиями лова. В этих условиях требуется устойчивая
работа двигателей. Согласно требованиям ГОСТ 10150-88 мини-
мально устойчивая частота вращения не должна превышать
30% от номинальной, причем продолжительность непрерывной ра-
боты под нагрузкой на этой частоте вращения должна быть не бо-
лее 4 ч. При наличии разобщительных муфт допускается в пре-
делах 45% от яном. Эти требования обычно выполняются в мало- и
среднеоборотных двигателях, а в высокооборотных — не всегда.
Для некоторых рыбодобывающих судов требуются самые малые
хода, и длительность работы на этих ходах исчисляется часами.
В процессе эксплуатации вследствие нарушения регулировки
и износа устойчивость работы двигателей ухудшается, a wmin, оп-
ределяющая нижнюю границу эксплуатационных режимов рабо-
ты дизеля, возрастает. Отыскание путей дальнейшего уменьшения
wmin имеет важное значение, особенно для судов с высокими но-
минальными скоростями.
Рассмотренные значения мощности и частоты вращения
гребного вала определяют общий диапазон изменения нагрузки
на двигатель.
Для оценки мощностных, экономических и других показате-
лей работы двигателя на различных режимах пользуются так на-
зываемыми эксплуатационными характеристиками. Следует раз-
личать характеристики собственно двигателя и характеристики
потребителя энергии. Первые зависят от конструктивных особен-
ностей самого двигателя, а вторые — от конструктивных особен-
ностей потребителя энергии (корпуса, винта) и режима плавания.
При проектировании дизельной установки необходимо доби-
ваться правильного сочетания характеристик дизеля с характери-
стиками потребителя энергии. Только при соблюдении этого ус-
ловия могут быть максимально использованы энергетические воз-
можности дизелей.
Анализ эксплуатационных характеристик обычно заключает-
ся в оценке степени изменения мощностных и экономических
показателей, а также показателей механической и тепловой на-
пряженности.
При построении эксплуатационных характеристик за незави-
симую переменную может приниматься частота вращения греб-
ного вала (коленчатого вала) или нагрузка. В связи с этим харак-
теристики разделяют на скоростные (внешние, ограничительные,
универсальные, экономические, винтовые, регуляторные) и на-
грузочные, см. п. 2.4.
В данном параграфе приведен анализ возможностей и условий
использования характеристик при работе главных двигателей в со-
216
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
сгаве пропульсивного комплекса. Одновременно рассматривают-
ся факторы, влияющие на изменения эксплуатационных характе-
ристик.
Поле допустимых режимов работы дизеля (рис. 5.6) определя-
ется положением ограничительных характеристик — наибольшей
I, наименьшей 2 нагрузок, а также номинальной регуляторной ха-
рактеристикой 3 и минимально устойчивой частотой вращения 4.
На рис. 5.6 нанесены внешние характеристики, снятые при
подаче топлива, соответствующей номинальной 5 и максималь-
ной 6 мощностям, а также регуляторная характеристика предель-
ных частот вращения коленчатого вала 7.
Главные судовые двигатели обычно нагружаются гребным
винтом. Если не предусматривается дополнительный отбор мощ-
ности, то для любого режима плавания мощность, развиваемая
двигателем, будет определяться мощностью, потребляемой греб-
ным винтом, с учетом потерь в передаче и валопроводе.
Для большинства судов винтовую характеристику представля-
ют в виде кубической параболы N= сп3 (см. п. 2.4). Коэффициент
с определяется, как правило, по данным испытаний судна на ре-
жиме полного хода. Для конкретного судна при неизменных гид-
родинамических условиях работы гребного винта коэффициент с
S.2. Диаграмма нагрузок главного двигателя
217
сохраняется постоянным, при изменении этих условий он меня-
ется. Обычно со временем коэффициент с увеличивается, проис-
ходит так называемое «утяжеление» винтовых характеристик, т.е.
винт поглощает большую мощность при одной и той. же частоте
вращения. В этом случае необходимо ограничивать частоту вра-
щения вала винта.
Взаимосвязь мощности и оборотов двигателя при его работе
по винтовой характеристике часто выражается кривой с показате-
лем степени больше 3. С целью оценки этой взаимосвязи в диапа-
зоне нормальных скоростей судна можно использовать следую-
щие величины показателя степени:
— для больших высокоскоростных судов типа контейнерово-
зов 4,5;
— для среднескоростных судов средних размеров типа контей-
неровозов-снабженцев, рефрижераторов, Ro-Ro и т.п. 4,0;
— для низкоскоростных судов типа танкеров, сухогрузов, ма-
лых контейнеровозов-снабженцев и т.п. 3,5.
Винтовую характеристику дизеля можно представить как за-
висимость мощности от частоты вращения вала, нагруженного
гребным винтом. Вид винтовой характеристики зависит от типа и
конструктивных особенностей самого гребного винта, от обводов
корпуса, гидродинамических условий работы винта (состояния
моря, осадки, глубины под килем, направления потока воды, об-
текающего винт) и других факторов. Поэтому в эксплуатации
винт создает поле характеристик.
Для некоторых судов (траулеров, ледоколов, буксиров, кито-
бойных судов и др.) характерно плавание в условиях значитель-
ных колебаний сопротивления воды движению судна, что резко
изменяет крутизну винтовой характеристики.
Для определения номинальной частоты вращения вала (греб-
ного вала) и отбираемой от двигателя мощности (если двигатель
непосредственно связан с гребным винтом) внешнюю, или огра-
ничительную, характеристику двигателя совмещают с нормальной
винтовой. При этом нормальная винтовая характеристика снима-
ется при прямом свободном (без буксира) ходе судна на спокой-
ной воде, чистом корпусе, нормальной осадке и при работе всех
гребных валов и двигателей.
Для удобства анализа режимов работы двигателей по винтовой
характеристике ее представляют обычно в виде кубической парабо-
лы Ne = сп3. Коэффициент с определяется, как правило, по данным
испытаний судна на режиме полного хода. Для конкретного судна
при неизменных гидродинамических условиях работы гребного
винта коэффициент с сохраняется постоянным. При этом внешняя,
218
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
ограничительная, и нормальная винтовая характеристики пересе-
ки юте я при номинальной частоте вращения вала и двигатель по
мощности и моменту может быть нагружен до номинальных значе-
ний. При изменении гидродинамических условий работы винта
шачение коэффициента с будет изменяться. В связи с этим изме-
нится мощность, поглощаемая винтом при данной частоте враще-
ния гребного вала. Следовательно, винтовая характеристика пере-
печется с внешней и ограничительной характеристиками уже при
яругой частоте вращения. Обычно будет происходить увеличение
коэффициента с, т.е. так называемое утяжеление винтовых харак-
теристик. В этом случае возникнут ограничения по оборотам, по-
скольку допустимую мощность двигатель будет развивать при по-
ниженной частоте вращения. При проектировании СДУ необхо-
цимо знать максимально допустимые частоты вращения, чтобы из-
бежать перегрузки дизеля и вместе с тем обеспечить более полное
использование его возможностей.
При работе на ВФШ все возможные режимы нагрузки ГД ук-
ладываются в поле между винтовой характеристикой швартовно-
го режима и винтовой характеристикой хода в балласте при не-
большом (до 2—3 баллов) попутном ветре (рис. 5.7).
О 20\ Ю 60 80 100 П,%
Рис. 5.7. Зависимость мощности ГД от частоты вращения при
работе на ВФШ в разных условиях плавания:
1-3 — винтовые характеристики при ходе в грузу, балласте, на швар-
товах; 4-5 — ограничительная и внешняя по моменту на валу характе-
ристики; 6 — регуляторная характеристика; nmin — минимальная
устойчивая частота вращения вала двигателя
S.2. Диаграмма нагрузок главного двигателя
219
Рис. 5.8. Зависимость мощности ГД от частоты вращения при
работе на ВРШ в разных условиях плавания:
1, 2, 3 — винтовые характеристики ВРШ на режиме свободного хода в
грузу, балласте, на швартовах; 4,5,6 — внешняя по моменту на валу,
ограничительная и регуляторная характеристики
При работе дизеля на ВРШ это поле расширяется в направле-
нии пологих «легких» винтовых характеристик (с уменьшением
шагового отношения винта Н/D до нуля). Крайняя швартовная
характеристика соответствует работе ВРШ с максимальным ша-
гом (рис. 5.8).
Анализ винтовых характеристик показывает, что показатели
работы двигателя, в том числе мощность и экономичность, изме-
няются в очень широких пределах. В области малой частоты вра-
щения коленчатого вала дизель в значительной степени недогру-
жается, а экономичность резко ухудшается. Поэтому длительное
использование дизеля на таких режимах нецелесообразно. Мини-
мальный удельный расход топлива достигается при частоте вра-
щения коленчатого вала, составляющей (0,8-0,85) ином.
В системе электропередачи, при работе дизеля на винт регули-
руемого шага, а также на винт фиксированного шага через гидро-
статическую и гидротрансформаторную передачу главные дизели
могут использоваться на различных режимах плавания при посто-
янной частоте вращения коленчатого вала. В этом случае они бу-
дут работать по нагрузочной характеристике.
Наличие нагрузочных характеристик позволяет в процессе
проектирования установок выбирать наиболее экономичные ре-
жимы использования дизелей, определять максимально допусти-
мые значения Рт N или Мт при заданной частоте вращения.
Ш.С С лр
220
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
5.2.2. Диаграммы выбора нагрузок главного двигателя
В диаграммах выбора нагрузок для судов с ВФШ фирма
” М АН-Б и В Дизель» приводит характеристики двигателя для лег-
кого винта (если судно идет в балласте) и для тяжелого винта (ког-
ци плавание судна происходит в штормовом море, против тече-
ния, при сильном ветре и т.д.). Эти диаграммы имеют прямые ли-
нии так как используются логарифмические шкалы. Поясним это
па следующем примере.
Эффективная мощность дизеля пропорциональна среднему
эффективному давлению Рте и частоте вращения коленчатого
нала п.
N=k-P-n,
т.е. при постоянном Рт е мощность пропорциональна оборотам
Ne = knl,
л мощность, поглощаемая ВФШ, в соответствии с законом винта
Np = сп3.
Поэтому для данного случая мощность может быть выражена
как функция оборотов п с показателем степени i, т.е.
Np = сп1.
Степенные функции становятся линейными, если использу-
ются логарифмические шкалы, так как log N = i • log п + log с, что
эквивалентно линейному логарифму у = ах + b (рис. 5.9).
Следовательно, винтовые характеристики будут параллельны
линиям, имеющим наклон при i = 3, линии постоянных мощнос-
тей (или Рте = const) будут параллельны линиям с i = 1 (рис. 5.9).
Рис. 5.9. Взаимосвязь функций:
а — линейная функция в линейных координатах;
б — степенная функция в логарифмических координатах
Y2. Диаграмма нагрузок главного двигателя
221
Далее в диаграммах нагрузок и выбора двигателя используют-
ся логарифмические координаты, в которых степенным функци-
ям соответствуют прямые линии, что делает диаграммы простыми
и наглядными.
На рис. 5.10 приведена такая диаграмма нагрузок двигателя
серии МС, на которой винтовые характеристики параллельны ли-
нии 1, а линии постоянных эффективных давлений параллельны
линии 2.
Фирма «МАН-Б и В Дизель» для дизелей, разработанных этой
фирмой и соответственно для дизелей производства ЗАО «БМЗ»
по лицензионному соглашению вводит градацию мощностей, на-
звания которых отличаются от ГОСТовских.
Так, вводится понятие спецификационной максимально-дли-
тельной мощности (МДМ) — это максимальная мощность, требу-
емая судостроительным объединениям или судовладельцам для
длительной эксплуатации выбранного двигателя. Эта мощность
может соответствовать точке А (см. рис. 5.10) или она может нахо-
диться в любой точке диаграммы выбора рабочих режимов, не вы-
ходя за пределы площади, ограниченной линиями 4, 5, 7, 3.
Рис. 5.10. Диаграмма нагрузок двигателей серии МС:
1 — винтовая характеристика соответствующая номинальной мощ-
ности; 2,5 — линии Рт е = const; 3 — линия максимальной частоты
вращения; 4 — линия максимального крутящего момента; 6 — зона
характеристик легкого винта; 7 — линия N = const; 8 — линия предель-
ных значений параметров
222
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Когда выбрана МДМ, эта мощность становится максимальной
мощностью, сверх которой допускается перегрузка на 10% при ог-
раничении по времени работы 1 час с перерывом в двадцать часов.
Обычно двигатель начинает работать в условиях судна не на
МДМ, а меньшей мощности, называемой длительной эксплуата-
ционной мощностью (ДЭМ). ДЭМ — это мощность, при которой
предполагается длительно эксплуатировать двигатель.
Обычно определение необходимой мощности и оборотов винта
осуществляют в предположении оптимальных условий работы, т.е.
при чистом корпусе и хорошей погоде. Найденное сочетание час-
югы вращения и мощности может быть названо проектной точкой
винта ПТ, которая располагается на характеристике легкого винта
(пиния 1 на рис. 5.11). Во время эксплуатации при изменении ше-
роховатости корпуса винт станет гидравлически тяжелым и при той
же мощности обороты двигателя упадут. Поэтому при выборе дви-
нпсля рекомендуется по сравнению с винтовой характеристикой 1,
выбрать более тяжелую винтовую характеристику 2, которая имеет
пол ее низкие обороты. Обычно это снижение частоты вращения
принимается около 5% от проектной точки.
При плохой погоде с сильным ветром сопротивление движению
t удна может значительно возрасти, что равносильно утяжелению
винтовой характеристики. Поэтому при определении необходимой
мощности главного двигателя необходимо учесть так называемый
морской запас, который традиционно принимается в размере около
Рис. 5.11. Диаграмма выбора рабочих точек главного двигателя:
1 — легкий винт; 2 — тяжелый винт; ПТ — проектная точка; ДЭМ —
точка длительной эксплуатации; МДМ — максимально длительная
мощность
Y2. Диаграмма нагрузок главного двигателя
223
Рис. 5.12. Схема выбора режимов работы двигателей МС/МСЕ
фирмы «МАН-Б и В Дизель»:
а — гребной винт фиксированного шага; б — гребной винт регулируе-
мого шага; в — изменение удельного расхода топлива на частичной
мощности.
1 — номинальная характеристика гребного винта фиксированного
шага; 2 — «утяжеленная» характеристика гребного винта фиксирован-
ного шага; (.) А — режим оптимизирован при 100% МДМ; (.)
В — режим оптимизирован при 85% МДМ; 4 — линии постоянных
значений среднего эффективного давления; 5 — графики изменения
удельного расхода топлива при работе дизеля на частичных мощнос-
тях; 6 — двигатель оптимизирован на 100% МДМ; 7 — двигатель
оптимизирован Hci 85% МДМ
224
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
15% от мощности проектной точки, ПТ. Однако для больших кон-
юйнеровозов иногда можно использовать запас в 20—30%.
Таким образом, итоговое сочетание частоты вращения и мощ-
ности, если учтены тяжелый винт и морской запас, представляет
। очку длительной эксплуатации — ДЭМ. Характеристика тяжело-
го винта 2 для обросшего корпуса и штормовой погоды обычно
используется как база для рабочей характеристики двигателя в эк-
сплуатации.
Часто при выборе мощности главного двигателя добавляют
шпас порядка 10% на ухудшение технического состояния дизеля в
жсплуатации, который означает, что ДЭМ представляет 90% от
спецификационной, если не предполагается установка валогене-
ратора, приводимого от главного двигателя. В противном случае
должна учитываться дополнительная потребность в мощности для
налогенератора.
Диаграмма выбора двигателя ограничена двумя линиями: по-
стоянного среднего эффективного давления £3 и L2 £4 и двумя
пиниями постоянной частоты вращения L2 и £3 £4 (см. рис. 5.11).
Точка Lx указывает номинальную МДМ двигателя. В пределах
площади диаграммы имеется возможность свободного выбора
точки спецификационной МДМ. Однако наиболее низкий удель-
ный расход топлива достигается примерно при 70—80% мощности
от выбранной точки оптимизации (рис. 5.12). В зоне более высо-
ких мощностей можно ожидать некоторого увеличения удельного
расхода топлива.
5.3. Установившиеся режимы работы
пропульсивного комплекса
Режим работы СЭУ определяется соотношением скорости
судна, частоты вращения гребного винта и мощности ГД. Основ-
ными установившимися режимами для транспортных судов явля-
ются режимы, обеспечивающие соответствующий ход судна: пол-
ный, средний, малый и самый малый. В случае установившегося
dv
движения судна — = 0 и уравнение прямолинейного поступа-
тельного движения принимает вид
-Q - R + ЪРе = 0, или Q + R = ЪРе,
где Q — тяга на гаке, Н, R — полное сопротивление движению кор-
пуса судна, Н; ЪРе — суммарный полезный упор гребных винтов.
На установившихся режимах при свободном (без буксировки)
плавании судна R = ХРе.
5.3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 225
16 СЭУ с две
При заданных размерах судна, его осадке и определенных ме-
теорологических условиях сопротивление R зависит от скорости
судна, а суммарный эффективный упор гребных винтов 2J°e — от
частоты вращения винтов и скорости судна.
Таким образом, R =Ду), 1,Ре =f(ne, v). Эффективный упор вин-
та можно представить в функции от момента на гребном валу (или
мощности) и частоты вращения, так как обычно известны зависи-
мости Ме =fin), Ne =Лпв), тогда =Ду, Мв).
Зависимость мощности ГД от скорости хода судна показана на
рис. 5.13.
Рис. 5.13. Графики зависимости мощности ГД от скорости судна:
— обросший корпус;------чистый корпус; ------оптимизированная
винтовая характеристика двигателя;
1,2 — винтовая характеристика для судна соответственно в грузу,
включая морской запас и без морского запаса; 3, 4 — судно в балласте
соответственно с морским запасом и без него
226
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
5.3.1. Режимы совместной работы главного двигателя
с ВФШ при прямой передаче
При наличии ВФШ мощность, поглощаемая винтом, будет
определяться формулой Ne = сп™. Мощность, отбираемая от дви-
гателя, а также частота вращения вала двигателя зависят от типа
передач. Допустимые режимы работы двигателя, нагружаемого
НФШ при различных условиях использования энергетической ус-
тановки, определяются путем совместного рассмотрения соб-
ственных характеристик двигателя (внешней, ограничительной) и
характеристик потребителя энергии (винтовых характеристик).
Когда в системе прямой передачи отсутствуют соединительно-ра-
юбщительные муфты скольжения, частота вращения гребного
нала на всех режимах работы пропульсивного комплекса изменя-
ется прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала
двигателя. Момент сопротивления гребного винта Мв в рассмат-
риваемом случае связан с крутящим моментом на валу двигателя
М следующим соотношением Мв = Мкр * т|в5 где т]в — КПД вало-
провода.
Режимы совместной работы дизеля с ВФШ при жесткой ме-
ханической передаче показаны на рис. 5.14. Кривая If представля-
ет собой номинальную винтовую характеристику, относящуюся к
расчетным условиям движения судна в полном грузу. Кривые 1 и
2 — соответственно внешняя и ограничительная характеристики
дизеля, кривые Ши IV— утяжеленные винтовые характеристики,
кривая I — винтовая характеристика при плавании судна в балла-
сте. Пересечение номинальной винтовой характеристики двига-
теля с его номинальной внешней и ограничительной характерис-
тиками (точка Л) определяет допустимую нагрузку на двигатель и
частоту вращения вала (или гребного винта). Видно, что при ра-
боте по номинальной винтовой характеристике дизель может быть
перегружен только при превышении частоты вращения сверх но-
минальной. При других частотах вращения дизель остается недо-
груженным, если не предусмотрен отбор мощности на дополни-
тельные нужды.
При плавании судна в балласте изменяется крутизна винтовой
характеристики. Она становится «облегченной», что связано с
уменьшением осадки и, как следствие, снижением сопротивления
воды движению судна, а также с изменением условий обтекания
винта набегающим потоком. Поэтому при той же частоте враще-
ния гребного винта скорость судна возрастает, а относительная
поступь винта увеличивается по сравнению с расчетной.
В условиях эксплуатации довольно часто наблюдается так на-
зываемое утяжеление винтовой характеристики (кривые III и IV).
S.3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 227
15*
Рис. 5.14. Режимы совместной работы дизеля с ВФШ
Это может быть вызвано увеличением осадки, обрастанием кор-
пуса и повышением его шероховатости, влиянием мелководья,
буксировкой воза, тралением, работой на швартовах и др. При
работе по утяжеленной винтовой характеристике (рис. 5.14, кри-
вая III) допустимая нагрузка определяется положением точки Б
при пБ. Работе на швартовах соответствуют кривая IV; предельную
нагрузку по ней определяет точка Б' при пшвБ,. Точка В' при пшвВ,
соответствует нагрузке по внешней характеристике.
Изменение буксировочной мощности при увеличении осадки
судна может быть оценено по данным модельных испытаний, а
изменение пропульсивного КПД — по кривым действия винта.
Обрастание корпуса судна и винтов водорослями и животны-
ми организмами особенно интенсивно происходит при плавании
судна в тропических водах. Это приводит к увеличению сопротив-
ления воды движению судна и снижению КПД винта.
Аналогичное явление наблюдается при увеличении шерохова-
тости корпуса вследствие коррозии и износа обшивки. Обрастание
и износ обшивки корпуса приводят к повышению крутизны винто-
вой характеристики, а следовательно, и к возможной перегрузке
двигателя, если не предусмотреть снижения скорости судна.
Влияние обрастания и износа обшивки корпуса обычно оце-
нивается по опытным данным с учетом района плавания и срока
последнего докования. При плавании на мелководье и в узкостях
228
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
возрастание сопротивления воды движению судна вызывается по-
пы шением скорости потока воды, проходящей под судном и по
с го бокам. Это возрастание может быть соизмеримо с величиной
полного сопротивления при плавании на неограниченной воде.
На рис. 5.15 показано относительное возрастание сопротивле-
ния R при плавании на мелководье с различными скоростями по
отношению к плаванию в глубокой воде. Опытом установлено,
что влияние дна водоема начинает сказываться в тех случаях, ког-
да отношение глубины h к осадке судна Т становится менее 15.
Такое соотношение h/T наблюдается при плавании в реках, озе-
рах, в прибрежных районах. Для морских судов характерно плава-
ние на неограниченной воде, т.е. при значительных глубинах и
пдали от берегов. Вместе с тем по мере роста водоизмещения су-
дов и связанной с этим осадки отношение h/T может достигнуть
критического значения (А/Т < 15) и при морском плавании. Это
относится прежде всего к супертанкерам.
Следует отметить, что указанное отношение h/T < 15 относит-
ся к условиям плавания с умеренными скоростями, по мере уве-
н имения скорости влияние мелководья и узкостей может про-
явиться в большей степени.
Все изложенное заставляет учитывать влияние условий плава-
ния на распределение нагрузки на главные двигатели.
Режим траления является одним из основных установившихся
режимов работы дизельной установки траулеров и тральщиков.
Он характеризуется наличием дополнительного сопротивления,
создаваемого тралом, которое может в 8—12 раз превышать со-
противление корпуса судна. В связи с этим, а также по сообра-
жениям прочности троса и мощности лебедки буксировка трала
осуществляется при сравнительно небольших скоростях (2,5—5,5
уз). В ряде случаев может оказаться целесообразным вести трале-
Рис. 5.15. Относительное увеличение сопротивления й при
плавании судна на мелководье:
I — глубокая вода; 2 — мелководье (h/T = 1,5); 3 — мелководье (h/T = 1,3)
'',3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 229
ние при еще более низких скоростях. В связи с ростом сопротив-
ления воды и малой скоростью хода относительная поступь винта
\ резко падает; это приводит к снижению КПД винта. В итоге
возрастают мощность буксирования судна с заданной скоростью
Nr и мощность, подводимая к гребному винту NB. Крутизна вин-
товой характеристики изменяется (рис. 5.16).
Степень загрузки двигателя на режиме траления может изме-
няться в довольно широких пределах, она определяется мощнос-
тью лебедки, типом и размерами трала и распорных устройств,
длиной вытравленных ваеров, глубиной моря, характером грунта,
гидрометеорологическими условиями (наличие течений, ветра,
волнения), скоростью траления, типом судна и установки.
Режим буксировки. В режиме буксировки увеличивается со-
противление движению и ГД работает по винтовой характеристи-
ке, расположенной между номинальной и швартовной. Для обыч-
Рис. 5.16. Паспортная диаграмма пропульсивной установки БМРТ
типа «Пушкин»:
1 — свободный ход, штиль, осадка 5,2 м; 2-9 — ход с тралом на
глубине (2-50 м, длина ваеров 300-350 м, попутный ветер 3-4 балла;
3-50 м, штиль; 4 — 50 м ветер встречный 3-4 балла; 5 — 300-350 м,
длина ваеров 950 м, попутный ветер 5 баллов: 6 — 300-350 м, попут-
ный ветер 3 балла; 7 — 300-350 м, встречный ветер 3 балла; 8 — 300-
350 м, встречный ветер 5 баллов; 9 — 470 м, длина ваеров 1150 м,
попутный ветер 2-3 балла)
230
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
ных транспортных судов необходимость, как правило, сравни-
тельно непродолжительной работы в этом режиме возникает эпи-
зодически. Нагружение ГД в этой области не должно вызывать
дополнительных трудностей в эксплуатации. В случае же более
или менее продолжительной вынужденной работы ГД на пони-
женной частоте вращения КВ при максимальной подаче топлива,
т. е. на внешней характеристике, следует усилить контроль за па-
раметрами и состоянием ГД. При планируемом транспортному
судну задании с длительной буксировкой воза целесообразно из-
менить регулировку топливоподачи, уменьшить угол опережения
подачи топлива в цилиндр, особенно если значения при ра-
боте по внешней характеристике существенно выше значений, со-
ответствующих ограничительной характеристике.
Работа двигателя при буксировке воза характеризуется тем,
что в этом случае необходимо преодолевать большее сопротивле-
ние, чем при свободном ходе судна. Кроме того, вследствие возра-
стания упора на винты буксирующего судна при той же частоте
вращения вала КПД винтов уменьшается.
Суммарное буксировочное сопротивление R6, Н (если буксирует-
ся, к примеру, одно судно — баржа или воз), составит
R. + R, + Rj + Я + R,,
о 1 2 г.в блпр*
где Rx — сопротивление буксирующего судна; R2 — сопротивле-
ние буксируемого судна; R?g — сопротивление гребных винтов
буксируемого судна; R6mp — сопротивление буксирного троса.
Сумма R2 + Ree + R6mp определяет потребную тягу на гаке Q.
Мощность главного двигателя, кВт, необходимая для обеспече-
ния движения судна и буксируемого им воза с заданной скорос-
тью и, будет равна
где цв, Т| — КПД передачи и валопровода и пропульсивный
коэффициент.
Выше указывалось, что допустимая нагрузка на режимах бук-
сировки определяется точкой пересечения ограничительной
(внешней) характеристики с утяжеленной винтовой характерис-
тикой (см рис. 5.14, точка Б или В). Положение ограничительной
характеристики определяет приспособленность двигателя к бук-
сировочным режимам.
Из рис. 5.14 видно, что в установках с ВФШ на режиме букси-
ровки двигатель не может работать с номинальной частотой вра-
щения коленчатого вала и поэтому не в состоянии развить пол-
ную мощность.
5.3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
231
Важное значение имеет выбор в качестве буксира судна, име-
ющего легкий винт на режиме свободного хода. Это обстоятель-
ство учитывают при проектировании буксиров, и за основной рас-
четный часто принимают режим буксировки.
Работа на швартовах относится к числу наиболее тяжелых ре-
жимов ддя главного двигателя. Она наблюдается при проведении
так называемых швартовных испытаний. Швартовная винтовая
характеристика (см. рис. 5.14, кривая IV) проходит значительно
круче всех остальных. К швартовной может приближаться винто-
вая характеристика при стягивании аварийных судов с мели или
буксировке особо крупных возов. Большая крутизна швартовной
характеристики объясняется тем, что на этом режиме относитель-
ная поступь винта X равна нулю, а коэффициент момента к2ш
достигает наибольшего значения.
Располагая кривыми действия винта, можно определить к2ш, а
следовательно, момент на винте (Н*м) и мощность, отбираемую
винтом (кВт):
M,.K = k2u,'9’ni'DB’
Если принять, что Мви1= Мвн, можно вычислить максималь-
ную допустимую частоту вращения гребного винта на швартов-
ном режиме.
Как показано выше,
М,.ш. = к2ш'Р‘пш'°В-
Тогда при Мв н = Мв ш
в.ш
ПиГ
где к2н — коэффициент момента; пн — частота вращения на номи-
нальном режиме, 1/с.
По опытным данным, для транспортных судов пш = (0,65-0,8) пн;
для быстроходных судов со специальными обводами корпуса
пш = (0,4—0,5) Пн.
В связи с ограничениями по частоте вращения двигатель не
может развивать на швартовном режиме полной мощности (см.
рис. 5.14, точки Б', В').
Ход судна в балласте. При ходе судна в балласте сопротивление
движению корпуса в воде снижено, винт приближен к поверхнос-
ти воды и может быть даже частично оголен, упор на лопастях
понижен, относительная поступь винта увеличена, его характери-
стика [Ne =Дп)] более полога, чем винтовая эксплуатационная ха-
рактеристика для судна в грузу. В режимах работы ГД с нормаль-
232
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
ной эксплуатационной и номинальной частотами вращения КВ
нютветствующие мощности N3KC и ЛГН0М не достигаются. Несмот-
ря на это, при ходе в балласте обычно поддерживают частоту вра-
щения КВ, меньшую пэкс из-за сильных вибраций, особенно при
ходе судна на волнении, когда к резонансным колебаниям корпу-
са, вызванным работой ГД, добавляются колебания, возбуждае-
мые ударами волн (слеминг) и ветром. При отсутствии вибраций
•шетота вращения КВ может быть доведена до номинальной, а при
необходимости и выше (до 1,03ином). Длительная работа ГД на по-
ниженной нагрузке приводит к значительным загрязнениям Про-
ниных частей газовыхлопного тракта.
= D . ’Z0-6
91
5.3.2. Режим работы двигателя с ВФШ при редукторной
передаче
Наличие редукторной передачи позволяет существенно увели-
чивать упор и момент на гребном винте при неизменном значе-
нии мощности. В формуле мощности винта при этом должно со-
блюдаться равенство произведений
- ^л’пл-
Индекс 1 относится к винту установки без редуктора, индекс 2 —
к винту установки с редуктором. Значение диаметра винта Dg будет
(п ^3/5
д, = о, —
•2 ’>^Л,2
Подставив новое значение диаметра винта Dg2 в формулу упо-
ри и момента при редуцировании, получим:
Р2 = к1 •₽• °«2 "”>2 = kl 'P'Del •«»! Л0,4,
МЛ = *2 ’Р*'««2 = к2 -Р’-О»! ‘".I •' •
Приведенный ориентировочный вывод не учитывает ряда
факторов, влияющих на конечные результаты расчета, но показы-
вает качественную сторону явлений: при редуцировании и сохра-
нении прежней мощности упор возрастает пропорционально Z0’4,
и диаметр винта должен быть увеличен пропорционально Z0’6.
Расчет по выведенным формулам при Z = 2 дает увеличение
упора приблизительно на 30% (цифра, близкая к результатам, по-
лучаемым при подробном расчете).
Еще более значительное улучшение тяговых характеристик мо-
жет быть достигнуто путем использования многоскоростных редук-
торов. В качестве примера рассмотрим совместную работу двигате-
ли с ВФШ в установке с трехскоростным редуктором (рис. 5.17).
х.З. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
233
Рис. 5.17. Режим работы дизеля с ВФШ в установке с трехскоро*
стным редуктором:
а — изменение момента; б — изменение мощности
Кривые I, II, III представляют собой винтовые характеристи-
ки соответственно для свободного хода, режима буксировки и ра-
боты на швартовах. Путем подбора соответствующего передаточ-
ного числа редуктора можно обеспечить работу дизеля на номи-
нальной мощности по всем характеристикам (точки А, В и С). При
этом характеристики дизеля будут трансформироваться в редук-
торе в зависимости от принятого передаточного числа в характе-
ристики 1, 2, 3.
Поскольку изменение передаточного числа происходит сту-
пенчато, то тяговая характеристика пропульсивного комплекса
дизель-редуктор-винт определяется по ломаной линии 4, образо-
ванной из участков характеристик 1, 2, 3 и регуляторных характе-
ристик 5, 6.
Применение многоскоростных редукторов позволяет исполь-
зовать главные двигатели на всех рассмотренных режимах плава-
ния: свободном ходу, буксировке и работе на швартовах по харак-
теристике, приближающейся к характеристике постоянной мощ-
ности 7. При наличии односкоростного редуктора этого добиться
невозможно. Действительно, режимы совместной работы (для
случая, когда расчетным является режим свободного хода) будут
определяться точками A, Av А2.
Если за расчетный режим принят режим буксировки (точка
В), то на свободном ходу мощность двигателя определится пере-
сечением регуляторной характеристики 6 с винтовой характерис-
тикой свободного хода (точка D).
234
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
5.3.3 Режим работы двигателя при наличии в передаче
муфт скольжения
Выше рассматривались режимы работы главных двигателей в
одномашинных одновальных установках с постоянным соотно-
шением частоты вращения двигателя и гребного винта фиксиро-
1111 иного шага.
Рассмотрим теперь режим работы двигателя при наличии в
системе передачи соединительно-разобщительных муфт, работа-
ющих со скольжением ведомой части. К ним относятся гидромуф-
Н1 и электромагнитная муфта.
Режим работы дизеля с ВФШ при наличии гидромуфты опре-
деляют путем совместного рассмотрения характеристик двигате-
ия, винта и гидромуфты (рис. 5.18). Из рис. 5.18 видно, что при
свободном ходе и номинальной частоте вращения ведущего вала
допускаемая нагрузка на двигатель определится положением точ-
ки Л. При этом на ведущем валу будет развиваться номинальный
крутящий момент. Такой же момент передается на ведомый вал
। идромуфты, а значит, и на винт. Однако частота вращения п2 и
мощность на ведомом валу N2 будут зависеть от скольжения 5 в
Рис. 5.18. Характеристика дизельной установки
с гидромуфтой и ВФШ:
I, II — винтовые характеристики на свободном ходу и швартовах;
1 — характеристика гидромуфты при номинальной частоте вращения
недущего вала; 2, 3 — то же при 82 и 35% от номинальной; 4 — ограни-
чительная характеристика дизеля
Y3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 235
гидромуфте, определяемого отношением 5 =
”l-”2
.При полном
«1
заполнении муфты рабочей жидкостью и номинальной ее нагруз-
ке скольжение составляет 2—3% (в данном случае 5 = 0^03).
Скольжение и КПД гидромуфты связаны выражением
п2
'Пг.м - 1 - •
Следовательно, на свободном ходу при работе двигателя на
номинальных мощности и частоте вращения КПД передачи со-
ставляет
Лгм= 1 - 0,03 = 0,97,
#2 = 0,97^ = О,977Уе.
Подобным образом можно определить режим совместной ра-
боты всего пропульсивного комплекса при различных случаях
утяжеления винтовой характеристики. К примеру, на рис. 5.18
точка В определяет допустимую нагрузку и частоту вращения на
швартовном режиме. По моменту двигатель может загружаться
полностью, однако на мощность и частоту вращения накладыва-
ются определенные ограничения. Видно, что частота вращения
вала двигателя составляет 80% номинальной, при этом ведомый
вал будет вращаться с п2 « 0,70лг КПД передачи в этом случае
будет составлять ~87%. Регулирование частоты вращения ведомо-
го вала гидромуфты возможно двумя способами: изменением час-
тоты вращения ведущего вала или изменением степени заполне-
ния гидромуфты. Второй способ является менее целесообразным,
так как он приводит к существенному снижению КПД в связи с
увеличением скольжения.
На рис. 5.18 видно, что при наличии гидромуфты в принципе
возможна работа двигателя с полностью заторможенным движи-
телем. При частоте вращения вала двигателя, составляющей 35%
номинальной, развиваемый крутящий момент на ведущем валу
при полном затормаживании ведомого вала муфты не превышает
допустимого значения (точка С). Остается выяснить, обеспечива-
ется ли при данной частоте вращения вала устойчивая работа ди-
зеля.
Таким образом, наличие гидромуфты в передаче с ВФШ расши-
ряет эксплуатационные возможности дизельной установки и позво-
ляет полнее использовать энергетические возможности главных дви-
гателей при работе по утяжеленным характеристикам. Однако при
этом будет наблюдаться некоторое снижение экономичности.
Чаще всего гидромуфта находит, применение в многомашин-
ных дизель-редукторных установках.
236
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Режим работы дизеля на ВФШ через электромагнитную муф-
iv определяется при совместном рассмотрении характеристик
двигателя, гребного винта и муфты. Изменение скорости судна в
диапазоне полного и среднего значений обеспечивается путем из-
менения частоты вращения коленчатого вала двигателя при ми-
нимальном скольжении муфты (1,0—2,0%). В диапазоне малых
ходов судна, когда не представляется возможным обеспечить из-
менение скорости путем снижения частоты вращения коленчато-
ю вала [п < (0,3...0,35)«н], регулирования частоты вращения греб-
ного винта достигают путем изменения скольжения муфты, воз-
действуя на ток возбуждения в обмотке муфты, однако при этом
приходится идти на снижение КПД муфты.
По своим возможностям электромагнитная муфта схожа с гид-
ромуфтой, только включение и выключение, а также изменение
степени скольжения в электромагнитной муфте осуществляются
ьыстрее.
5.3.4. Особенности работы судового дизеля в системе
многовальных и многомашинных установок
Выше отмечалось, что в настоящее время находят распростра-
нение одно-, двух- и трехвальные установки, реже — установки с
Ьолыпим числом валов. Что касается агрегатирования двигателей,
ю чаще всего встречаются установки с двумя или тремя двигате-
иями, работающими на один вал. Не исключена возможность
объединения на одну линию вала и четырех двигателей.
В многовальных установках и установках с несколькими двига-
Iелями, работающими на один вал, значительно улучшается ис-
пользование их потенциальной мощности, если предусмотрена
возможность отключения отдельных двигателей. Как указывалось
выше, в одновальной установке с одним двигателем, непосред-
ственно соединенным с гребным валом, на режимах сниженной
частоты вращения появляются значительные мощностные резер-
вы, достигающие 30—35%, которые не всегда могут быть реализова-
ны. При наличии агрегатированных или многовальных установок
на режимах средних и малых ходов часть двигателей отключается. В
качестве соединительно-разобщительных муфт в агрегатированных
установках наибольшее распространение получили гидравличес-
кие, электромагнитные и многодисковые фрикционные муфты.
Рассмотрим характер распределения нагрузки на работающие
двигатели на примере одновальной двухмашинной установки при
работе двигателей на гребной вал через гидрозубчатую передачу.
Заметим, что нагрузка и частота вращения двигателя для номи-
нального ходового режима при этом назначаются так же, как при
Y3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 237
наличии прямой передачи. Дополнительные потери учитываются
при расчете КПД установки.
Предположим, что вращающий момент, поглощаемый греб-
ным винтом, при работе двух двигателей на один гребной вал рав-
номерно распределяется между двигателями.
Введем обозначения: т] — КПД редуктора и гидромуфты;
/р == п2/пх — коэффициент редукции частоты вращения; йв, п2, п1 —
частота вращения винта, ведомого и ведущего валов гидромуфты;
— крутящий момент на ведущем валу гидромуфты (на валу
двигателя).
Крутящий момент, передаваемый на ведомый вал гидромуф-
ты от одного двигателя,
М2 = Л/р
а момент, передаваемый на винт (если работают два двигателя),
Л/ = 2Л/, • z'tl. = 2Млпtl.
С другой стороны,
Мв ~ с • «в2 = с .
ip
Вращающий момент винта, приведенный к ведомому валу
гидромуфты,
If - If - М‘ - "2
M..V=2-M2- -CJ—
1Р Ч/) lp Ujo
Кривая изменения Мъ пр = Дл2) наносится на характеристику
гидромуфты (рис. 5.19). Здесь линии 1 и 2 показывают зависи-
мость Л/2 ~f(n7) для различной частоты вращения двигателя и при
подключении двух (2) или одной (1) гидромуфт. Кривая I пред-
ставляет собой винтовую характеристику М — приведен-
ную к ведомому валу гидромуфты, линии II и III — ограничитель-
ные характеристики по крутящему моменту при работе одного
или двух двигателей. Точки пересечения кривой I с кривыми 1 и 2
определяют режимы совместной работы двигателей с винтом при
наличии гидромуфты. По точкам пересечения кривых определя-
ют частоту вращения ведомого вала гидромуфты и винта, если из-
вестно пг При работе двух двигателей на номинальном режиме
(точка =
Когда через гидромуфту работает только один двигатель, а
другой отключен, поступают следующим образом. Поскольку
принято, что вращающий момент винта равномерно распределя-
ется между двумя двигателями, то при выключении одного из них
ограничительная характеристика М2 = const пересечется с винто-
238
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
ной характеристикой в точке В, По положению этой точки опре-
деляют максимально допустимую частоту вращения работающего
цвигателя nv а также частоту вращения ведомого вала гидромуф-
। ы п2. Частота вращения гребного вала будет равна пв = -f- и КПД
. П2
гидромуфты т» = .
г* П)
Имея совмещенный график (рис. 5.19), можно вычислить, при
каком диапазоне частоты вращения гребного вала (а значит, при
какой скорости судна) необходимо подключать в работу два дви-
гателя, а также какая скорость будет обеспечена работой одного
цвигателя. Наконец, можно определить потребную частоту вра-
щения вала двигателя при заданной скорости судна, если известна
кривая v5 = Дпв).
В многовальных многомашинных установках возможна так
называемая парциальная работа движителей и двигателей (т.е. ра-
бота части двигателей и линий вала). В многовальных однома-
шинных установках возможна парциальная работа только движи-
юлей.
Рис. 5.19. Распределение нагрузки в одновальной двухмашинной
установке
V3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
239
При работе всех линий вала нагрузка на один двигатель будет
определяться нормальной винтовой характеристикой. При этом
мощность, развиваемая каждым двигателем У,, кВт, при прямой
жесткой передаче, может быть вычислена по формуле
Nr
Ne~ X\-X\e-Z *
При парциальной работе движителей, т.е. при отключении
части линий вала, характер изменения мощности, отбираемой от
работающих двигателей, будет иной, так как увеличится сопро-
тивление воды движению судна и уменьшится пропульсивный
КПД винта. Увеличение сопротивления движению судна вызыва-
ется необходимостью перекладки руля для удержания заданного
курса при работе, например, одной бортовой линии вала. Кроме
того, дополнительное сопротивление будет оказывать застопорен-
ный винт /?зв (или свободно вращающаяся линия вала 7?св).
Таким образом, полное сопротивление R' будет
R' = R + Rp + R3e (Rce),
где Rp — сопротивление руля.
По опытным данным, степень утяжеления винтовых характерис-
тик при парциальной работе движителей в многовальных однома-
шинных установках составляет:
— для двухвальной установки при работе одной линии вала
= 1,2-1,25;
J е
— для трехвальной установки при работе одной линии вала
N'el
X' = 1,4...1,5;
— при работе двух линий вала
УД
= 1Д2...1Д6,
е
где Ne — мощность, отбираемая от двигателя при работе одной
линии вала в двухвальной установке; УД — то же в трехвальной
установке; У* — мощность, отбираемая от двигателей при работе
всех линий вала двухвальной установки; УД — мощность, отби-
раемая от каждого двигателя при работе двух линий вала трехваль-
ной установки; УД — то же при работе всех линий вала.
240
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигатели
5.3.5. Режимы совместной работы двигателя с винтом
регулируемого шага
Дизельные установки с ВРШ в настоящее время получили
широкое применение на судах различного назначения, особенно
таких, как буксиры, траулеры, паромы, транспортные рефрижера-
юры, спасательные, пожарные и др. Это объясняется особеннос-
гнми режимов их плавания, при которых в большей степени про-
являются преимущества ВРШ.
Известно, что полная мощность двигателя при номинальной
частоте вращения может быть использована только тогда, когда
мощность, потребляемая гребным винтом, будет равна мощности,
развиваемой двигателем. Для ВФШ равенство может быть достиг-
нуто лишь при определенной (расчетной) скорости судна.
При данной частоте вращения вала полное использование
мощности двигателей возможно, когда каждому значению сопро-
тивления судна будет соответствовать определенный шаг гребного
винта. Такое требование может быть выполнено только с помощью
ВРШ. Вместе с тем при использовании ВРШ появляется опасность
перегрузки двигателей в случае несогласованного управления час-
тотой вращения вала (цикловой подачей топлива) и шагом винта.
Из рис. 5.20, а видно, что при нагружении двигателя по нормаль-
ной винтовой характеристике ВФШ может перегрузить двигатель
только при превышении номинальной частоты вращения выше
точки 1 до внешней характеристики IV. В этой зоне винтовая харак-
теристика I будет проходить выше ограничительной II.
Поскольку частоту вращения легко контролировать, то слу-
чайные перегрузки маловероятны. При ВРШ (рис. 5.20, 5) пере-
грузка двигателя может произойти и на пониженных скоростных
режимах, например в зоне, начиная от точки 2, определяемой пе-
Рис. 5.20. Поле нагрузок при работе дизеля с ВФШ (а) и ВРШ (б)
1П СЭУ с две
V к Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
241
ресечением характеристики максимального шага винта III с огра-
ничительной характеристикой II и выше. Это объясняется тем,
что коэффициент к2, определяющий значение момента, потреб-
ляемого гребным винтом, у ВРШ может изменяться в .более ши-
роких пределах, чем у ВФШ, вследствие изменения как так и
шагового отношения H(D.
При использовании ВРШ следует учитывать изменение кри-
тических зон частоты вращения, связанных с опасными крутиль-
ными колебаниями. Двигатели, работающие на ВРШ, должны
быть снабжены всережимными регуляторами, обеспечивающими
устойчивый скоростной режим при любом шаге винта. Все осо-
бенности эксплуатации установок с ВРШ являются следствием
того, что мощность, потребляемая винтом, и момент сопротивле-
ния винта представляют собой функцию двух переменных — час-
тоты вращения и шагового отношения. Поэтому свойства уста-
новки с ВРШ на установившихся режимах отражаются несколь-
кими типами характеристик — винтовой, нагрузочной и характе-
ристикой постоянной скорости судна.
Винтовые характеристики ВРШ (рис. 5.21) представляют со-
бой семейство линий для различных Я/D. Наибольшую крутизну
имеет характеристика максимального шага ВРШ, наименьшую —
характеристика шага нулевого упора Но, т.е. нулевой скорости,
Указанные характеристики определяют область режимов, задава-
емых винтом. Отношение HQ/D для винтов обычной геометрии
лежит в пределах от —0,05 до +0,05. В широколопастных ВРШ
HJD может достигать 0,2.
242
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.22. Характеристики ГД при работе на ВФШ (а) и на ВРШ (б):
1, 2, 3, 3' — винтовые характеристики при ходе в грузу, в балласте, на
швартовах с ВФШ, на швартовах с ВРШ; 4, 5 — номинальная внешняя
и ограничительная характеристики; 6 — регуляторная характеристика
О 20 40 60 80
tlmin,
При работе на ВФШ (рис. 5.22) все возможные режимы на-
грузки на ГД располагаются в поле между винтовыми характерис-
тиками швартовного режима (максимальное сопротивление дви-
жению судна при его скорости, равной нулю) и хода в балласте
при небольшом (до 2 баллов) попутном ветре (минимальное со-
противление движению). При работе дизеля на ВРШ (рис. 5.22 б)
это поле расширяется в направлении более пологих «легких» вин-
товых характеристик (с уменьшением относительного шага винта
П/D до нуля). Крайняя швартовная характеристика соответствует
работе ВРШ с максимальным относительным шагом.
Фирма МАН для своих дизелей приводит винтовые характе-
ристики при работе на ВФШ и ВРШ на одной диаграмме в отно-
сительных координатах и/ином, Ne/Ne ном (рис. 5.23.), на которых
показаны допустимые режимы работы дизеля при различных ус-
ловиях работы судна.
Использовать в полной мере преимущества ВРШ и исключить
возможность перегрузки дизеля можно только при определенном
уровне автоматизации установок. Для построения системы управ-
ления ДУ с ВРШ, удовлетворяющей эксплуатационным требова-
ниям, необходимо установить критерии оптимальной работы ус-
тановки на различных режимах движения судна. Движительный
комплекс с ВРШ состоит из следующих элементов: ступицы с по-
воротными лопастями, исполнительного механизма изменения
5,3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 243
16*
Рис. 5.23. Характеристики ГД фирмы МАН при работе на ВФШ (а)
и на ВРШ (б):
1, 2, 3, 3' — винтовые характеристики при ходе в грузу, при нулевом
шаге ВРШ, на швартовах с ВФШ и ВРШ соответственно; 4, 5, 6 —
номинальная внешняя, ограничительная и регуляторная характеристи-
ки; I — продолжительные эксплуатационные режимы; II — допустимые
режимы на маневрах; III — тяжелые режимы при работе на ВФШ; IV —
комбинаторный режим при работе на ВРШ
шага (находится в ступице), гребного вала, внутри которого рас-
положен механизм дистанционного управления разворотом лопа-
стей, дистанционной системой контроля положения лопастей
(указателя шага). Привод механизма поворота лопастей может
быть гидравлическим или электромеханическим.
Фирма «МАН-Б и В Дизель», Alpha Diesel рекомендуют следу-
ющую программу ВРШ (рис. 5.24.) Эти ВРШ можно использовать
с двигателями мощностью от 250 до 15 000 кВт.
Стандартное оборудование винта включает четырехлопастной
ВРШ в сборе с валопроводом, дейдвудной трубой, внешним и
внутренним уплотнением и соединительным фланцем.
Расположение сервоцилиндра управления шагом зависит от
размера и использованного оборудования винта. Так, гидросерво-
механизм может быть расположен в редукторе, а при прямом со-
единении винта — в валопроводе. При использовании винтов с
диаметром ступицы 860 мм и более гидравлический сервомеха-
низм может быть расположен в ступице (рис. 5.25).
244
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Обозначения винта Alpha Diesel
V0 1080
I----------Диаметр спупицы ВРШ с моноблочной ступицей
(Гидорсервомеханизм в редукторе или валопроводе)
VSA 630
I----------Диаметр сервопоршня
Установленный на валу сервоблок
VBS Ю80
I__________ Диаметр ступицы винта
ВРШ с гидросервомеханизмам в ступице
Рис. 5.24. Программа гребных винтов
5.3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
245
a)
Рис. 5.25. Схемы установки ВРШ различных типов:
а — винт VB 740 с сервоблоком в редукторе, двигатель 12 V 23/30 А;
б — винт VB 980/VSA 630 с сервоблоком в валопроводе, двигатель
8L35MC; в — винт VBS1280 с сервоблоком в ступице, двигатель 8L40/54;
1 — двигатель; 2 — редуктор; 3 — валопровод; 4 — ВРШ; 5 — ступица
246
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
5.3.6. Особенности работы пропульсивного комплекса
с ВРШ
Лопасти гребных винтов регулируемого шага поворачиваются
вокруг осей, перпендикулярных оси валопровода. С поворотом
изменяется шаг винта. Один ВРШ гидродинамически эквивален-
тен бесчисленному множеству гребных ВФШ с неподвижными
лопастями.
Главные преимущества ВРШ: быстрое изменение шага на ходу
судна, что облегчает маневрирование (при нереверсивном ГД) и
позволяет изменять безразмерные гидромеханические характери-
стики винта, улучшая их сочетания со скоростью судна, его осад-
кой и сопротивлением движению. При этом частота вращения
коленчатого вала двигателя может оставаться на уровне номи-
нальной и после команды «стоп», а это дает возможность устой-
чиво получать любую малую скорость судна. Винты фиксирован-
ного шага обеспечивают наименьшую скорость судна только при
п ~ 30—40% номинальной частоты вращения. Поэтому при движе-
нии малым ходом приходится неоднократно производить пуск и
остановку ГД, что сказывается на его техническом состоянии.
Постоянная частота вращения вала дизеля, работающего на
ВРШ, в различных условиях работы судна позволяет легко реали-
зовать привод валогенератора. Полная мощность валогенератора
составляет 10—15% мощности ГД. На ходовом режиме и эта мощ-
ность может использоваться наполовину, в связи с чем следует
учитывать, что при длительной малой (до 60%) нагрузке главного
дизеля на ВРШ работа по нагрузочной характеристике неэконо-
мична. Поэтому бывает целесообразно пускать ДГ, а главный дви-
гатель эксплуатировать по винтовой характеристике на понижен-
ной частоте вращения.
Одностороннее вращение ВРШ уменьшает опасность полом-
ки лопастей во время движения судна во льдах при одновремен-
ном улучшении в этой обстановке маневрирования и проходимо-
сти. В установках с ВРШ облегчается решение задачи дистанци-
онного управления движением судна. Надежность и высокий
КПД на всех эксплуатационных режимах обеспечили преимуще-
ственное использование ВФШ на судах практически без ограни-
чения габаритных размеров гребного винта и подводимой мощно-
сти. Вместе с тем при работе двигателя на ВФШ по винтовым
характеристикам при пониженных частоте вращения и скорости
судна имеем значительное недоиспользование мощности и мо-
мента двигателя. Для обычных транспортных судов это обстоя-
тельство не имеет значения, так как при ограниченных изменени-
ях сопротивления корпуса, в области эксплуатационных режимов,
5.3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 247
нагрузки главных дизелей близки к оптимальным. Но для судов,
работающих в большом диапазоне изменения сопротивления дви-
жению (буксиров, траулеров, спасателей, специализированных
судов для ледовых условий плавания), жесткая связь винтовых ха-
рактеристик с частотой вращения не позволяет выбрать оптималь-
ные режимы нагружения двигателя.
Работа на ВФШ с постоянной скоростью и повышенных со-
противлениях движению обеспечивается значительным увеличе-
нием подачи топлива и момента, что при малом увеличении час-
тоты приводит к выходу на ограничительную характеристику и
неблагоприятно отражается на работе главного дизеля. Иногда для
буксиров необходимые тяговые характеристики обеспечиваются
установкой «тяговых» винтов, т.е. рассчитанных на использова-
ние полной мощности двигателя при ходе с возом. Очевидно, при
работе без воза такой винт оказывается легким и мощность глав-
ного дизеля также недоиспользуется.
В установках с ВРШ эти недостатки устраняются. При работе
с переменным сопротивлением (с тралом, буксиром, во льдах) пу-
тем разворота лопастей характеристики ВРШ приводятся в соот-
ветствие с нагрузочными и скоростными характеристиками дви-
гателя. Нагрузочные возможности ВРШ могут обеспечить посто-
янство скорости и мощности, т.е. работу по идеальной тяговой
характеристике Need ~ const (рис. 5.26). Реальным условиям нагру-
Рис.5.26. Диаграмма мощность — частота вращения пропульсив-
ного комплекса с ВРШ
248
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
жения соответствуют режимы в пределах ограничительной харак-
юристики главных дизелей. Важная особенность ВРШ — улучше-
ние маневренных качеств. Режимы разгона и торможения судна
осуществляются плавно путем разворота лопастей гребного вин-
га, а для перемены хода судна не требуется остановка и реверси-
рование главных дизелей.
При работе с ВРШ обычно системой управления главными
чизелями и гребным винтом реализуются два вида характеристик
(см. рис. 5.26): по линии 1 — нагрузочные п = const при перемен-
ном шаге; по линиям 2, 3 — комбинированные, получаемые воз-
действием на шаг и частоту вращения в соответствии с програм-
мой задания Н/D и п. При работе на стационарных режимах пол-
ного хода и во льдах используются режимы п = const. На перемен-
ных ходах задание режимов по комбинированной схеме обеспечи-
вает лучшую экономичность.
Вместе с тем при оценке эффективности пропульсивного ком-
плекса с ВРШ надо учитывать, что вследствие зависимости гидро-
динамических характеристик ВРШ от изменения шага на долевых
режимах условие X = const не выполняется и в отличие от ВФШ
при H/D < (///£))0 КПД винта т) и пропульсивный коэффициент т|
уменьшаются. Повышенные гидродинамические потери при ско-
ростях хода v < vQ вызывают увеличение мощности и расхода топ-
ни ва главным дизелем.
Возможность дополнительного изменения нагрузки дизеля
путем воздействия на шаг винта, с одной стороны, значительно
расширяет область эксплуатационных режимов, улучшает исполь-
ювание мощности и маневренные качества судна, компенсирует
влияние внешних факторов на характеристику винта и исключает
режимы работы в области «тяжелого» винта. С другой стороны,
при работе на ВРШ условия для перегрузки дизеля становятся бо-
лее вероятными, чем при работе на ВФШ. Эти обстоятельства
выдвигают специфические требования к системам управления,
защиты и к назначению режимов.
Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет система ди-
станционного автоматизированного программного изменения
шага и частоты вращения с комбинатором и регулятором нагруз-
ки (рис. 5.27). В многомашинных установках предусматривается
автоматическое распределение нагрузки между дизелями. Комби-
натор воздействует на всережимный регулятор дизеля и элементы
механизма изменения шага.
Регулятор нагрузки работает во взаимосвязи с регулятором
шага и датчиками входных сигналов по положению рейки топ-
ливных насосов и частоты вращения. Командные сигналы на за-
s. 3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
249
Рис. 5.27. Схема управления пропульсивным комплексом с ВРШ
(фирмы KaMeWa):
1 — комбинатор; 2,3 — регуляторы шага и нагрузки; 4 — датчики
входных сигналов; 5 — всережимный регулятор; 6 — механизм измене-
ния шага; 7 — ЦПУ; 8 — ходовой мостик
дание частоты вращения и шага Н винта вводятся рукоятками те-
леграфов на ходовом мостике или ЦПУ.
Особенности работы дизеля на ВРШ прослеживаются на всех
стадиях задания режимов. Пуск и прогревание дизеля произво-
дятся только с ЦПУ или с местного поста. Дизель работает в ре-
жиме холостого хода (ha = 0,3 /гном; п = 0,55 лном) при конструктив-
ном нулевом упоре винта. Только после прогревания и проверки
рабочих параметров управление передают на мостик и сообщают
о готовности дизеля.
В дальнейшем режим работы дизеля и скорость судна изменя-
ют перемещением рукоятки телеграфа на мостике. Командный
сигнал ТЛГ поступает в комбинатор и разделяется на сигнал за-
данного шагового отношения Н/D и частоты вращения в соответ-
ствии с диаграммой (рис. 5.28). Диаграммой охватываются все
возможные режимы работы установки при маневрировании и эк-
сплуатационных ходах судна. Штриховыми линиями показаны
характерные сочетания Н/D и п, при которых обеспечиваются
максимальная сила упора винта на швартовах и режимы длитель-
ной эксплуатационной и максимальной мощностей. Следует об-
250
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.28. Диаграмма комбинированного задания частоты враще-
ния и шага винта
ратить внимание на то, что комбинированное управление на ходе
«Вперед» распространяется только на область маневренных режи-
мов (ТЛГ < 8). При дальнейшем увеличении нагрузки воздействие
на шаг винта прекращается и на режимах полного хода (ТЛГ > 8)
дизель работает на характеристике ВФШ [(Я/Л)тах = const = 0,95].
Другие особенности работы дизеля определяются действием
регулятора нагрузки. В процессе маневрирования из-за инерции
судна и на установившихся режимах возможны перегрузки дизеля
или, наоборот, недоиспользование мощности. При использова-
нии регулятора нагрузки такие условия автоматически устраня-
ются корректированием шага винта.
Как отмечалось, входными сигналами для регулятора нагруз-
ки являются основные режимные параметры ha и п. Действуя со-
вместно с регулятором скорости, обеспечивающим заданную час-
тоту вращения, регулятор нагрузки при рассогласовании действи-
тельных и программных значений вырабатывает сигнал на разво-
\3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
251
Рис. 5.29. Программные характеристики регулятора нагрузки:
1 — перегрузочная; 2 — номинальная; 3 — эксплуатационная;
4, 5 — частичные
рачивание лопастей винта так, чтобы сохранить соответствующее
значению лзад положение органа управления подачей топлива ha.
Следовательно, при всех внешних возмущениях путем изменения
шага винта стабилизируются момент и мощность двигателя. Как
видно из рис. 5.29, программами ha(ri) охватывается большая об-
ласть нагрузок и частот вращения. Очевидно, 100%-ная програм-
ма не должна выходить за пределы ограничительной характерис-
тики дизеля по Ре ДМ1 или ha доп.
Задание программ регулятора нагрузки возможно только из
ЦПУ и производится в соответствии с техническим состоянием
дизеля или спецификой работы судна. Выбор оптимальных про-
грамм особенно важен для траулеров, буксиров, судов ледового
плавания, так как позволяет существенно улучшить тяговые свой-
ства и без перегрузки дизеля получить необходимую скорость во
льдах, с тралом или буксиром. С использованием регулятора на-
грузки решаются и другие важные задачи по оптимизации управ-
ления дизелями:
252
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
• оптимизируется подача топлива во всем диапазоне скорост-
ных режимов независимо от обрастания, глубины под ки-
лем, мертвой зыби, встречного ветра;
• улучшаются маневренные качества судна и сокращается
тормозной путь при экстренной остановке, так как измене-
ние подачи топлива следует оптимальной зависимости
ha(n);
• осуществляется автоматическая защита дизеля от перегруз-
ки при выходе из строя ТНВД, форсунок отдельных цилин-
дров, а при внезапном разобщении муфт или остановке ди-
зелей в многомашинных установках режимы работы осталь-
ных дизелей определяются программой ha(n);
• обеспечивается лучшее использование ресурса дизеля путем
переключения программ и приведения их в соответствие с
состоянием дизеля, сортом применяемого топлива;
• стабилизируется частота вращения на режиме работы с ва-
логенератором при переменных внешних условиях, а при
колебаниях тока в цепи валогенератора поддерживается
полная загрузка главных дизелей.
Регулятор нагрузки осуществляет только автоматическое кор-
ректирование шага по фактической частоте вращения, а не авто-
матический выход на режим полного хода по временной програм-
ме. Тем не менее, он предохраняет дизели от небрежного обраще-
ния с рукоятками управления на мостике или в ЦПУ. Его динами-
ческие характеристики удовлетворяют требованиям переходных
режимов при маневрировании, в том числе в таких тяжелых усло-
виях, как быстрое изменение шага винта с полного хода вперед на
полный ход назад.
Во избежание частых изменений положения лопастей винта
регулятор настраивают на воздействие сравнительно плавных вне-
шних возмущений (длительность возмущения более 5 с, зона чув-
ствительности ±1,5—2%) и в штормовых условиях, как правило, не
используют.
В основном на ВРШ работают среднеоборотные дизели с ре-
дукторной передачей, система непосредственного реверсирова-
ния которых может сохраняться как резервное средство при зак-
линивании лопастей гребного винта. В этом случае снимается
блокировка, препятствующая подключению муфт к неработаю-
щим дизелям, и при включенных муфтах производятся одновре-
менный пуск главных дизелей, маневрирование и нагружение по
характеристике ВФШ.
5.3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
253
5.3.7. Характеристики пропульсивного комплекса
с электрической передачей мощности на гребной винт
Режим работы дизеля определяется при совместном рассмот-
рении характеристик гребного винта и гребного электродвигателя
и ограничительных характеристик дизеля (рис. 5.30).
Механическая характеристика гребного электродвигателя дол-
жна быть такой, чтобы исключалась возможность перегрузки
электрогенераторов и дизелей. Если за ограничительный параметр
принять постоянство мощности электродвигателя #эд = const, то в
координатах =f (пв) кривая N = Мэл пв = const будет выраже-
на в виде параболы (кривая 4). Условие сохранения постоянной
нагрузки на дизель будет выражаться следующим образом:
М-п
N = ------
е 160т|и ’
где Г|и — КПД электропередачи;
п — частота вращения, с-1.
При свободном ходе режим полной нагрузки на дизель опре-
деляется точкой А. Видно, что на буксировочных и швартовном
режимах (точки В и С) кривая равной мощности (ограничитель-
ная характеристика дизеля) проходит ниже характеристики греб-
Рис. 5.30. Характеристика пропульсивного комплекса
с электропередачей:
1-3 — винтовые характеристики свободного хода, буксировки, швар-
товного режима; 4 — ограничительная характеристика (Л/эд = const);
5-7 — механическая характеристика гребного электродвигателя
254
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.31. Характеристики пропульсивного комплекса буксира-
спасателя «Атлант» на номинальном и частичных режимах:
I, II — винтовые характеристики на свободном ходу и швартовах; III —
характеристика Ne = const
ного электродвигателя (кривая 5); это свидетельствует о том, что
па данных режимах возможна перегрузка дизеля. Для устранения
перегрузки необходимо уменьшить возбуждение генератора или
)лектродвигателя (кривые 6 и 7), что в современных установках
осуществляется автоматически. Это особенно необходимо для су-
дов с часто меняющимися условиями плавания (например, судов
ледового плавания). При переходе на режим свободного хода для
более полного использования энергетических возможностей ди-
зелей и повышения экономичности установки в целом необходи-
мо вновь устанавливать режим совместной работы пропульсивно-
го комплекса по кривой 5.
Режимы частичных нагрузок дизель-электрической установки
обеспечиваются либо регулированием тока возбуждения генера-
юров, либо изменением частоты вращения дизеля, либо тем и
другим. В качестве примера можно привести характеристики про-
пульсивного комплекса буксира-спасателя «Атлант» (рис. 5.31) на
поминальном и частичных режимах. Кривые 1-4 показывают из-
V3. Установившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
255
менение тяговых характеристик гребного электродвигателя при
частоте вращения вала дизеля соответственно 810, 760, 710,
660 мин-1. Тяговые характеристики 5 и 9 получены при постоян-
ной частоте вращения вала двигателя (генератора), но при разных
токах возбуждения.
Для комбинированного способа регулирования получены
кривые 6—8, 10—12.
В многомашинных установках на частичных режимах целесо-
образно отключать часть дизель-генераторов.
5.4. Неустановившиеся режимы работы
пропульсивного комплекса
При постоянной скорости судна полезный упор Ре винта пре-
одолевает нормальное сопротивление воды корпусу судна R и вы-
полняется условие
Pe = R.
В процессе эксплуатации судна на ряде режимов — таких, как
страгивание с места и разгон, реверсирование, плавание в штор-
мовую погоду, в ледовых условиях и др. — нарушается равенство.
Это приводит к изменению нагрузок на двигатель, которые могут
превысить допустимые. В связи с этим возникает необходимость
рассмотреть основные неустановившиеся режимы работы двига-
телей в составе пропульсивной установки с учетом типа движите-
лей и передач. Анализ такого рода режимов позволит более обо-
снованно оценить преимущества и недостатки различных типов
движителей, передач, схем установок и типов главных двигателей.
5.4.1. Страгивание судна и его разгон
Указанные режимы встречаются как при повседневной эксп-
луатации судов, так и в аварийных ситуациях, например при сня-
тии судна с мели.
Характерным и часто встречающимся примером разгона судна
является работа траулеров на промысле в период травления вае-
ров (тросов). Здесь главные двигатели за сравнительно короткий
промежуток времени (менее 1 мин) должны обеспечить увеличе-
ние скорости с малого хода до полного.
При страгивании с места и разгоне судна кроме сопротивления
воды необходимо преодолеть еще силу инерции массы судна. Поэто-
му движущая сила и момент винта в этих случаях могут быть больше,
чем при установившемся движении судна с заданной скоростью.
Возможны два случая разгона судна: с превышением и без пре-
вышения максимально допустимого крутящего момента.
256 Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
В момент страгивания скорость судна равна нулю, следователь-
но, и относительная поступь винта близка к нулю (кр « 0). Поэтому
коэффициент момента к2стр имеет почти максимальное значение.
Двигатель и винт уже работают с некоторой частотой вращения
н . Поэтому момент, потребляемый винтом, будет равен
Метр ~ ^2стр * Р * Пстр * '
Поскольку ^2стр= const (в момент страгивания, пока кр ~ 0),
момент винта будет зависеть только от частоты вращения пстр,
принятой на режиме страгивания. При очень высоком значении
и вращающий момент может оказаться, как и при работе на
швартовах, чрезмерно большим, и двигатель будет перегружен.
Разгон судна обычно идет с нарастанием частоты вращения
гребного винта по времени. В зависимости от интенсивности на-
растания устанавливается и характер изменения вращающего мо-
мента во времени.
Уравнение движения судна в период разгона имеет следую-
щий вид:
=0,
где — суммарный эффективный упор гребных винтов; R —
общее сопротивление воды и воздуха; Gc — масса судна; AGB —
присоединенная масса воды; v — скорость движения судна отно-
сительно спокойной воды.
При разгоне судна
dv
LP > R, т.е. — > 0.
е dt
С изменением скорости судна возрастает 7?; относительная
поступь винта X также постепенно растет, уменьшается коэффи-
циент упора ку, а КПД винта увеличивается. Вместе с тем коэф-
фициент момента к2 падает, и это может привести к снижению
вращающего момента Мд.
Нагрузка на двигатель при непосредственной передаче на
ВФШ может быть определена из уравнения равенства моментов
на гребном валу и валу двигателя:
dw dw
Мв + Мв.мех± ~ Мд.и ~ Мд.мех±1д^ >
dw dw
откуда Мди = Мв + Мвма + Мд+ /в - ± 1д - ,
где Md и — индикаторный момент, развиваемый двигателем; Мв —
момент, потребляемый гребным винтом; Мв мех — момент от меха-
5.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 257
17 СЭУ с две
нических потерь в системе валопровода; Мдмех — момент от меха-
нических потерь в дизеле; 1д, 1в — момент инерции вращающихся
масс дизеля и элементов валопровода.
На Мд и наибольшее влияние оказывает момент, потребляемый
dw dw
винтом Ма. Такие же составляющие, как L— и / , имеют су-
в ° dt в dt
щественное значение на переходных режимах, протекающих до-
вольно быстро.
Изменение нагрузки на двигатель в период разгона судна мо-
жет быть проиллюстрировано рис. 5.32. В установке с прямой пе-
редачей на ВФШ при отсутствии разобщительных муфт во время
пуска двигателя одновременно начинает вращаться гребной винт.
В первый момент скорость судна близка к нулю, поэтому нагрузка
на дизель будет изменяться по швартовной винтовой характерис-
тике NM до пересечения ее с регуляторной характеристикой Np}
(участок 1—2), соответствующей определенному положению ры-
чага управления всережимным регулятором. Далее по мере увели-
чения скорости судна нагрузка снижается по регуляторной харак-
теристике (участок 2—3). В точке 3 судно заканчивает разгон до
скорости, определяемой нормальной винтовой характеристикой II.
Дальнейший разгон до достижения требуемой скорости часто осу-
ществляется по ступеням скорости или частоты вращения гребно-
го вала (участки 3—14). Для этой цели рукоятка управления всере-
жимным регулятором устанавливается в ряд промежуточных по-
ложений, соответствующих регуляторным характеристикам. На
рис. 5.32 показан график разгона по ступеням скорости. Обычно
на каждой ступени делается выдержка, необходимая для достиже-
ния соответствующей скорости судна и для установления тепло-
вого состояния двигателя. Заштрихованные площадки соответ-
ствуют работе, затрачиваемой дополнительно для разгона судна.
Ступенчатый разгон позволяет затрачивать меньшую работу и ис-
ключает вероятность перегрузки двигателя.
При экстренном разгоне рукоятка управления всережимным
регулятором после запуска двигателя сразу переводится из поло-
жения Мр1 в положение, соответствующее полной частоте враще-
ния коленчатого вала. Рейка топливного насоса передвигается ре-
гулятором в положение максимальной подачи. Это приводит к
тому, что изменение мощности и частоты вращения в период раз-
гона происходит по более крутой характеристике (на рис. 5.32 —
по характеристике, соответствующей относительной скорости
судна у = 0,4). В точке 15 двигатель выходит на внешнюю харак-
теристику I. При дальнейшем разгоне нагрузка на двигатель будет
258 Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.32. Изменение нагрузки на двигатель в период разгона
судна
изменяться по внешней характеристике (участок 15—14). Точка 14
характеризует нагрузку по окончании разгона. На рис. 5.32 пока-
зана динамика изменения нагрузки на двигатель в процессе разго-
на судна в предположении, что при медленном разгоне нагрузки
будут в основном определяться положением нормальной винто-
вой характеристики, а при быстром разгоне двигатель будет выхо-
дить на внешнюю характеристику. В этом случае двигатель пере-
гружается по моменту.
Выше рассматривался режим разгона при наличии ВФШ. Ус-
тановка с ВРШ обеспечивает более быстрое протекание процесса
из-за возможности полного использования мощности двигателей
и получения более высоких тяговых характеристик. В пропуль-
сивных установках с ВРШ ГД после запуска может некоторый пе-
риод работать вхолостую с эксплуатационной частотой вращения
S.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 259
17*
КВ либо будучи разобщенным с гребным валом в соединительной
муфте, либо при нейтральном положении лопастей ВРШ. Даль-
нейшее нагружение ГД для получения судном хода и развития
нужной скорости осуществляется разворотом лопастей ВРШ. Оно
также должно быть ступенчатым с выдержками на каждом проме-
жуточном режиме нагружения для постепенного разогрева всех
частей дизеля по мере увеличения цикловой подачи топлива. В
противном случае, так же как и при быстром нагружении ГД, ра-
ботающего на ВФШ, возможны нарушения нормальной работы
ГД, отказы.
Для предупреждения отказов в системе ДАУ ГД вводятся вре-
менные программы управления. Такие программы реализуются в
оптимизаторе, который получает информацию от тахогенератора
и датчика топливоподачи, т.е. от положения рейки ТНВД.
Защита от перегрузки дизеля осуществляется во всем диапазо-
не изменения частоты вращения путем уменьшения шага винта.
Роль регулятора нагрузки выполняют устройства автоматической
коррекции шага, позволяющие стабилизировать режим работы.
Действуя совместно с регулятором скорости, поддерживающим
заданный скоростной режим (n = const), регулятор нагрузки при
различных внешних воздействиях на винт (встречный ветер, вы-
ход на мелководье, в лед и т.п.) изменяет положение лопастей так,
чтобы сохранилось неизменным заданное программой положение
органа управления подачей топлива h = f(n), при этом сохраня-
ются значения Ре и Ne дизеля. Режимы работы ГД устанавливают-
ся в соответствии с программной характеристикой АТр =Дл) (рис.
5.33), которая не должна выходить за пределы ограничительной
характеристики дизеля Лтрдоп = fin). Это достигается настройкой
регулятора нагрузки.
Настройкой регулятора нагрузки можно также задавать опти-
мальные программы нагружения дизеля для обеспечения эконо-
мичности, допустимых нагрузок, мощности, что особенно важно
для судов, работающих в широком диапазоне изменения сопро-
тивления движению судна (буксиры, траулеры). Регулятор нагруз-
ки обычно осуществляет только автоматическую коррекцию шага
при заданной частоте вращения, а не автоматический выход на
режим полного хода по временной программе.
Система программного ограничения нагрузки вступает в дей-
ствие во всех случаях, когда фактическая топливоподача превы-
шает допустимую при данной частоте вращения, что возникает не
только во время нарушения статического режима работы ДЭУ под
действием внешних возмущений, но также при быстром увеличе-
нии топливоподачи во время пусков дизеля. При этом регулятор
260
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.33. Программные характеристики регуляторов нагрузки:
а — дизели 6RD76 (т/х «Новомиргород») при настройке на 0,97Реком (1)
и 0,91 Реиом (2); б — дизели PC-2V400 (т/х «Инженер Сухоруков»);
А — холостой ход при нулевом шаге ВРШ; В — момент начала работы
регулятора нагрузки (момент загорания сигнальной лампы);
С — режим работы ГД на номинальной частоте вращения дизеля;
D — управление ДЭУ по нагрузочной характеристике (п = 505 мин“1)
5)
ограничения нагрузки действует как замедлитель нагружения ГД,
что играет положительную роль при вводе ДЭУ в ходовой режим,
но нежелательно при маневрировании судна в экстремальных ус-
ловиях.
Большинство фирм, поставляющих ВРШ и системы управле-
ния, реализуют в своих системах определенные отработанные
программы изменения шага винта и частоты вращения (рис. 5.34)
Рис. 5.34. Программы
изменения шага винта и
частоты вращения КВ:
1 — частота вращения КВ;
2 — шаг винта; 3 — кривая
предельной мощности
5.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
261
П/Пнон
Рис. 5.35. Временные программы управления ДАУ «Гром» глав-
ных дизелей 9 ДКРН 80/160-4 на судах типа «Капитан Гаврилов»:
1 — программа разогрева; 2 — характеристика движения рукоятки
машинного телеграфа; 3 — программа охлаждения; 4 — экстренная
программа
Оптимальные временные программы разогрева и охлаждения
дизеля составляют при условии, что температурный градиент в
стенке деталей ЦПГ может достигать значений, соответствующих
режиму полного хода, но не превышать их (рис. 5.35).
Программы «Маневры» допускают быстрое исполнение зада-
ния только в пределах среднего хода; если задан режим, близкий к
режиму полного хода, то исполнение программы будет задержано
нормальной программой на несколько минут.
Аварийные программы реализуются по прямолинейному за-
кону, при их включении отключаются системы автоматической
защиты ГД, кроме защиты от разноса.
При отсутствии программ разогрева и останова в нормальных
условиях работы не следует быстро переводить рукоятку управле-
ния из положения полного хода в положение ниже среднего хода.
Для предстоящих маневровых режимов необходимо либо обеспе-
чить медленное и равномерное — в течение 0,5—1,0 ч — снижение
нагрузки ГД до режима среднего хода, либо отработать в режиме
среднего хода не менее 20—30 мин. После этого любые маневро-
вые режимы практически безопасны с точки зрения надежности
деталей ЦПГ.
5.4.2. Реверсирование движительного
комплекса с ВФШ
По условиям плавания возникает необходимость осуществ-
лять реверсирование судна или резкое его торможение. Указан-
ные маневры выполняются в общем случае изменением направле-
ния действия упора, создаваемого гребным винтом. В винтах фик-
сированного шага это осуществляется изменением направления
262 Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
вращения, а в винтах регулируемого шага — изменением положе-
ния лопастей. Частота реверсирования определяется назначением
судна и условиями плавания. Наиболее часто осуществляется ре-
версирование на судах рыбопромыслового, речного флота, на су-
дах ледового плавания, буксирах и др.
Главные двигатели в процессе реверсирования работают на
неустановившихся режимах, так как непрерывно изменяются вра-
щающий момент и частота вращения гребного винта, в связи с
чем в широких пределах изменяются нагрузки на двигатели. Дли-
тельность действия, величина и характер изменения нагрузки за-
висят от размера, типа и скорости судна, а также от типа установ-
ки, передачи, движителя.
Основная сложность реверсирования состоит в том, что необ-
ходимо быстро затормозить движущиеся массы дизеля и преодо-
леть отрицательный момент гребного винта, работающего в тур-
бинном режиме.
Режим реверсирования ГД при работе его с прямой передачей
мощности на ВФШ, в отличие от режимов пуска и нагружения,
опасных тепловыми перегрузками, характерен более высокими
механическими перегрузками. Работа ГД в первый период после
реверса, когда судно все еще с достаточной скоростью идет впе-
ред, а винт работает в режиме хода назад, является типичным слу-
чаем работы по крутой винтовой характеристике с высокими зна-
чениями передаваемого крутящего момента.
Изменение нагрузок на дизель при реверсировании определя-
ется уравнением движения элементов пропульсивного комплекса:
J~^ = МкР ~ Мвмех ~ Мв (5.21)
ИЛИ
dw
jj, - + ми- мв,
где J — момент инерции движущихся масс дизеля, валопровода,
гребного винта, приведенный к оси вала; Мкр — крутящий момент
дизеля; М ~ Мл „„ + Me — суммарный момент от механичес-
ких потерь системы дизель-винт.
В процессе реверсирования изменяются все составляющие,
входящие в уравнение (5.21). Анализ этих изменений целесооб-
разно выполнять, разделив весь процесс реверсирования на от-
дельные фазы.
Направление вращения гребного винта можно изменять при
различных скоростях судна. В установках с прямой жесткой пере-
5.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
263
дачей на ВФШ направление вращения гребного винта изменяется
реверсированием дизеля.
Рассмотрим динамику изменения нагрузки и частоты враще-
ния вала двигателя в процессе реверсирования применительно к
дизельной установке с ВФШ.
Весь процесс реверсирования установки с ВФШ можно разде-
лить на четыре фазы (рис. 5.36). Первая фаза — от момента вык-
лючения подачи топлива до начала торможения дизеля воздухом
(участок abc). Длительность этой фазы составляет 3—10 с. Выклю-
чение подачи топлива приводит к тому, что индикаторный мо-
мент дизеля становится равным нулю и частота вращения его вала
под тормозящим действием моментов сопротивления винта и ме-
ханических потерь резко снижается, достигая к концу периода
(О,З...О,5)«Н.
Уравнение движения пропульсивного комплекса для рассмат-
риваемой фазы примет вид
dw
7 = + м>
Падение частоты вращения приводит к некоторому росту от-
носительной поступи винта кр (так как скорость поступательного
движения судна сохраняется почти неизменной); коэффициент
момента к2 уменьшается. Совместное влияние п и к2 приводит к
резкому снижению момента винта Мв, который может принять
отрицательное значение (турбинный режим; точка Ь). Это вызовет
замедление падения частоты вращения гребного винта. Чтобы ус-
корить торможение гребного винта, используют контрвоздух. Оп-
тимальный момент начала подачи контрвоздуха зависит от типа и
мощности дизеля и оговаривается в инструкциях по эксплуата-
ции. Можно указать, что контрвоздух следует подавать лишь пос-
ле того, как частота вращения коленчатого вала двигателя снизит-
ся до п — (0,3...0,4)лн, чтобы предотвратить возникновение опас-
ных давлений в цилиндре. В конце первой фазы момент гребного
винта становится равным моменту от механических потерь (но
противоположно направленным); происходит как бы свободное
вращение системы (свободный выбег судна — линия be). Если при
этом не подать в цилиндры реверсивного двигателя контрвоздух
(или выключить муфту реверса в нереверсивных двигателях), то
свободный выбег судна будет продолжаться до полной остановки
судна (линия £с0).
Вторая фаза — от начала подачи контрвоздуха (или включе-
ния муфты реверса) до остановки гребного винта (участок cde).
Это фаза более кратковременная, чем первая. Здесь момент греб-
264
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.36. Изменение относительных значений индикаторного
момента двигателя Мц и гребного винта Мв в процессе реверси-
рования установки с ВФШ:
А — статическая винтовая характеристика переднего и заднего хода;
1,1' — внешние характеристики переднего и заднего хода; 2, 2' —
регуляторные характеристики переднего и заднего хода
кого винта вначале растет, а затем падает. Величина момента в
конце второй фазы (точка е) зависит от начальной скорости судна
(до реверсирования). В начале второй фазы резко возрастает ин-
дикаторный момент двигателя Мди (линия сс'). По абсолютной
величине он превышает момент винта и механические потери,
вместе взятые. Это обеспечивает быструю остановку системы.
Третья фаза — от начала вращения винта в обратном направ-
лении до остановки судна (участок efg). По времени эта фаза явля-
ется более продолжительной. В течение третьей фазы дизель сна-
чала раскручивается воздухом, а затем переходит на работу на топ-
ливе. Частота вращения гребного вала возрастает, а скорость суд-
на падает из-за неравенства Ми > Мв + Мм. Относительная по-
ступь винта кр и коэффициент момента к2 вновь возрастают, дос-
тигая в момент остановки экстремального значения. Индикатор-
ный момент двигателя изменяется по кривой е', е", f”, f'fg.
Четвертая фаза — от момента остановки судна до установив-
шегося заднего хода (участок ga"). По мере роста скорости судна
увеличивается, к2 уменьшается. Режим заднего хода стабилизи-
руется в момент установления равенства Ми = Мв + Мм (точка а").
5.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 265
На рис. 5.36 видно, что при реверсировании судна на меньших
скоростях максимальные значения отрицательного момента во
второй фазе реверсирования снижаются.
5.4.3. Реверсирование движительного
комплекса с ВРШ
В установках с ВРШ реверсирование судна осуществляется
разворотом лопастей гребного винта, а двигатель сохраняет пре-
жнее направление вращения. Остановки двигателя не требуется.
В общем случае реверсирование может осуществляться разворо-
том лопастей через нулевой или бесконечный шаг (флюгерное
положение). В дизельных установках второй способ не применя-
ется ввиду значительного увеличения момента сопротивления
винта и опасности перегрузки дизеля. При реверсе через нулевой
шаг нагнетающая стенка винта становится засасывающей, а вход-
ная кромка остается входной, в то время как у ВФШ входная
кромка становится выходной.
Процесс реверсирования установки с ВРШ разбивается на три
этапа: 1) изменение шага ВРШ от начального до конечного значе-
ния; 2) торможение судна под действием упора, создаваемого
ВРШ (этап заканчивается моментом остановки судна); 3) разгон
судна в обратном направлении до требуемой скорости. Основное
значение имеют первые два этапа. Они протекают, по существу,
одновременно, поскольку уменьшение шага винта приводит к
снижению скорости судна, и еще до окончания перекладки лопа-
стей упор становится отрицательным.
Изменение шага винта на первом этапе происходит довольно
быстро, а скорость судна снижается медленно. В связи с уменьше-
нием шага винта частота вращения вала несколько возрастает, а
относительная поступь винта снижается. Поскольку установки с
ВРШ, как правило, снабжены всережимными регуляторами, то
увеличение п бывает непродолжительным. По мере уменьшения
шага винта (Н/D) снижается скольжение винта 5=1— „ , п
И / D
На первом этапе вследствие уменьшения шага снижается мо-
мент сопротивления винта Мв (рис. 5.37). Ввиду некоторого запаз-
дывания работы регулятора момент, развиваемый дизелем Мкр,
оказывается больше Мв. Это вызывает временное увеличение час-
тоты вращения вала двигателя. После срабатывания регулятора
подача топлива уменьшается и Мкр падает. При дальнейшем пово-
роте лопастей наступает такой момент, когда Мв становится боль-
ше М и частота вращения вала несколько падает.
266
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.37. Характер изменения крутящего момента двигателя
AfKp, момента сопротивления винта Мв, его частоты вращения лв
и скорости судна vs в процессе реверсирования
После действия регулятора наступает равновесие моментов на
валу двигателя и винта. На рис. 5.37 показано, что в некоторый
момент процесса реверсирования Мв становится отрицательным.
Однако так бывает не всегда; в ряде случаев минимальное значе-
ние момента сопротивления составляет 30-35% начального. На
втором этапе реверсирования крутящий момент на валу двигателя
может превысить номинальное значение, особенно при экстрен-
ном реверсировании. Это обусловливает необходимость иметь
определенный запас по крутящему моменту, особенно для тех су-
дов, у которых экстренное реверсирование может случаться часто.
В связи с перегрузками по крутящему моменту режимы рабо-
ты ГД на задний ход имеют дополнительные ограничения. С пол-
ным разворотом лопастей в положение работы на задний ход суд-
но продолжает двигаться вперед, и ГД, если позволяет его защита,
начинает работать в режиме перегрузки с сохранением частоты
вращения КВ, обеспечиваемой регулятором скорости. Обычно ГД
защищен от чрезмерного увеличения цикловой подачи топлива
прежде всего упором топливной рейки. В системах совместного
управления ГД и ВРШ в этих случаях срабатывает сигнал от регу-
лятора частоты вращения КВ и положения ТР на МИШ, и после-
дний снижает угол разворота лопастей (геометрический шаг вин-
та заднего хода), а затем, по мере снижения скорости хода вперед,
5.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 267
автоматически увеличивает его вплоть до полного при продолжа-
ющемся еще ходе судна вперед. Эти функции выполняет регуля-
тор нагрузки.
При реверсировании ЭУ с ВРШ отпадает необходимость
включения и выключения муфт. При развороте лопастей ВРШ на
задний ход упор переднего хода исчезает и появляется упор задне-
го хода, который достигает максимального значения, а затем сни-
жается до некоторого постоянного значения, сохраняющегося до
полной остановки судна. Во избежание чрезмерного роста момен-
та необходимо регулировать скорость изменения шага ВРШ. Все
установки с ВРШ следует оснащать всережимными регуляторами
и обеспечивать совместное управление ВРШ и дизелем. На мно-
гих судах предусматривается одновременное управление положе-
нием лопастей ВРШ и подачей топлива с помощью одной рукоят-
ки, что обеспечивает быстрое реверсирование без перегрузки по
крутящему моменту.
5.4.4. Реверсирование пропульсивного комплекса
с гидравлической передачей и реверсивной муфтой
Гидродинамические передачи улучшают реверсивные свой-
ства дизельной установки; сокращается время реверсирования.
Кроме того, появляется возможность осуществлять реверсирова-
ние гребного винта при любой скорости судна без опасности пе-
регрузки двигателя и его заглухания.
Эффективность реверсирования гребного винта в установках с
гидротрансформаторами объясняется особенностями этой переда-
чи. Они состоят в том, что торможение гребного винта производит-
ся при крутящем моменте, значительно превышающем полный
момент двигателя. При последующем реверсировании гребной
винт приобретает наиболее выгодную частоту вращения с точки
зрения максимального использования подводимой энергии. Гид-
ротрансформатор обладает свойством автоматической приспособ-
ляемости к режиму и работает с оптимально возможным КПД.
Вследствие относительно быстрого опорожнения и наполнения
полостей длительность приложения нагрузок к гребному валу не-
значительна. Поэтому торможение вала начинается практически
сразу после перестановки золотника питания, и полный момент на
ведомом валу гидротрансформатор развивает за 8—10 с. Во время
реверсирования обеспечивается устойчивая работа двигателей, ко-
торые не испытывают при этом динамических нагрузок.
Процесс реверсирования в принципе аналогичен реверсиро-
ванию при прямой передаче. Характер и длительность отдельных
этапов здесь будет зависеть от состава, типа гидродинамической
268 Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
передачи, а также от организации процесса наполнения и опо-
рожнения рабочих полостей. Процесс реверсирования гребного
пила гидротрансформатором может происходить как без перекры-
Iим процессов наполнения и опорожнения полостей, так и с пере-
крытием их по времени. Если перекрытие отсутствует, то в пер-
вом периоде реверсирования происходит опорожнение работаю-
щей полости и отключение дизеля от валопровода. Во время ре-
версирования дизель продолжает работать, поэтому, пока не за-
кончилось опорожнение полости, будет продолжаться некоторый
подвод энергии от двигателя к гребному винту. В этом особен-
ность протекания первого периода реверсирования с использова-
нием гидродинамической передачи. Второй период начинается
после опорожнения полости переднего хода, когда начинает на-
полняться полость заднего хода, что обеспечивает полное тормо-
жение гребного вала и вращение его в обратном направлении.
Время опорожнения и заполнения полостей гидромуфт и гид-
ротрансформаторов составляет 5—15 с и зависит от конструкции и
размеров агрегатов. Таким образом, длительность торможения
гребного вала при рассмотренном способе управления составляет
10-30 с. Сокращение времени реверсирования на 40-45% может
быть достигнуто путем частичного или полного перекрытия про-
цессов опорожнения и наполнения. В первом случае наполнение
полости заднего хода начинается еще до окончания опорожнения
полости переднего хода, во втором — эти процессы совпадают по
нремени.
В агрегатированных многомашинных редукторных установках
с гидродинамическими разобщительными фрикционными муф-
। ами при частых переменах хода один двигатель может работать в
одном направлении, а другой — в другом. Заполнение (включе-
ние) той или иной муфты быстро изменяет направление враще-
ния гребного вала. При этом отпадает необходимость осуществ-
лять запуски двигателей в процессе маневрирования и реверсиро-
вания судна. Уменьшается расход пускового воздуха, снижается
износ трущихся деталей двигателей.
Рассмотрим характер изменения нагрузки на двигатель при
реверсировании гребного винта с помощью реверсивной муфты.
Такой способ довольно часто применяется в установках с дизеля-
ми высокой и повышенной частоты вращения.
Процесс реверсирования, изменения мощности и частоты
вращения вала двигателя можно проследить по рис. 5.38. Предпо-
лагаем, что реверсирование происходит с полного хода судна впе-
ред (точка а).
5,4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
269
Рис. 5.38. Изменение нагрузки дизеля, снабженного
реверсивной муфтой
В начале реверсирования рукоятка управления всережимным
регулятором переводится на упор реверсирования, что соответ-
ствует положению всережимного регулятора, обеспечивающему
работу дизеля по регуляторной характеристике N.
Поскольку перемещение рукоятки происходит быстро, то
гребной винт перейдет на работу в турбинный режим (точка Ь) по
винтовой характеристике, близкой к К= 1 (линия ab). Если часто-
та вращения гребного винта в турбинном режиме окажется выше
частоты вращения дизеля при работе по регуляторной характери-
стике на холостом ходу (точка d), то всережимный регулятор вы-
ведет рейку топливных насосов на упор нулевых подач. Подача
топлива прекратится, и дизель будет вращаться от гребного винта,
работающего в турбинном режиме, развивая мощность, необхо-
димую для преодоления механических потерь в дизеле и гребном
валопроводе (реверсивная муфта еще не выключена). Муфта
выключается в тот момент, когда частота вращения гребного вин-
та снизится до значения, соответствующего упору реверсирова-
ния (точка с). После выключения муфты всережимный регулятор
270
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
ввтоматически установит подачу, соответствующую холостому
ходу (точка d), а частота вращения гребного винта несколько воз-
растет, так как сопротивления вращающихся частей двигателя не
будет и останется лишь сопротивление валопровода Мм .
После работы дизеля на холостом ходу в течение 2—3 с (в слу-
чае реверсирования с полного переднего хода) рукоятка муфты
переводится на задний ход. Тормозная лента барабана быстро за-
тормаживает гребной вал. После синхронизации частоты враще-
ния муфта включается. Если не учитывать инерционное действие
вращающихся масс, то нагрузка на двигатель будет подчиняться
регуляторной характеристике N, достигая максимального значе-
ния соответствующей винтовой характеристики — кр (точка е). По
мере дальнейшего торможения судна нагрузки на дизель умень-
шаются по регуляторной характеристике Np.
В момент остановки судна нагрузка соответствует швартовной
винтовой характеристике 3 х. (точка f). По мере разгона судна
па задний ход нагрузки продолжают снижаться. После достижения
заданной скорости заднего хода, соответствующей определенному
положению органа, управляющего подачей топлива, нагрузка на
двигатель будет определяться положением точки g на винтовой ха-
рактеристике заднего хода N3X. На этом заканчивается процесс ре-
версирования. Дальнейшее увеличение скорости заднего хода и
связанное с этим изменение нагрузки на дизель будут определяться
характеристикой Л'зх. Очевидно, что наибольшая частота враще-
ния вала не должна превышать значения, определяемого положе-
нием точки а', лежащей на ограничительной характеристике.
5.4.5. Особенности работы СЭУ при циркуляции судна
и плавании в штормовых условиях
Весь маневр циркуляции судна (когда судно движется не толь-
ко по дуге, но и дрейфует) отличается снижением скорости судна
при той же частоте вращения гребного вала. При этом гребные
винты работают в косом потоке, КПД винта и пропульсивный
коэффициент уменьшаются и в результате нагрузка на ГД возрас-
тает. Увеличение нагрузки ГД зависит от угла перекладки и конст-
рукции рулей, скорости и форм обвода корпуса судна. В маневре
циркуляции выделяются участки входа и выхода из циркуляции и
участок движения с постоянным радиусом циркуляции. Первые
два участка характеризуются изменением скорости судна, угла
дрейфа, угла перекладки руля, поэтому ГД работают на неустано-
вившихся режимах. При сохранении радиуса циркуляции ГД ра-
ботают на установившихся режимах, отличных от режимов при
движении на прямом курсе. Значительное перераспределение на-
s. 4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
271
грузок между ГД наблюдается в многовальных установках. Греб-
ные винты, расположенные ближе к центру циркуляции, нагру-
жаются больше, чем наружные.
На рис. 5.39 показано изменение относительной нагрузки Ne
главного двигателя при циркуляции двухвинтового судна. При
циркуляции налево (на рис. 5.39 дана шкала градусов поворота от
начального курса налево) Nen6 нагрузка на правый (наружный) ГД
вначале циркуляции несколько уменьшается, но в дальнейшем
нагрузка на него увеличивается, превышая на 7—8% первоначаль-
ное значение, в то время как на левый (внутренний) ГД нагрузка
непрерывно возрастает, достигая 170% нагрузки ГД при движе-
нии на прямом курсе. Это объясняется тем, что при повороте суд-
на радиус циркуляции непрерывно уменьшается, а скорость судна
падает и происходит утяжеление винтовой характеристики. В
среднем для внутренних винтов при циркуляции с полного хода
утяжеление оценивается коэффициентом 1,2—1,3, для внешних
винтов — коэффициентом 1,1—1,2, и при неполной частоте вра-
щения гребных винтов циркуляция приводит к перегрузке ГД и к
переходу ГД на работу по внешней характеристике. В связи с этим
целесообразно снижать частоту вращения вала ГД, работающего
на винт, обращенный к центру циркуляции. Поэтому желательно
избегать применения циркуляции на полных ходах судна и с боль-
шими перекладками рулей. В установках с ВРШ нагрузку на ГД
можно уменьшить путем изменения шага лопастей, а в гидроди-
намических передачах — изменением степени заполнения рабо-
Рис. 5.39. Изменение относитель-
ной нагрузки двигателя при
циркуляции двухвинтового суда:
1 —‘ Nen6; 2 —' Nen6’ 2 -‘ Плб
272
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
чих лопастей гидромуфт. Соответствующее регулирование воз-
можно и в электропередачах. В установках с одним гребным вин-
том при перекладке руля нагрузка на ГД также увеличивается.
Плавание в штормовых условиях сопровождается повышени-
ем нагрузки на двигатели, так как под воздействием качки растет
сопротивление подводной части корпуса судна. При плавании на
взволнованной поверхности воды происходит периодическое по-
гружение носа (во время всхода на волну) и кормы (при сходе с
волны). Скорость судна падает, снижается относительная поступь
винта, что влечет за собой снижение его КПД. Увеличенная ско-
рость ветра повышает сопротивление надводной части корпуса.
Кроме того, КПД винта в условиях качки снижается вследствие
периодического изменения угла скоса набегающего на винт пото-
ка воды. Наконец, добавляется тормозящее действие руля, кото-
рый выводится из диаметральной плоскости для поддержания
судна на заданном курсе.
Изменение нагрузки на двигатель во время плавания в штор-
мовых условиях можно проследить по графикам, приведенным на
рис. 5.40. Рассмотрены два случая регулирования: ручное (с со-
хранением постоянной цикловой подачи топлива) и автоматичес-
кое (с помощью регулятора). Предполагается, что двигатель рабо-
Рис. 5.40. Режим работы судна в штормовых условиях
18 СЭУ с ДВС
5.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 273
тает по некоторой утяжеленной характеристике N . Винтовая ха-
рактеристика N' оценивает изменение нагрузки при всходе на
волну, a N"— при сходе с волны. При ручном регулировании при
всходе на волну нагрузка на двигатель будет изменяться по участ-
ку частичной внешней характеристики 5-1-4, а при сходе — по
участку 4-1-5. При автоматическом регулировании нагрузка из-
меняется по регуляторной характеристике N, участок 3—1—2 ко-
торой соответствует всходу судна на волну, а 2—1—3 — сходу с вол-
ны. Из сопоставления характеристик видно, что при ручном регу-
лировании происходит значительное колебание частоты враще-
ния, нагрузка на двигатель изменяется мало. Автоматическое ре-
гулирование обеспечивает незначительное изменение п, в то вре-
мя как нагрузка изменяется в широких пределах, доходя до внеш-
ней характеристики.
Таким образом, при ручном регулировании может возникнуть
опасность разноса двигателя, особенно при оголении винтов.
Кроме того, если при сильном волнении судно движется с малой
скоростью и частота вращения коленчатого вала не превышает
(0,25—0,4) пн, то двигатель будет работать неустойчиво и может
заглохнуть. Именно поэтому современные судовые дизели снаб-
жаются всережимными регуляторами.
По опытным данным, степень утяжеления винтовой характе-
ристики и увеличение нагрузки на двигатель в условиях плавания
на 4—5-балльной волне достигает 1,13—1,16 (при той же частоте
вращения) по сравнению с плаванием в штилевую погоду. Преде-
лы колебания нагрузки при всходе на волну и сходе с волны со-
ставляют 1,25—0,9. При этом увеличение потребной мощности в
значительной мере зависит от направления движения судна по
отношению к волне.
Работа ГД при плавании на волнении, кроме общего увеличе-
ния нагрузки по крутящему моменту из-за роста сопротивления
движению судна и скорости (рис. 5.41), характеризуется есте-
ственной переменчивостью этой нагрузки. На глубокосидящих
судах большого тоннажа волнение сказывается меньше, на срав-
нительно малоразмерных судах волнение уже в 6 баллов (по 12-
балльной шкале) может приводить к частичному оголению винта
и неустойчивой работе ГД. Изменения погружения ВРШ воспри-
нимаются обычно не МИШ, а автоматическим регулятором час-
тоты вращения КВ, т.е. на волнении условия работы ГД на ВРШ и
на ВФШ одинаковы. Только при нагружении ГД за пределами ог-
раничительной характеристики (при положении топливной рей-
ки на упоре) начинает действовать регулятор нагрузки, посылая
сигнал на МИШ, и срабатывает устройство редукции шага.
274
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Ло/ос'100,%
Рис. 5.41. Потеря скорости от направления и силы ветра
В условиях обычного волнения (до 7—9 баллов) регулятор на-
грузки, как правило, не срабатывает.
Возможны два способа регулирования режима работы дизеля
при ходе судна на волнении. По первому при сравнительно высо-
кой частоте вращения и небольшой амплитуде изменения крутя-
щего момента на гребном валу целесообразно всережимный регу-
лятор использовать как предельный, т. е. выключающий подачу
топлива при превышении скоростью вращения вала допустимого
значения (лдоп = 1,03лном). В этом случае ГД работает на понижен-
ной частоте вращения КВ, меняющейся с изменением погруже-
ния винта, при неизменной цикловой подаче топлива.
По второму способу центробежный регулятор работает как
нсережимный, удерживая заданную частоту вращения КВ. При
этом выходной, управляющий топливной рейкой валик регулято-
ра находится практически в постоянном движении. Амплитуда
изменения цикловой подачи топлива может достигать 25%.
5.4.6. Режимы маневрирования
Судовая энергетическая установка должна отвечать не только
требованиям надежности, но и обладать определенными качества-
ми, отвечающими динамике маневрирования судна.
Маневренные качества характеризуются следующими показа-
телями и свойствами СЭУ:
5.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса 275
18’
— возможностью производить быстрое и достаточное число
пусков и реверсирований главных дизелей;
— способностью обеспечить требуемую мощность для безо-
пасного и длительного движения судна задним ходом;
— допущением кратковременной перегрузки и запасом мощ-
ности для выполнения маневра в тяжелых и экстремальных
условиях (при работе в льдах, при снятии с мели);
— устойчивостью работы при минимальной частоте вращения
гребного винта и скорости судна 3,5—4,5 уз, отвечающей ус-
ловиям безопасных швартовки и маневрирования при про-
хождении каналов, узкостей, сложных фарватеров.
Пуски и реверсирования главных дизелей наиболее частые и от-
ветственные операции при швартовке судна. В установках с
прямой передачей мощности на ВФШ ответственность момента
состоит в том, что с пуском и реверсированием непосредственно
связан ход судна. Отказы при пуске и реверсировании — это не-
выполнение условий безопасности маневрирования. Отсюда и
жесткие требования Регистра к двигателям, системам управления
пускового воздуха в отношении обеспечения числа пусков, запаса
пускового воздуха и подачи главных компрессоров. Собственно,
время пуска подготовленного к работе главного дизеля на воздухе
и перехода на работу на топливе не превышает 10—15 с, а при ре-
версировании (перевод органов управления на обратный ход и
последующий пуск) возрастает до 30 с.
Управление современными дизелями осуществляется с мостика с
помощью ДАУ или непосредственно из ЦПУ. Сложности с пуском
могут возникать со стороны как настройки системы ДАУ, так и самого
двигателя. Дело в том, что жесткая настройка ДАУ по параметрам пус-
ка (длительность работы на воздухе т^, минимальная частота враще-
ния при переходе на топливо лмин, пусковая цикловая подача топлива)
не всегда соответствует состоянию дизеля и условиям работы в эксп-
луатации. Отказы пуска из-за неудовлетворительного состояния
ТНВД и форсунок, недостаточной продувки и зарядки цилиндров,
износа деталей ЦПГ сопровождаются повторными пусками и повы-
шенными расходами воздуха. Перенастройка установки ДАУ по пара-
метрам тмин и оправдана лишь при постоянном действующем
факторе, затрудняющем пуск дизеля. Так, увеличение длительности
проворачивания на воздухе и частоты вращения лмин требуется для
интенсификации разгона турбокомпрессора и создания минимально-
го давления воздуха в ресивере к моменту перехода на топливо. Есте-
ственно, что такая настройка связана с повышенным расходом возду-
ха. В этих условиях при длительной швартовке судна может возник-
нуть ситуация, когда компрессоры не справляются с подкачкой возду-
276
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
ха и пуски не могут быть произведены из-за снижения давления в бал-
лонах до минимального (0,5—0,7 МПа). Аналогичные затруднения
возникают, когда пуск дизеля не состоялся с первой попытки и по
системе ДАУ автоматически следуют вторая и третья попытки (при
увеличенной пусковой подаче топлива).
Не менее ответственна операция реверсирования двигателя. В
установках с ВФШ изменение направления вращения гребного вин-
та является единственным средством торможения судна и движения
задним ходом. Однако условия реверсирования существенно зависят
от начальной скорости судна. При выполнении швартовных опера-
ций и малой скорости реверсирование дизеля обычно происходит
ври нулевой частоте вращения за 15-30 с и не вызывает затрудне-
ний. Экстренное же реверсирование на среднем и особенно полном
ходу (при плавании в тумане, зонах интенсивного движения, когда
торможение судна является единственным безопасным маневром)
сопряжено со значительными динамическими нагрузками на про-
пульсивный комплекс, а время реверсирования (от момента подачи
команды до начала вращения винта в противоположном направле-
нии) составляет 2—6 мин, в зависимости от начальной скорости и
водоизмещения. К моменту вращения гребного винта на задний ход
выбег судна может составлять 3-6 длин корпуса.
Наиболее благоприятные условия при перемене хода имеем в ус-
тановках с ВРШ. Здесь не требуется ожидание снижения частоты
вращения винта до реверсивного уровня. Применение ВРШ при эк-
стренном торможении с полного хода «Вперед» на полный «Назад»
дает сокращение выбега судна в 1,5—2 раза. Переходный процесс в
двигателе при перекладке лопастей с хода «Вперед» на ход «Назад»
протекает без превышения момента и давления в цилиндрах.
Требования безопасного и длительного режима работы судна
задним ходом предусматриваются Регистром как необходимая мера
безопасного маневрирования при швартовках, работе во льдах, при
снятии с мели. Длительный задний ход может потребоваться, когда
утрачена возможность движения судна передним ходом (например,
из-за повреждений в носовой части, заклинивании лопастей ВРШ
в положении заднего хода). Это требование определяется мощнос-
тью заднего хода и длительностью работы на задний ход. Так, для
дизельных установок Аезх должна составлять 80% 7VH0M и длитель-
ность работы на задний ход при двусторонних параллелях КШМ
неограниченна. Для ПТУ мощность турбины заднего хода обычно
не выше 40% и длительность работы на задний ход 15—30 мин.
Для установок с ВРШ мощности заднего и переднего хода при
соответствующих значениях шага гребного винта одинаковые и
время работы не ограничено.
5.4. Неустановившиеся режимы работы пропульсивного комплекса
277
Возможность перегрузки главных дизелей, а точнее, способность
СЭУ развивать необходимый момент и мощность при повышен-
ных сопротивлениях движению судна и нагрузках со стороны греб-
ного винта имеет исключительное значение для ледоколов и судов
ледового плавания. Эти свойства СЭУ определяются тяговой ха-
рактеристикой главных дизелей, представляющей собой зависимос-
ти момента и мощности от частоты вращения гребного винта при
неизменном положении органа управления. Для главного судового
дизеля тяговая характеристика адекватна его внешней скоростной
характеристике при активном ходе плунжера ha = const.
Наилучшими тяговыми характеристиками обладают гребные
двигатели установок с электрической передачей, имеющие ис-
ключительное применение на ледоколах, а иногда и на судах ле-
дового плавания.
Требование к СЭУ по устойчивой работе на режимах самого
малого хода судна (со скоростью 3,5—4,5 уз) диктуются условиями
прохода каналов, шлюзов, а также поддержанием минимальной
безопасной скорости маневрирования в узкостях, сложных фар-
ватерах. Учитывая эти обстоятельства, требованиями Регистра
предусматривается обеспечение устойчивой работы главных дизе-
лей при частоте вращения не более 30%. В соответствии с законо-
мерностями винтовой характеристики мощность дизеля при п =
0,3 «ном составляет 2,7% 7VeH0M, а подача топлива около 10%. В ус-
тановках с передачей мощности на ВФШ эти требования удовлет-
воряются при «min- 0,23—0,27. В отдельных случаях (при плохом
состоянии топливной аппаратуры, недостаточном воздухоснабже-
нии для продувки и зарядки цилиндров, износе ЦПГ) могут воз-
никать проблемы обеспечения требуемого уровня скорости и час-
тоты вращения на режимах самого малого хода.
В установках с ВРШ рассмотренные проблемы обеспечения
пуска, реверсирования и режимов малого хода снимаются. Плав-
ное разворачивание лопастей от положения полного хода «Впе-
ред» до полного хода «Назад» отвечает требованиям динамики
движения судна в широком спектре маневренных режимов.
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
5.5.1. Типы муфт
Для соединения отдельных элементов пропульсивного комп-
лекса: двигатель — редуктор — валопровод — винт используют
муфты. По назначению их разделяют на соединительные, соеди-
нительно- разобщительные, включаемые и выключаемые только
278
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
при невращающихся валах, включаемые и выключаемые во время
работы и на стоянке.
Конструкции тех и других муфт разнообразны. Соединитель-
ные муфты подразделяют на неподвижные и подвижные. Непод-
вижные муфты применяют для жесткого соединения двух валов,
исключающего их взаимные перемещения. Подвижные соедини-
тельные муфты различных конструкций допускают некоторое
отклонение осей валов в радиально-осевом направлении.
Соединительные муфты. Зубчатые соединительные муфты
применяют, как правило, в ЭУ с СОД. В многовальных ЭУ с МОД
иногда используют соединительно-разобщительные зубчатые по-
лумуфты или конические пальцы. Жесткая сдвоенная зубчатая
муфта показана на рис. 5.42, полумуфты имеют возможность не-
которого осевого перемещения относительно друг друга.
Соединительные эластичные муфты, установленные между
двигателем и редуктором, обеспечивают:
— уменьшение динамических нагрузок в зацеплении вслед-
ствие демпфирования крутильных колебаний и сглажива-
ния неравномерного крутящего момента дизеля;
— снижение нагрузок на подшипники и валы редуктора и
дизеля, возникающих из-за деформаций корпуса судна;
Рис. 5.42. Сдвоенная зубчатая муфта:
1 — цилиндрические концы соединения валов; 2 — зубчатые втулки;
3 — крышки с уплотнениями; 4 — зубья втулок; 5 — обоймы с зубьями;
6 — болты для крепления фланцев обойм; 7 — пробка для заполнения
внутренней части муфты смазкой; 8 — торцовые крышки
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
279
— облегчение центровки при монтаже благодаря тому, что
конструкция муфт допускает более широкие пределы акси-
альных и радиальных смещений осей валов.
В соединительных эластичных муфтах широко используются уп-
ругие металлические и неметаллические (преимущественно резино-
вые) элементы самых разнообразных конструктивных исполнений.
Из муфт с металлическими упругими элементами наиболее рас-
пространена демпфирующая муфта типа Гейслингер. Упругодемп-
фирующим элементом этой муфты являются пакеты плоских пру-
жин 6, соединяющие ведущую и ведомую полумуфты (рис. 5.43).
Пакеты пружин 6 на ведущей полумуфте 1 установлены в продоль-
ных пазах, а в наружную обечайку 5 ведомой части вмонтированы
посредством конического кольца 4 и разделительных клиновидных
вставок 7, стянутых с торцов дисками 2, 8 и болтами 3.
Полости, где размещены пакеты пружин, заполняются мас-
лом, поступающим из масляной системы дизеля через централь-
ное отверстие ведущей полумуфты 1. Во время работы масло за-
медляет деформацию пружин, а следовательно, и взаимное пере-
мещение полумуфт; тем самым достигается уменьшение амплиту-
ды колебаний передаваемого крутящего момента.
Рис. 5.43. Упругая муфта типа «Гейслингер»
280
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Демпфирующая способность упругих муфт характеризуется
шсргией, необратимо поглощаемой муфтой при деформации.
Количественно она оценивается коэффициентом демпфирования
у, который представляет собой отношение энергии, поглощенной
н муфте за один цикл колебания, к полной энергии, затраченной
на деформацию муфты за этот же период. Очевидно, что с возрас-
танием количества энергии, поглощаемой в муфте, коэффициент
тр приближается к единице.
Демпфирующие свойства муфты Гейслингер зависят от пло-
щади поперечного сечения каналов, через которые масло перете-
кает из одной камеры в другую, а также от частоты колебаний кру-
тящего момента и от вязкости масла.
Амплитуда колебаний пакетов пружин ограничивается кли-
новидными вставками, допускающими кратковременную работу
муфт с большими перегрузками (до трехкратного превышения
номинального момента), это позволяет применять их на судах ле-
нивого плавания.
Для передачи крутящих моментов от 2 до 1080 тыс. Н м выпус-
каются муфты со следующими характеристиками:
Коэффициент демпфирования.....................0,4—0,9
Удельная масса по моменту, кг/(Н • м)....0,005—0,0425
Максимальная окружная скорость на
внешнем диаметре, м/с...........................150
Допускаемое осевое смещение, мм............+(1,5—5,0)
Допускаемое радиальное смещение, мм..............До 5
Допускаемый угол скручивания дтах, град......2,6—9,2
Широкое распространение в судовых дизель-редукгорных ус-
тановках (ДРУ) получили упругие муфты «Вулкан», «Спироф-
пскс», «Гейслингер» (табл. 5.1), «Пневмофлекс».
Таблица 5.1
Характеристики упругих муфт
Показатель Тип муфты
«Вулкан» «Спироф- лекс» «Гейслин- гер»
Коэффициент демпфирования Длительный крутящий момент, Н*м Удельная масса по моменту, кг/Н • м Частота вращения, мин-1 Допускаемое осевое смещение, мм Срок службы, тыс. ч Угол закручивания атахград 0,1-0,16 90-1000000 0,0083-0,047 >700 1,5-8,0 40-50 (около 12 лет) 0,127 1,4-215000 0,017-0,040 1000-3000 0,8-3,0 3,2 0,4-0,9 2-1080000 0,005-0,042 > 1000 >5 2,6-9,2
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
281
Рис. 5.44. Комбинированная муфта «Вулкан»:
1 — фрикционно-разобщительные элементы;
2 — резинокордовые шины
Упругим звеном высокоупругой муфты «Вулкан-Е21655» слу-
жат две резиновые шины, соединяющие ведущую и ведомую по-
лумуфты (рис. 5.44). Шины крепятся к полумуфтам посредством
болтов и прижимных фланцев. Допускаемый момент при крат-
ковременной работе может быть установлен только для конкрет-
ной ЭУ в процессе торсиографирования валопроводов и термо-
метрирования муфт. Максимальная температура наружной повер-
хности не должна превышать 60°С.
Диапазон частоты вращения от нуля до минимально устойчи-
вой следует считать запретной зоной. Вращение валопровода с
частотой вращения ниже минимально устойчивой допускается не
более 3—5 мин во время маневрирования судна.
В результате ряда усовершенствований фирмой «Вулкан»
(Германия) были созданы новые резинометаллические муфты
RATO, отличающиеся большой упругостью. Муфта состоит из
упругой мембранной части и эластичных соединительных элемен-
тов (рис. 5.45). Мембранная часть представляет собой комплект
кольцевых мембран, зажатых снаружи резиновыми коническими
втулками 2. Мембраны допускают большие смещения в осевом
направлении. Эластичные элементы разделены на несколько сег-
282
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
1
1
Рис. 5.45. Четырех- и шестирядные резинометаллические муфты
ментов, что существенно облегчает монтаж муфты, а специальные
вентиляционные отверстия обеспечивают надежное охлаждение
элементов. Вследствие разделения резинового элемента на не-
сколько сегментов повышаются качество, надежность и безопас-
ность процесса вулканизации. В зависимости от конструктивных
размеров и требуемой жесткости муфты крутильно-упругая часть
имеет одно- или многорядную компоновку, а эластичные элемен-
ты изготовляются из резины различной жесткости.
Эластичные качества муфт позволяют эксплуатировать дизель
на всех диапазонах частот вращения, предусмотренных его харак-
теристиками, без установления запретных зон. Уровень шума в
муфте RATO в диапазоне свыше 80 Гц снижается на 30 дБ. Диапа-
зон крутящих моментов от 0,4 до 630 кН • м. Фирма «Вулкан» из-
готовляет муфты РАТО различных конструкций в зависимости от
их назначения, разработаны типовые ряды муфт. Муфты EZR
применяются для многодвигательных установок, обеспечиваю-
щих включение или отключение отдельных дизелей. Такая необ-
ходимость возникает при маневрировании судна. Муфты Е2Р
имеют упругий элемент с резиновым кольцом различной жестко-
сти и кольцевой торсионной пружиной. Диапазон крутящих мо-
ментов от 0,4 до 1300 кН • м.
Другая разновидность муфт — муфты MESLU. Они приводятся
в действие сжатым воздухом. Муфта MESLU в комбинации с муф-
тами RATO или EZR обеспечивает работу дизеля при крутящих
моментах от 8 до 630 кН • м. Фирма «Вулкан» изготовляет муфты
различного назначения для главных и вспомогательных дизелей.
Для того чтобы обеспечить спрос на высокоэластичные муф-
ты для морского флота и судостроительной промышленности, за-
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
283
Рис. 5.46. Упругая муфта типа Спирофлекс
вод «Русский дизель» в Санкт-Петербурге приобрел лицензию на
изготовление муфт RATO.
Упругое звено муфты типа Спирофлекс (рис. 5.46, а) представ-
ляет собой два одинаковых резинометаллических диска. Каждый
диск состоит из двух концентрических резиновых колец 2 и 4 и трех
стальных колец 1, 3 и 5, соединенных в единое целое путем вулка-
низации. Во избежание перегрузки упругих элементов в муфтах
предусмотрены специальные упоры 6, ограничивающие деформа-
цию по достижении допустимого угла скручивания а (рис. 5.46, б).
Эти же упоры могут быть использованы и для передачи момента
при выходе из строя упругих резиновых элементов.
Резиновые элементы муфт изготовляются с твердостью 50, 55
и 60 единиц по Шору, что позволяет варьировать крутильную же-
сткость.
Применяют также соединительные муфты более простых кон-
струкций с упругими звеньями, изготовленными из резины.
Рассмотренные типы муфт не исчерпывают всего многообра-
зия конструкций, созданных в мировой практике.
Соединительно-разобщительные муфты могут быть фрикцион-
ными, шинно-пневматическими, электромагнитными, зубчатыми
с обгонным устройством и других типов. Широкое применение в
СЭУ нашли фрикционные муфты, принцип работы которых ос-
284
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.47. Фрикционная муфта
пован на действии сил трения, возникающих между рабочими по-
верхностями ведущего и ведомого звеньев.
Муфта (рис. 5.47) состоит из ведомых дисков 3 с зубьями на
наружной поверхности, входящими в зацепление со шлицами 4
па барабане 1, который смонтирован на ведомом валу, и ведущих
дисков 2, закрепленных аналогично на ведущем валу 7. Число и
диаметр дисков зависят от передаваемого двигателем момента.
Муфта на рисунке показана в разобщенном (выключенном)
состоянии. Для включения муфты необходимо плотно сжать дис-
ки; для лучшего сцепления боковые поверхности ведущих дисков
облицовывают ферродо, пластмассой и другими материалами.
Диски сжимают с помощью упора-втулки 5, перемещающейся
вдоль оси ведущего вала под давлением масла, которое подается в
цилиндр упора через сверление в валу из системы смазки редукто-
ра или двигателя. Диски расцепляются пружиной 6, которая при
отсутствии давления масла сжимается или растягивается в зави-
симости от конструкции муфты.
Основные достоинства фрикционных муфт заключаются в от-
сутствии в них потерь мощности, а также в возможности распре-
деления передаваемого момента между большим числом дисков,
что повышает надежность работы муфты. Имеются и другие кон-
струкции фрикционных муфт.
Шинно-пневматическая муфта (рис. 5.48) также относится к
группе фрикционных, однако в ее конструкции нет сцепляемых
дисков. Внутренний барабан 2 муфты с помощью фланца 1 соеди-
няется с ведущим валом, а корпус 4 через фланец 6 с ведомым
налом 7. Между корпусом и барабаном помещена полая резиновая
тина 5 (двухстенная с многослойным кордом 10, как показано на
рисунке справа). Она закреплена на корпусе и имеет на стороне,
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
285
4
Рис. 5.48. Шинно-пневматическая муфта
обращенной к ободу барабана, фрикционные пластины-накладки
3, закрепленные штифтами 8. При подаче через штуцер 9 сжатого
(до 0,8—1,2 МПа) воздуха во внутреннюю полость шина 5 расши-
ряется и прижимает пластины к ободу барабана 2.
В результате на ободе барабана возникает сила трения, доста-
точная для передачи вращающего момента через корпус 4 муфты
и фланец 6 ведомому валу. Соединение получается надежным и
может быть плавным или практически мгновенным (в зависимос-
ти от давления подаваемого воздуха). Для разобщения валов воз-
дух из муфты выпускается.
Шинно-пневматические муфты не рассчитаны на скольже-
ние, однако они допускают соединение и разобщение валов при
работе двигателя на пониженной частоте вращения.
Из соединительно-разобщительных муфт, устанавливаемых
вне редуктора, наиболее распространены шинно-пневматические
муфты (ШПМ) радиального и осевого действия. Технические ха-
рактеристики этих муфт различаются весьма существенно. Срав-
нение массогабаритных характеристик ШПМ радиального и осе-
вого действия показывает, что первые почти вдвое легче, но име-
ют на 10-20% больший диаметр.
Судовая ШПМ радиального действия состоит из двух бараба-
нов — внутреннего и наружного. На внутренней поверхности на-
ружного барабана закреплены резинокордовые баллоны с фрик-
ционными колодками. Колодки дополнительно фиксируются в
прорезях боковых пластин барабана стальными закаленными
стержнями. Разобщение муфты при отключении сжатого воздуха
286 Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
осуществляется под действием центробежных сил, перемещаю-
щих фрикционные накладки в радиальном направлении.
Шинно-пневматические муфты радиального действия, обла-
дая определенными упругими свойствами, допускают заметные
смещения осей соединяемых валов: радиальное до 2—3 мм, осевое
до 10—15 мм и излом до 2 мм на 1 м длины. В связи с этим ШПМ
широко используются также в составе прямых и редукторных пе-
редач при установке главных двигателей на амортизаторах.
В отличие от радиальных, осевые ШПМ практически не
компенсируют смещения и изломы соединяемых валов.
Соединение двигателя с редуктором в многомашинных агре-
гатах может осуществляться комбинированными муфтами, соче-
тающими фрикционные разобщительные элементы и упругое зве-
но. Из этой группы наиболее распространены муфты Пневмо-
флекс (рис. 5.49) и Вулкан (см. рис. 5.44)
Соединительно-разобщительным элементом в муфтах обоих
типов являются двухконусные фрикционные барабаны. Наруж-
ный ведущий барабан соединен с фланцем двигателя. Внутренние
ведомые конусы соединены с ведомым валом посредством упру-
гих резинокордовых шин — у муфт Вулкан — и резиновых кони-
ческих колец — у муфт Пневмофлекс. Внутренние конусы пере-
мещаются в осевом направлении, обеспечивая включение или ра-
зобщение муфт.
Сцепление муфт происходит при подаче сжатого воздуха в по-
лость пневмоцилиндра, которая у муфты Вулкан (см. рис. 5.44)
образована цилиндрическими соосными поверхностями, выпол-
ненными на дисках ведомых конусов. У муфт Пневмофлекс (см.
рис. 5.49) детали кольцевого пневмоцилиндра изготовлены от-
дельно и закреплены на внутренних конусах. Конструкция обеих
муфт позволяет устанавливать на них автоматические устройства,
предохраняющие от перегрузок.
Основные характеристики рассматриваемых комбинирован-
ных муфт:
Крутящий момент, Н • м
Максимальная частота вращения, мин-1
Наружный диаметр, мм
Длина по оси, мм
Удельная масса по моменту, кг/(Н • м)
Допускаемое радиальное смешение, мм
Предельный угол скручивания, град
Вулкан Пневмофлекс
9220-67670 3900-202500
1 650-700 3000-1000
665-1105 470-1500
420-620 415-1450
0,055-0,032 0,060—0,026
0,8-1,6 1,0-3,0
16,0-24,0 38
Разобщительные фрикционные элементы обеспечивают пере-
дачу номинального крутящего момента с запасом до 2—2,5 по от-
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя 287
Рис. 5.49. Комбинированная (упруго-сцепная)
муфта типа Пневмофлекс:
1 — упругие элементы; 2 — фрикционно-разобщительные элементы
ношению к моменту проскальзывания. Необходимость такого за-
паса обусловлена ограниченной способностью муфт к отводу теп-
лоты и относительно низкой допускаемой температурой поверх-
ности трения применяемых материалов (250—300°С).
Компоновка механических передач заключается в установке
между двигателем и редуктором упругой соединительной муфты,
а в редукторе — фрикционной сцепной муфты. Разобщительные
муфты в подавляющем большинстве случаев выполняются много-
дисковыми фрикционными, сухого трения или со смазкой.
288
Глава 5. -Эксплуатационные режимы главного двигателя
Муфты сухого трения, у которых неметаллический материал
работает по стали (коэффициент трения 0,25—0,3), всегда разме-
щают вне внутренней полости редуктора, чтобы избежать попада-
ния абразивных продуктов износа в масляную систему. В муфтах
со смазкой, где сталь с высокой поверхностной твердостью рабо-
тает по стали, по металлокерамическому сплаву или по твердой
бронзе, микрочастицы металла, образующиеся в результате тре-
ния, не оказывают существенного влияния на качество масла и на
работоспособность передачи.
При высокой твердости материала дисков муфты со смазкой
допускают более высокие удельные давления, что позволяет прак-
тически полностью компенсировать уменьшение коэффициента
трения. Вместе с тем масло, подаваемое на диски, способствует
интенсивному отводу теплоты, выделяющейся при проскальзыва-
нии в муфте, особенно в моменты включения; в этом преимуще-
ство данной муфты перед фрикционными устройствами других ти-
пов. Дисковые масляные муфты встраиваются в редукторы только с
внешним зубчатым зацеплением. Они устанавливаются на конце
торсионного вала, проходящего через полый вал ведущей шестерни
или непосредственно в ступице шестерни (рис. 5.50) Размещение
муфты на свободном конце вала обеспечивает более удобные усло-
вия для ремонта и обслуживания в эксплуатации.
Самостоятельную группу составляют муфты скольжения —
электромагнитные (ЭМС) и гидравлические (ГМ). По принятой
Рис. 5.50. Фрикционная муфта, встроенная в ведущую шестерню
редуктора:
1 — шестерня редуктора; 2 — диски
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
289
классификации они относятся к комбинированным. Электромаг-
нитные муфты устанавливают всегда вне корпуса редукторной пе-
редачи. Гидравлические муфты также в большинстве случаев раз-
мещают вне передачи, однако возможна и совместная компоновка.
Применение муфт скольжения придает дизельным установкам
ряд важных достоинств, а именно:
— главная передача практически полностью изолируется от
крутильных колебаний, возбуждаемых двигателем;
— двигатель оказывается защищенным от динамических пере-
грузок вплоть до полной остановки винта;
— обеспечивается быстрое (за 10—15 с) и плавное подключе-
ние двигателей к передаче на любой частоте вращения;
— достигается снижение частоты вращения ведомых полумуфт
без изменения частоты вращения дизеля.
Кроме того, муфты скольжения позволяют в экстренных слу-
чаях реверсировать главный двигатель с полного переднего хода
на полный задний без выдержки времени, необходимой для сни-
жения частоты вращения винта. В результате существенно улуч-
шаются маневренные качества установки. Муфты скольжения
имеют и ряд существенных недостатков. Это, в частности, боль-
шие габариты и масса; сложность изготовления; наличие допол-
нительных потерь (2-5%) из-за скольжения.
Электромагнитная соединительно-разобщительная муфта
(рис. 5.51) состоит из двух частей: ведущей 2 с катушками возбуж-
дения 1 (индукторами), к которым через контактные кольца 3
подводится постоянный ток, и ведомой 4 — короткозамкнутого
ротора, соединенного с ведомым валом 5.
Рис. 5.51. Электромагнитная
муфта
290
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
При вращении индуктора возникает вращающееся магнитное
ноле, в результате чего в короткозамкнутой обмотке ротора инду-
цируется ток, который, взаимодействуя с магнитным полем, со-
здает вращающий момент, передаваемый ротором ведомому валу.
Частота вращения ведомого вала при полной нагрузке двигателя
примерно на 1,4-1,7% меньше, чем ведущего. Затраты энергии на
возбуждение муфты составляют 1,0—1,5% передаваемой ею мощ-
ности, а общий КПД таких муфт равен 0,97—0,98.
К достоинствам электромагнитных муфт, конструкции кото-
рых могут отличаться от рассмотренной, относятся мгновенность
действия, удобство дистанционного управления, легкость и про-
стота обслуживания.
Уменьшение частоты вращения гребных валов путем увеличе-
ния скольжения достигается регулированием тока возбуждения.
Однако этот способ связан со снижением КПД муфты, а потому
использование его рационально только для получения самых ма-
лых ходов судна.
Особенности конструкции и основные параметры гидромуфт
при рассмотрении гидродинамических передач (см. пп. 4.6.3)
В составе пропульсивных установок применяют также муфты
некоторых других типов, устанавливаемые обычно для иных це-
лей. Это, например, различные типы зубчатых муфт, отключае-
мых только на стоянке или неотключаемых, самосинхронизирую-
щиеся фрикционные и обгонные муфты, применяемые в комби-
нированных дизель-газотурбинных установках, и ряд других.
5.5.2. Выбор типа муфты
Определяющими показателями при выборе муфты служат до-
статочно высокий КПД; обеспечение передачи номинального
крутящего момента с определенным запасом (до 2,0—2,5) по мо-
менту проскальзывания; быстродействие; надежное включение и
выключение при вращении ведущих и ведомых частей; простота
конструкции и удобство обслуживания; амортизирующий эффект
и допустимое взаимное перемещение соединяемых элементов в
условиях эксплуатации при увеличении расцентровки; соответ-
ствие способа управления муфтой системе ДАУ, принятой для
данной установки; масса, габариты и стоимость.
Фрикционные муфты (дисковые, цилиндрические и конус-
ные), в отличие от гидродинамических и электромагнитных, по-
чти не имеют потерь на проскальзывание. Кроме того, они отли-
чаются лучшими массогабаритными характеристиками (табл. 5.2),
меньшей стоимостью изготовления, более удобны с точки зрения
размещения.
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
291
Рис. 5.52. Сопоставление массогабаритных показателей соеди-
нительных муфт для агрегата с дизелем мощностью 1650 кВт при
частоте вращения 375 мин-1
Недостаток фрикционных муфт — ограниченная способность
рассеивания теплоты, выделяемой при их включении.
При установке фрикционных муфт предъявляются более жес-
ткие требования по допускаемым смещениям и изломам осей ве-
дущего и ведомого валов. Из фрикционных муфт различных ти-
пов многодисковые обеспечивают более плавное включение и
выключение. Они допускают также более широкое конструктив-
ное варьирование за счет изменения диаметра и числа дисков,
имеют меньшие габариты, чем муфты конусного типа.
Таблица 5.2
Массогабаритные показатели муфт (см. рис. 5.52)
Тип муфты Диаметр, мм Масса, кг
а — гидродинамическая 2200 6120
б — электромагнитная 1950 5920
в — упругая соединительно-разобщительная 990 1590
г — упругая 990 970
В установках с прямой передачей, когда по условиям эксплуа-
тации не предполагается отключение двигателей от линии вала,
муфта может не предусматриваться. Необходимость в муфтах воз-
никает при установке двигателей на амортизаторы, а также при
стремлении демпфировать крутильные и осевые колебания в сис-
теме валопровода. При этом используются упругие соединитель-
ные муфты (комбинированные, шинные).
В многомашинных и многовальных установках соединитель-
но-разобщительная муфта становится необходимым элементом
передачи. Поскольку режимы использования таких установок
предусматривают парциальную работу двигателей и движителей,
292
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
;i также отключение механизмов отбора мощности, возникает не-
обходимость в соединительно-разобщительных муфтах. В амор-
тизированных установках рекомендуется применять шинно-пнев-
матические муфты, реже электромагнитные и гидромуфты.
Место установки муфты в известной мере определяется типом
редуктора и его конструктивной схемой. В редукторах многома-
шинных установок при наличии отбора мощности на привод ва-
логенераторов для сокращения общей длины передачи целесооб-
разно размещать муфту на конце входного торсионного вала. Это
значительно увеличивает податливость соединения, благоприят-
но сказываясь на условиях работы зацеплений и подшипников.
Типоразмер муфты выбирается по значению передаваемого
крутящего момента либо по отношению Ne/n (рис. 5.53)
В ряде случаев, особенно если по условиям работы предусмот-
рено частое включение и выключение муфты, а также при исполь-
зовании установки на режимах больших тяговых усилий, исходны-
ми параметрами служат максимально допустимая температура на-
грева муфты; частота вращения ведущей и ведомой частей в момент
се включения; продолжительность включения, вращающий момент
на ведущей и ведомой сторонах муфты; маховой момент приводи-
мых масс; маховой момент ускоряющихся масс при включении.
Рис. 5.53. Зависимости массы G, диаметра D и длины / комбини-
рованных муфт от передаваемого крутящего момента:
-----х-----х---муфта Пневмофлекс;
-------о---о---муфта Вулкан
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
293
Размеры дисковых муфт определяют исходя из допустимых зна-
чений удельных давлений в дисках; для муфт с подачей масла в кор-
пус они составляют 3,5—4,0 МПа. Целесообразность установки дис-
ковых муфт с точки зрения обеспечения надежной и длительной
работы в отключенном состоянии определяется допустимой отно-
сительной скоростью вращения трущихся поверхностей. В муфтах,
заполненных маслом, эта скорость может достигать 40 м/с.
Размеры и рабочие параметры шинно-пневматической муфты
выбирают исходя из значения передаваемого крутящего момента
Мкр. В ряде случаев задается частота свободных колебаний вала пк.
Для предварительной оценки основных параметров муфт могут
быть использованы данные, приведенные в табл. 5.3 и 5.4.
Таблица 5.3
Основные данные радиальных шинно-пневматических муфт
Характеристика Марка муфты
2 ШМС 13 ШМС 4 ШМС 8 ШМС И ШМС
Габаритные размеры, м:
длина 0,32 0,59 0,37 0,98 0,985
наибольший диаметр 0,875 0,87 1,24 1,20 1,20
Передаваемый средний крутящий момент, кН • м 11,5 23,0 — 30,0 96,0
Статический момент проскальзывания при рабочем давлении в баллоне, кН *м 25,0 53,0 65,0 80,0 205,0
Масса муфты с деталями, устанавливаемыми на валопроводе, кг 370 650 1170 1140 1200
Коэффициент демпфирования (не менее) 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15
Допустимое радиальное смещение осей ведущей и ведомой частей муфты, мм 3 3 3 3 3
Допустимый излом ведущей и ведомой частей муфты, мм на 1 м длины 2 2 2 2 2
Допустимый осевой сдвиг ведущей и ведомой частей муфты, мм 8 8 8 8 8
Время включения, с (не более) 7 15 15 15 15
Время выключения, с (не более) 6,5 10,0 10,0 10,0 10,0
Расход воздуха на одно включение, кг 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
294
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Таблица 5.4
Характеристики шинно-пневматических муфт
осевого действия типа Вихита
Модель муфты Макси- мальная частота враще- ния, мин-1 Крутя- щий момент, Н-м Диаметр ведущего диска, мм Длина муфты, мм Масса, кг Удельная масса, кг/(Н • м)
АТД-124Н 1100 10 400 610 178 368 0,0354
АТД-224Н 1100 20 800 610 232 480 0,0230
АТД-127 1100 11 440 686 190 495 0,0430
АТД-227 1100 22 800 686 245 640 0,0280
АТД-130 1100 12 880 762 200 645 0,0500
АТД-230 1100 25 760 762 295 950 0,0369
АТД-130Н 1000 21 500 762 210 677 0,0315
АТД-230Н 1000 43 000 762 296 950 0,0220
АТД-136 800 34 000 911 241 1110 0,0327
АТД-236 800 68 000 911 327 1510 0,0220
АТД-142 700 48 300 1067 250 1580 0,0327
АТД-242 700 96 600 1067 322 2090 0,0216
АТД-148 600 95 000 1220 — — —
АТД-248 600 190 000 1220 - - —
При выборе электромагнитных муфт может ставиться задача
ограничения момента на двигателе. При этом максимальный мо-
мент муфты должен быть меньше предельно допустимого момен-
та двигателя.
Приближенное определение массогабаритных показателей
электромагнитных муфт выполняется на основании данных
табл. 5.5.
Таким образом, из всех типов соединительно-разобщитель-
ных муфт наиболее предпочтительны фрикционные муфты ко-
нусного типа и многодисковые. Усовершенствование конструк-
ций, повышение их надежности позволили добиться существен-
ного снижения массы и габарита этих муфт. Электромагнитные
муфты особенно целесообразны, когда их относительно высокая
стоимость масса и потеря мощности (на 2—4%) компенсируются
такими важными преимуществами, как быстрота включения и от-
ключения, высокая надежность. Однако окончательное решение
о целесообразном типе муфт может быть вынесено после расчета
всего пропульсивного комплекса на крутильные и осевые коле-
бания.
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
295
Таблица 5.5
Характеристики электромагнитных муфт фирмы AEG
Тип муфты Передаваемая мощность, кВт, при частоте вращения, мин-' Крутящий момент, Н’м i Наружный диаметр, мм Длина, мм Масса, кг Скольжение, % Энергозатраты на возбуждение, кВт Удельная масса по моменту, кг/(Н*м) Удельная масса по мощности, кг/кВт
400 600
7263/24 5100 7620 124000 2200 840 11500 1,1 25,0 0,093 1,51
7070/20 5100 7620 124000 1900 1020 12300 U 27,0 0,099 1,61
7261/24 4500 6700 110000 2200 800 10700 1,1 23,5 0,097 1,6
7068/20 4500 6700 110000 1900 970 11500 1,1 24,5 0,105 1,72
7258/24 3930 5950 96500 2200 750 9900 1,1 20,5 0,103 1,67
7066/20 3930 5950 96500 1900 910 10800 1,1 22,0 0,112 1,82
7257/24 3410 5120 83000 2200 720 9600 1,1 19,5 0,115 1,88
7062/20 3410 5120 83000 1900 830 10000 1,1 20,5 0,120 1,95
7061/20 3040 4550 74000 1900 800 9100 1,1 19,0 0,123 2,0
7064/20 2260 3400 55000 1900 650 7100 1,1 14,5 0,129 2,08
7052/20 1900 2830 46000 1900 620 6900^ 1,1 14,0 0,15 2,46
5.5.3. Типы редукторов и их выбор
Редукторы находят возрастающее применение в составе судо-
вых ЭУ. Судовой редуктор (СР) стал равноправным элементом
ЭУ, в значительной степени определяющим ее надежность наряду
с другими компонентами пропульсивного комплекса. Длительные
сроки эксплуатации, значительные динамические нагрузки, жест-
кие компоновочные и массогабатитные требования привели к со-
зданию во многих странах специализированных предприятий по
производству СР. Ведущие фирмы выпускают СР в широком
мощностном диапазоне до 40 тыс. кВт, различных кинематичес-
ких схем при высоком уровне технологических процессов и тех-
нического контроля. Последние два фактора являются необходи-
мым условием обеспечения надежности судовой ЭУ.
В судовых дизельных установках применяются разнообразные
типы редукторов, что объясняется многообразием и многоцеле-
вым назначением механических передач.
Они выполняются одно- или многоступенчатыми с цилинд-
рическими ступенями (колесами) с внешним зацеплением и с
планетарными ступенями. Редуктор только с цилиндрическими
ступенями внешнего зацепления называют переборным, только с
планетарными ступенями — планетарным, а если он включает в
себя и те, и другие ступени — планетарно-переборным.
296
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Редукторы одномашинных агрегатов выполняются с плане-
тарными и цилиндрическими ступенями с внешними зацеплени-
ями. Планетарные передачи имеют высокий КПД (потеря до 2%),
умеренные габариты и массу, а также ряд других достоинств, к
числу которых относятся:
— распределение нагрузки между несколькими сателлитами, т.е.
разделение передаваемой мощности на несколько потоков;
— рациональное использование пространства внутри эпицикла;
— значительно меньшие диаметры зубчатых колес, чем у
обычных редукторов (при одинаковых и /).
По сравнению с редукторами внешнего зацепления, в плане-
тарных редукторах несколько сложнее осуществить дополнитель-
ные внутренние передачи — к валогенераторам, масляным насо-
сам, валоповоротным устройствам. Тем не менее, в ряде редукто-
ров предусмотрена установка таких приводов. Масляные насосы
приводятся обычно от специального зубчатого венца, напрессо-
ванного на водило и на фланец ведомого вала. Валоповоротный
механизм может быть выполнен с вертикально установленным
электродвигателем, который через конические шестерни и разоб-
щительную зубчатую муфту приводит во вращение ведущий вал
редуктора. Отбор мощности на валогенераторы в планетарных ре-
дукторах осуществляется от входного вала посредством повыша-
ющей передачи с внешним зацеплением (рис. 5.54).
Современные планетарные редукторы характеризуются следу-
ющими массогабаритными показателями: удельная масса по мощ-
ности 3,5—4,6 кг/кВт, по моменту 0,15—0,71 кг/(Н*м); насыщен-
ность по длине у высокомощных редукторов достигает 4500 кВт/м.
Уровень шума эпициклических передач не превышает 85 дБ.
Редукторы внешнего зацепления одномашинных агрегатов
обычно выполняются одноступенчатыми, со смещением ведуще-
го и ведомого валов в одну горизонтальную или в одну вертикаль-
ную плоскость (рис. 5.55). Однако, если необходимо соосное рас-
положение двигателя и валопровода, прибегают к двухступенча-
тым конструкциям редукторов (рис. 5.56).
Конструкции основных узлов редукторов указанных типов
примерно идентичны (за исключением корпусов). Корпус редук-
тора с расположением валов по одной вертикали состоит из трех
частей, с горизонтальными разъемами по осям обоих валов. Кор-
пус редукторов, у которых валы расположены в горизонтальной
плоскости, выполнен из двух частей.
Шестерни редукторов изготовляют косозубыми, с закалкой
или азотированием по профилю и с последующим шлифованием.
Осевые усилия, возникающие при работе косозубых колес, вос-
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
297
Рис. 5.54. Планетарный редуктор с передачей для привода
валогенератора:
1 — редуктор; 2 — валогенератор; 3 — мультипликатор;
4 — упругая муфта
принимаются опорно-упорными роликоподшипниками. Главные
упорные подшипники, встраиваемые в передачу, также могут
быть роликовыми либо типа Митчелл. Опорный подшипник ве-
дущего вала со стороны дизеля иногда выбирают с большей несу-
щей способностью, чем у подшипника с противоположной сторо-
ны, так как он дополнительно нагружен массой соединительной
муфты.
Одномашинные редукторы внешнего зацепления выпускают-
ся в диапазоне мощностей от нескольких сотен до 7—8 тыс. кВт,
6—10 типоразмеров.
Двухступенчатый редуктор Г 81 с соосным горизонтальным
расположением валов и встроенным упорным подшипником ка-
чения предназначен для работы с дизелем 6 ЧРН 36/45 (Г 74) мощ-
298
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.55. Одномашинный редуктор с расположением валов в
одной вертикальной плоскости:
1,7 — ведущий и ведомый валы; 2 — корпус; 3, 5, 6, 10, 12 — опорно-
упорные подшипники; 4, 11 — шестерни; 8 — масляный насос;
9 — привод насоса
костью 1147 кВт при частоте вращения 500 мин-1 на судах катего-
рии УЛ. Его техническая характеристика приведена в табл. 5.6, а
общий вид представлен на рис. 5.57. Принятая схема позволяет
экономить место по ширине машинного помещения, размещать
ЭУ глубоко в корме судна, исключать влияние температурных де-
формаций на соединения редуктора с дизелем и валопроводом.
Для обеспечения рационального распределения нагрузок на
подшипники редуктора при его работе с дизелями правого и лево-
го вращения он выпускается в соответствующих исполнениях, от-
личающихся направлением наклона зубьев одноименных колес.
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
299
77
7 2
Рис. 5.56. Двухступенчатый одномашинный редуктор:
1 — корпус; 2,7, 10 и 17 — шестерни; 3, 6 и 13 — ведущий промежу-
точный и ведомый валы; 4, 5, 8, 9, 11, 12, 16 — опорно-упорные
подшипники; 14 — масляный насос; 15 — привод насоса
Таблица 5.6
Техническая характеристика редуктора Г 81
Передаточное число 203
Крутящий момент на фланце ведущего вала
для судов различных категорий, кН • м:
без категорий 33,5
Л2 29,1
Л: 26,8
УЛ 23,4
Воспринимаемый осевой упор, кН 160
Габаритные размеры, мм:
межосевое расстояние 600
длина 1740
ширина 1400
высота 1687
Масса сухая, кг 5000
300
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.57. Общий вид редуктора Г 81:
1, 2, 3 — ведущий, промежуточный и ведомый валы; 4 — радиально-
упорные подшипники
Корпус редуктора стальной, сварной, имеет один горизонталь-
ный разъем по оси промежуточного вала. Нижняя часть корпуса
содержит расточки под опоры ведущего и ведомого валов. Конст-
рукция корпуса и массивные обоймы упорно-опорных узлов веду-
щего и особенно ведомого валов обеспечивают повышенную жест-
кость и малые деформации при восприятии редуктором динами-
ческих нагрузок от валопровода и фундамента при работе во льдах.
Осевой упор воспринимается четырехрядным радиально-
упорным подшипником, у которого три подшипника работают на
передний ход и один — на задний.
Так как для ЭУ судов ледового плавания характерны режимы
малых оборотов и реверса, что сопровождается нестабильной ра-
ботой системы смазки, то все опоры редуктора Г81 выполнены на
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
301
подшипниках качения. Подшипниковые узлы ведущего и проме-
жуточного валов длительное время могут работать без принуди-
тельной подачи масла (достаточно масляного тумана), однако они
оснащены масляными подводами и контрольными термометрами.
Зубчатые колеса изготовляются из стали 20Х2НЧА, цементи-
руются и закаливаются. Изготовление тяжелонагруженных колес
из легированных и цементированных с последующей закалкой
сталей обеспечивает высокую устойчивость их к действию дина-
мических нагрузок, что особенно важно для СР.
С двигателем редуктор соединяется высокоэластичной муф-
той, которая позволяет получить приемлемый спектр крутильных
колебаний и снизить динамическое воздействие коленчатого вала
дизеля на работу редуктора.
Помимо редукторов с внутренним разделением и последую-
щим суммированием энергии, на судах с ограниченной осадкой
применяют одномашинные ДРА с раздвоением мощности. В этом
случае от ведущей шестерни редуктора приводятся два одинако-
вых зубчатых колеса, которые передают крутящий момент двум
гребным валопроводам, расположенным симметрично относи-
тельно оси дизеля.
В многомашинных установках находят применение разнооб-
разные конструкции суммирующих редукторов, объединяющих
для работы на один винт от двух до четырех двигателей. Среди
этих редукторов наиболее распространены двухмашинные.
Для подавляющего большинства двухмашинных редукторов
характерна простейшая схема зацепления: ведущие шестерни на-
ходятся в непосредственном зацеплении с зубчатым колесом, а
оси всех валов размещаются в горизонтальной плоскости разъема
корпуса. Такое расположение валов обеспечивает максимальное
расстояние между двигателями. Однако, когда межосевое рассто-
яние редуктора определяется не условиями прочности зацепле-
ния, а шириной дизелей и размерами прохода между ними, иног-
да прибегают к установке промежуточных шестерен.
Конструкции редукторов усложняются при размещении в них
соединительно-разобщительных муфт. Однако это усложнение в
большинстве случаев оказывается оправданным, так как установ-
ка получает существенные преимущества, а именно: сокращается
длина ДРА; обеспечивается работа агрегатов отбора мощности на
стоянке; создаются наиболее благоприятные условия для приме-
нения многодисковых фрикционных муфт со смазкой, имеющих
наилучшие массогабаритные и маневренные качества.
Независимо от типа встроенные сцепные муфты устанавлива-
ются на ведущем торсионном валу редуктора, проходящем внутри
302
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
наружного полого вала ведущей шестерни. Введение в состав ре-
дуктора дополнительного торсионного вала удорожает и усложня-
ет конструкцию, но в то же время существенно повышает подат-
ливость соединения коленчатого вала с ведущим валом редуктора,
что благоприятно сказывается на работе зацепления, муфт и под-
шипников. Привод валогенераторов от главной передачи осуще-
ствляется обычно отдельной парой шестерен (мультипликатором)
увеличивающей частоту вращения до 1—1,5 тыс. мин"1. У редукто-
ров со встроенной муфтой ведущая шестерня привода валогенера-
тора устанавливается на торсионном валу рядом с носовым под-
шипником.
При размещении сцепных муфт вне редуктора мультиплика-
тор валогенератора компонуют с противоположной стороны, а
ведомый вал поднимают над ведущим. Приподнятое положение
ведомой шестерни мультипликатора не увеличивает высоты ре-
дуктора, так как она вписывается в габарит ведомого колеса глав-
ной передачи и вместе с тем позволяет получить минимальный
габарит по ширине.
Самостоятельную группу механических передач охватывают
устройства, которые могут редуцировать частоту вращения, сум-
мировать мощность (обычно не более чем двух дизелей) и изме-
нять направление вращения винта без реверсирования главных
двигателей. В технической литературе эта группа зубчатых меха-
низмов получила название реверсредукторных передач (РРП).
Реверсредукторные передачи используются в судовых уста-
новках преимущественно в сочетании с нереверсивными дизеля-
ми повышенной и высокой оборотности, с агрегатной мощнос-
тью от нескольких десятков до 3—4 тыс. кВт. Этот тип передачи
обычно применяется на малых судах (шлюпках и катерах), а также
на судах речного флота и прибрежного плавания.
Реверсирование ведомого вала в РРП с внешними цилиндри-
ческими зацеплениями достигается применением двух переборов
шестерен: одного — для переднего хода, другого — для заднего,
включаемых в работу посредством дисковых фрикционных муфт.
Переборы различаются числом шестерен, причем в одномашин-
ных РРП противоположное вращение на заднем ходу достигается
чаще всего с помощью промежуточной шестерни. В двухмашин-
ных РРП перебор заднего хода обычно имеет на одну ступень
больше, чем перебор переднего хода (рис. 5.58).
Значения КПД реверсредукторов внешнего зацепления оце-
ниваются следующим образом: одномашинные одноступенчатые
0,965—0,975; двухступенчатые 0,93—0,95; трехступенчатые 0,9—
0,92; двухмашинные одноступенчатые 0,96-0,97.
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
303
Рис. 5.58. Двухмашинный реверсредуктор:
I — передача крутящего момента на переднем ходу; II — то же на
заднем ходу судна;
1 — главный упорный подшипник; 2 — муфта сцепления переднего
хода; 3 — муфта сцепления заднего хода
Массогабаритные характеристики РРП изменяются в весьма
широком диапазоне. Удельные массы одномашинных РРП со-
ставляют 2—8 кг/кВт, удельная масса двухмашинных РРП на 55-
65% больше удельной массы соответствующих двухмашинных ре-
дукторов. Масляные системы редукторов, как правило, выполня-
ются автономными от циркуляционных систем смазки главных
дизелей.
Разнообразие конструктивных исполнений редукторов, техно-
логии их изготовления, допускаемых нагрузок, механических
свойств применяемых для них материалов и др. предопределяет су-
щественные расхождения технико-экономических характеристик
редукторов, выпускаемых различными фирмами. Особенно замет-
но это проявляется в массогабаритных показателях. Удельные мас-
сы редукторов изменяются в диапазоне 6,5—11 кг/кВт, причем
меньшие значения характерны для более мощных установок.
304
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Большинство машиностроительных предприятий разрабаты-
вает и выпускает редукторы унифицированными типоразмерны-
ми рядами, которые по мощности и передаточным отношениям
охватывают диапазоны, характерные для современных дизелей
средней и повышенной оборотности.
Массогабаритные характеристики СР с различными переда-
точными числами (/), для дизелей мощностью 3300-9900 кВт при
частоте вращения п = 530 мин-1 приведены в табл. 5.7—5.9 и на
рис. 5.59.
Таблица 5.7
Габаритные размеры, мм, одномашинных переборных
редукторов (см. рис. 5.59, а)
Мощность дизеля кВт А Bi в2 С D Е F G L Мас- са, т Упор, т
При i = 2,65
3000; 3800 700 750 1350 750 1050 450 1300 930 2230 11 40
4400 750 800 1400 800 1100 475 1400 930 2330 12 53
4950 800 850 1450 840 1140 500 1450 930 2380 15 58
5500 850 900 1500 880 1180 530 1500 940 2440 16 68
6600 900 950 1550 900 1200 560 1500 960 2460 18 72
7700 1000 1060 1650 990 1290 630 1600 1000 2600 23 94
8800 1060 1100 1700 1030 1330 630 1650 1000 2650 26 ПО
9900 1120 1150 1800 1070 1370 670 1750 1060 2810 30 120
При i = 4,07
3300 850 900 1500 940 1240 530 1500 940 2440 16 68
3850 900 950 1550 980 1280 560 1500 960 2460 18 72
4950 1000 1060 1650 1060 1360 630 1600 1000 2600 23 94
5600; 6600 1120 1150 1800 ИЗО 1430 670 1750 1060 2810 30 120
7700; 8800 1250 1250 2000 1230 1530 710 1900 1150 3050 41 145
9900 1320 1320 2100 1290 1590 710 2000 1200 3200 48 160
Для предварительной оценки массогабаритных характерис-
тик, выбираемых для данной СЭУ редукторов, можно использо-
вать обобщенные зависимости на рис. 5.60—5.62.
В качестве аргумента для построения графиков принято отно-
шение передаваемой мощности N к частоте вращения входного
вала. В качестве обобщенных показателей редукторов использо-
ваны длина L, ширина В и масса G редуктора, отнесенные к мо-
менту М на входном валу.
Выбор типа редуктора и его конструктивной схемы зависит от
передаваемого крутящего момента, передаточного числа, типа
20 СЭУ с ДВС
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
305
Рис. 5.59. Габаритные размеры редукторов одномашинных (а),
двухмашинных с внешним зубчатым зацеплением (б)
и планетарных (в)
306
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Таблица 5.8
Габаритные размеры, мм, двухмашинных переборных
редукторов (см. рис. 5.59, б)
Мощность дизеля кВт А В С D Е F G L Мас- са, т Упор, т
При i = 2,65
3300 2550 3740 1070 1040 580 2830 820 3650 26,5 80
3850 2550 3600 1070 1040 800 2860 830 3690 27,5 80
4400 2550 3600 1070 1040 800 2900 860 3760 29,5 80
4950 2550 3600 1070 1040 800 2970 900 3870 32,5 80
При i = 4,07
3300 3000 4000 1350 1300 900 2820 890 3710 30,5 80
3850 3000 4000 1350 1300 900 2890 950 3840 32,5 80
4400 3000 4000 1350 1300 900 3000 1030 4030 36,5 80
4950 3000 4000 1350 1300 900 3080 1080 4160 39,5 80
5500 4500 5200 1950 1900 1100 3510 750 4260 46,5 125
6600 4500 5200 1950 1900 1100 3600 800 4400 49,5 125
7700 4500 5200 1950 1900 1100 4000 850 4850 56,5 175
8800 4500 5200 1950 1900 1100 4050 900 4950 60,0 175
9900 4500 5200 1950 1900 1100 4160 960 5120 64,5 175
Таблица 5.9
Габаритные размеры, мм, двухмашинных планетарных
редукторов (см. рис. 5.59, в)
Мощность дизеля кВт L В С D Е F Мас- са, т Упор, т
При 1 = 2,65
3300; 3850; 4480; 2340 2000 1000 950 850 640 13,0 50
4950 2720 2000 1000 950 900 770 14,5 45
5500; 6600 2720 2000 1000 950 900 770 14,5 75
7700; 8800; 9900 3220 2200 1150 1060 1100 900 20 100
При ( = 4,07
2530 2120 1060 1040 950 640 13.5 50
2880 2120 1080 1040 1050 760 18 75
2880 2120 1080 1040 1050 760 18 75
3460 2300 1150 ИЗО 1300 910 25 100
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
307
Рис. 5.60. Обобщенные зависимости для удельных длины (а),
ширины (б) и массы (в) судовых одномашинных редукторов с
внешним зацеплением
Рис. 5.61. Обобщенные зависимости удельных длины (а), шири-
ны (б) и массы (в) судовых двухмашинных редукторов с внешним
зацеплением
судна и двигателя, от взаимного расположения двигателей и ре-
дуктора, числа двигателей, работающих через редуктор на винт,
конструкции и расположения муфт, наличия или отсутствия до-
полнительного отбора мощности. Кроме того, должны быть при-
няты во внимание требования по надежности, массогабаритным
показателям, КПД и стоимости.
308
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
Рис. 5.62. Обобщенные зависимости для удельных длины (Z./M),
ширины (S/М) и массы (G/М) судовых планетарных редукторов
В связи с невысокой степенью редуцирования (2 : 1—4,5 : 1) в
дизельных установках применяются, как правило, одноступенча-
тые односкоростные редукторы. Исключение могут составлять
многорежимные установки с ВФШ таких судов, как буксиры, тра-
улеры, тральщики, паромы, ледоколы, где для улучшения тяговых
характеристик на режимах буксировки, траления или форсирова-
ния ледовых полей целесообразно использовать двух- и трехско-
ростные редукторы с внешним зацеплением, несмотря на их
большую сложность и стоимость.
На основании сравнительной оценки можно определить целе-
сообразную область применения редукторов различного типа. Ре-
дукторы с внешним зацеплением могут быть рекомендованы к
использованию в установках с СОД, в первую очередь в многома-
шинных установках с отбором мощности. Редукторы планетарно-
го типа обеспечивают лучшие массогабаритные показатели одно-
машинных установок в тех случаях, когда, как правило, не пре-
дусмотрен дополнительный отбор мощности через редуктор, а пе-
редаточное отношение превышает 4 : 1—5 : 1, т.е. в установках с
дизелями повышенной оборотности и высокооборотными. Кроме
того, планетарные редукторы целесообразно применять, когда не-
обходимо обеспечить соосность выходного фланца двигателя и
гребного вала.
Окончательный выбор редуктора производят на основе вари-
антных расчетов для предварительно принятых компоновок СЭУ.
Предпочтение отдается такому типу, который обеспечивает ми-
нимальные приведенные затраты при удовлетворении специфи-
ческих требований и получении оптимальных значений большого
числа перечисленных показателей.
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
309
5.5.4. Выбор типа передачи
Выбор передачи зависит от многих факторов: назначения,
типа судна и ЭУ, условий плавания и режимов работы СЭУ, мощ-
ности и числа ГД, требований по массогабаритным и экономи-
ческим показателям и т. п.
Общие требования к главным судовым передачам следующие:
высокая надежность, высокий КПД на эксплуатационных режи-
мах, минимальная масса и габариты; минимальные затраты на из-
готовление, обслуживание и ремонт; доступность для осмотра,
разборки и ремонта в судовых условиях; допустимые уровни шума
и вибрации; приспособленность к автоматизации управления.
Выполнить одновременно все требования, нередко взаимно
противоречивые, практически невозможно. Кроме того, к переда-
чам могут предъявляться и специфические требования, например
по характеру изменения крутящего момента и частоты вращения в
условиях эксплуатации, суммированию мощностей двигателей
многомашинных установок, защите двигателей от динамических
нагрузок (при плавании во льдах) и т.д.
Выбор типа передачи целесообразно рассматривать примени-
тельно к определенным типам судов, объединенных общностью
режимов плавания, а также общностью требований, предъявляе-
мых к главным энергетическим установкам.
Для судов транспортного морского флота (танкеров, универ-
сальных сухогрузов, лесовозов, транспортных рефрижераторов и
др.) характерны установившиеся режимы плавания. Наиболее важ-
ные требования к энергетическим установкам таких судов — про-
стота, компактность, высокая надежность и экономичность. Вмес-
те с тем к установкам судов морского транспортного флота не
предъявляется повышенных требований по маневренности, дости-
жению больших тяговых усилий на пониженных частотах враще-
ния гребного вала, обеспечению длительных малых ходов. Поэтому
для судов данного типа могут быть рекомендованы прямая и редук-
торная передачи. Частота вращения коленчатого вала двигателя и
винта в прямой передаче одинакова. Поэтому наиболее высокий
пропульсивный коэффициент может быть достигнут при условии,
если частота вращения вала двигателя будет близка к оптимальной
частоте вращения винта. Использование прямой передачи оказы-
вается наиболее рациональным в сочетании с МОД, поскольку рас-
пространенная область частот вращения винтов, применяемых на
транспортном флоте, лежит в пределах 85—250 мин-1.
Редукторная передача оказывается целесообразной, если для
данного конкретного судна использование прямой передачи не-
возможно или явно нерационально, а чаще всего тогда, когда при-
310
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
менение редукторной передачи дает определенный технико-эко-
номический эффект. Это относится к таким судам, как танкеры,
газовозы, саморазгружающиеся суда для перевозки сыпучих гру-
зов, рыболовные траулеры, суда технического флота и др. Для ука-
занных судов характерна большая потребность в энергии на режи-
мах стоянки или очень малых ходов. На этих режимах целесооб-
разно использовать главную энергетическую установку для вспо-
могательных нужд путем непосредственного привода или подклю-
чения валогенераторов.
Однако чаще всего встречаются случаи, когда принципиально
могут быть применены оба типа передач и перед проектантом сто-
ит задача выбора наиболее рационального для данного типа суд-
на. Эта задача решается методом вариантных расчетов и сопостав-
ления полученных технико-экономических показателей, с учетом
приведенных требований, специфичных для энергетических уста-
новок морских транспортных судов.
Обычно сопоставление производится в табличной форме. Ис-
ходными данными являются мощность, число гребных валов, раз-
меры и местоположение машинного отделения, особые требова-
ния к энергетической установке. Показатели, по которым прово-
дится сопоставление: общая и удельная масса главной энергети-
ческой установки; мощностная насыщенность установки на еди-
ницу длины, площади, объема машинного отделения; возможная
частота вращения гребного вала; пропульсивный КПД и КПД пе-
редачи; ресурс установки; удельные расходы топлива и масла;
стоимость главной энергетической установки.
Для транспортных судов речного и озерного плавания при
сравнительно невысокой мощности установки и ограниченных
габаритах машинного отделения следует отдавать предпочтение
редукторным передачам.
К энергетическим установкам пассажирских судов предъявля-
ются повышенные требований по массогабаритным показателям,
живучести, маневренности. В большей степени таким требовани-
ям удовлетворяют многовальные редукторные установки.
При выборе типа передачи в энергетических установках рыбо-
промысловых судов следует учитывать, что рост энерговооружен-
ности таких судов достигается не только повышением скорости и
тяги, но и увеличением мощности, потребляемой промысловыми
механизмами и технологическим оборудованием. Особенностью
промысловых судов является также то, что режимы максимальных
нагрузок, затрачиваемых на движение судна, не совпадают по вре-
мени с режимами максимальных нагрузок на судовую электростан-
цию. Иначе говоря, на одних режимах появляется резерв мощности
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
311
главных двигателей, на других — резерв мощности вспомогатель-
ных дизель-генераторов. Поэтому для таких судов следует выби-
рать такой тип передачи, при котором было бы обеспечено более
полное использование резервов мощности энергетической уста-
новки на всех режимах. Такими свойствами обладают установки с
отбором мощности от главных двигателей для целей, не связанных
с движением судна, и установки с электропередачей.
В большинстве случаев оптимальной оказывается редукторная
передача, обеспечивающая достижение необходимых массогаба-
ритных показателей. При наличии такой передачи достаточно
просто осуществляется отбор мощности на привод валогенерато-
ров постоянного и переменного тока, обеспечивающих потреби-
телей электроэнергией на ходовых и тральных режимах. Как пра-
вило, в установках для рыбопромысловых судов используется
ВРШ. Наличие валогенераторов позволяет полнее использовать
энергетические возможности главных двигателей. При работе ва-
логенераторов в моторном режиме и питании их от автономных
дизель-генераторов достигается увеличение скорости свободного
хода. Для рыбодобывающих судов малого и среднего водоизмеще-
ния с повышенными требованиями к тяговым характеристикам
при малых частотах вращения гребного вала и при длительном
плавании на малых ходах могут найти применение установки с
гидростатической передачей.
При выборе типа передачи для судов ледового плавания необ-
ходимо учитывать следующие требования.
— использование полной мощности главных двигателей во
всем диапазоне изменения режимов работы движителей и
развитие повышенных вращающих моментов при торможе-
нии винтов во льду;
— обеспечение защиты главных двигателей от внешнего воз-
действия со стороны гребных винтов при ударе о льдины;
— высокая надежность пропульсивного комплекса и способ-
ность его к саморегулированию по крутящему моменту при
изменении сопротивления движению судна;
— высокая маневренность.
Указанным требованиям отвечают передачи, у которых отсут-
ствует жесткая связь двигателя с гребным винтом — гидродина-
мическая и электрическая.
Выбор одного из возможных вариантов передачи производит-
ся по результатам их сопоставления. По тяговым характеристикам
и защите двигателя от перегрузки и ударов при работе винта во
льду, а также по маневренности обе передачи равноценны. Следу-
ет отметить, правда, что мощность заднего хода при гидродина-
312
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
мической передаче на 15—20% ниже мощности, обеспечиваемой
иектропередачей; это объясняется пониженным КПД гидротран-
сформатора заднего хода.
По экономическим показателям следует отдать предпочтение
гидродинамической передаче. Если на режимах полной нагрузки
КПД обеих передач сопоставимы (85—88%), то на частичных на-
грузках ощущается преимущество гидродинамической передачи,
lie КПД мало зависит от нагрузки, в то время как КПД электро-
передачи при 50%-ной нагрузке снижается до 82—85%, а при
25%-ной — до 75—78%. Использование гидромуфты при ходе суд-
на в свободной воде способствует еще большему увеличению КПД
гидродинамической передачи (до 93—95%).
Гидродинамическая передача имеет также лучшие массогабарит-
иые показатели. Удельная масса ее лежит в пределах 5,5-12 кг/кВт,
тогда как у электропередачи постоянного тока она составляет 25—28
кг/кВт. Гидропередача более проста в конструктивном отношении, а
стоимость ее постройки и трудозатраты на обслуживание ниже, чем
у электропередачи. Вместе с тем электропередача обеспечивает удоб-
ную компоновку энергетической установки и более гибкое управле-
ние ею (особенно при постоянном токе).
Окончательный выбор передачи производится с учетом типа
дизелей и их числа. Если установка комплектуется из большого
числа дизелей повышенной оборотности или высокооборотных,
то более пригодной оказывается электропередача. Для одноваль-
ных ледокольно-транспортных судов может быть более целесооб-
разной гидродинамическая передача.
Буксиры составляют большую группу судов вспомогательного
флота, выполняющих различные функции. Для портовых, рейдо-
вых многоцелевых буксиров характерно длительное использова-
ние энергетической установки на самых различных режимах, на-
чиная от полного свободного хода и кончая швартовным режи-
мом, а для транспортных и спасательных буксирных судов — ре-
жимы свободного хода и ход с возом. При этом для транспортных
буксиров наиболее продолжительный режим — буксировки, а для
спасательных — режим свободного хода. При плавании буксиров
в ледовых условиях выдвигаются требования к СДУ по запасу кру-
тящего момента (200—250%). Для портовых, шлюзовых и много-
целевых буксиров весьма важно требование малой массы и габа-
ритов установки. Общими для всех буксирных судов являются
требования высокой надежности, маневренности установки, эко-
номичности на эксплуатационных режимах, обеспечения отбора
мощности на привод буксирных лебедок, пожарных и вспомога-
тельных насосов.
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
313
Редукторная передача отличается достаточно высоким КПД
компактностью, низкой удельной массой и габаритами. При ис-
пользовании редукторов с внешним зацеплением сравнительно
легко осуществляется отбор мощности на валогенераторы и вспо-
могательные насосы; при наличии ВРШ обеспечивается необхо-
димая маневренность установки. Однако одноступенчатая редук-
торная передача не обеспечивает получения больших перегрузоч-
ных вращающих моментов на гребном валу без опасения пере-
грузки двигателей.
Основным достоинством гидро- и электропередач является воз-
можность обеспечить высокие тяговые характеристики на пони-
женных частотах вращения гребного винта, не превышая допусти-
мые нагрузки на двигатели. Однако гидро- и электропередачи име-
ют более низкие КПД и худшие массогабаритные характеристики,
чем редукторные. Комбинация гидродинамической и редукторной
передач, осуществляемая в универсальных гидрозубчатых переда-
чах, обеспечивает достаточно полное удовлетворение основным
требованиям, предъявляемым к энергетическим установкам бук-
сирных судов. Такой тип передачи, наряду с редукторной односту-
пенчатой, следует считать наиболее рациональной для некоторых
транспортных судов, спасательных буксиров и толкачей.
При выборе передачи учитывается также экономические по-
казатели не только энергетической установки, но и судна в целом.
В ходе проектирования рассматриваются и экономически сопос-
тавляются варианты с различными типами дизелей и передач.
5.5.5. Выбор типа главного двигателя
В судовых дизельных установках находят применение самые
разнообразные типы двигателей, различающиеся мощностью, ча-
стотой вращения, тактностью, уровнем форсировки, конструк-
тивными особенностями и другими показателями.
Исходные данные для выбора. Исходными данными для выбора
главного двигателя служат тип и назначение судна, районы и режи-
мы его плавания, условия размещения двигателей, массогабарит-
ные показатели установки, а также требования «Регистра РФ» к ди-
зельным установкам. Выбранный тип двигателя должен сочетаться
с типом движителя и характеристиками корпуса судна (его прочно-
стью и ходовыми качествами). Можно ориентироваться на двигате-
ли как освоенные промышленностью, так и находящиеся в процес-
се освоения (в последнем случае учитывают срок освоения, кото-
рый должен быть согласован со сроком постройки судна).
Выбираемый двигатель оценивают по мощности, частоте вра-
щения коленчатого вала, надежности, габаритам, удельной массе,
314 Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
удельным расходом топлива и масла, сортам применяемого топ-
лива и масла, маневренным качествам, степени уравновешеннос-
ти, первоначальной стоимости, безопасности обслуживания, при-
способленности к автоматизации.
По частоте вращения дизели разделяются на мало-, средне- и
высокооборотные. Выбор значения п, по существу, сводится к
обоснованию выбора одной из этих групп двигателей. В дальней-
шем конкретное значение и определяется принятой маркой вы-
пускаемых дизелей.
При оценке пригодности того или иного типа двигателя с точки
зрения массогабаритных показателей следует иметь в виду, что из-
лишняя масса главного двигателя приводит к утяжелению установки
в целом, а следовательно, к уменьшению полезно перевозимого гру-
за, что снижает рентабельность судна. Вместе с тем стремление к
снижению массы установки и ее элементов не должно идти в ущерб
надежности и экономичности. Выбор типа главного двигателя дол-
жен производиться всесторонне, с учетом всех преимуществ и недо-
статков, присущих данному типу двигателей. Он тесно связан с при-
нимаемым типом передачи. Малооборотные дизели, как правило,
используются в СДУ с прямой передачей. Помимо судов транспорт-
ного морского флота, малооборотные дизели, наряду со среднеобо-
ротными, могут применяться на транспортных рефрижераторах, су-
дах-рыбозаводах, транспортных судах ледового плавания.
Относительно небольшая высота СОД расширяет возможную
область их применения, особенно на судах, предназначенных для
перевозки колесной техники, барж и пакетированных грузов (па-
ромах, трейлеровозах, баржевозах, контейнеровозах и др.), прово-
зоспособность и удобство погрузки которых определяются протя-
женностью непрерывных палуб по длине судна.
При выборе типа главного двигателя для энергетических уста-
новок судов ледового плавания (ледоколов, ледокольно-транс-
портных судов) необходимо учитывать особенности использова-
ния дизелей на судах данного типа, а также специфические требо-
вания к установкам. На судах ледокольного типа энергетические
установки работают с часто и резко меняющимися нагрузками,
поэтому особенно важны требования по надежности, экономич-
ности, приемистости.
Как уже отмечалось, на судах ледового плавания наибольшее
распространение получили электропередачи и может также при-
меняться гидроредукторная передача с гидротрансформаторами
переднего и заднего хода. Наилучшие массогабаритные характе-
ристики и достаточная приемистость установки достигаются при
использовании в сочетании с передачами указанных типов сред-
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
315
необоротных дизелей; по экономичности СОД мало уступают ма-
лооборотным дизелям, а гидравлическая и электропередачи по-
вышают надежность работы главных двигателей.
На судах ледового плавания малого водоизмещения с повы-
шенными требованиями к массогабаритным характеристикам ус-
тановки, наряду с СОД, могут устанавливаться дизели повышен-
ной оборотности и ВОД. Мощность ДУ спасательных, многоцеле-
вых и больших портовых буксиров и толкачей составляет от 800 до
5000 кВт. Такие мощности обеспечиваются среднеоборотными и
повышенной оборотности дизелями в одно- и двухмашинном ис-
полнении. Использование высокооборотных дизелей, как прави-
ло, нецелесообразно ввиду их ограниченной агрегатной мощнос-
ти: для получения требуемой мощности на гребном валу необхо-
димо проектировать установку многомашинной, что не всегда
возможно. Кроме того, такая установка по ряду показателей (та-
ким, как простота, удобство размещения и обслуживания, эконо-
мичность, шумность) уступает одномашинной установке с дизе-
лями среднеоборотными и повышенной оборотности. В установ-
ках для буксирных судов внутреннего плавания при мощности ус-
тановки не свыше 450—500 кВт и малых размерах машинного от-
деления наиболее приемлемы высокооборотные дизели. Основ-
ные данные дизелей, применяемых с передачами различных ти-
пов, приведены в табл. 2.4—2.8 (см. гл. 2).
Определение мощности и марки ГД. Основное назначение глав-
ных двигателей — привод движителя, но в ряде установок предус-
матривается отбор от них мощности на привод валогенераторов и
других механизмов (гидронасосов, грузовых насосов и др.). По-
требная мощность главных двигателей определяется из расчета
ходкости судна с учетом потерь в передаче и отбора мощности.
Таким образом, потребная мощность главных двигателей за-
висит от размеров и скорости судна, а также от типа и режимов
использования главной энергетической установки. Ниже приво-
дятся методы определения потребной мощности главных двигате-
лей применительно к различным типам установок.
Рассмотрим установки с механическими передачами мощнос-
ти двигателей на гребной вал.
Мощность Np потребляемая гребными винтами для обеспече-
ния движения судна с заданной скоростью, определяется по фор-
муле (5.19) Для некоторых типов и классов судов (траулеров,
тральщиков, буксиров и др.) расчеты производят по нескольким
режимам: свободного хода, траления и др.
Если отсутствуют буксировочные кривые для определения
мощности на гребном валу, можно использовать простейшие
316
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
практические зависимости, связывающие сопротивление воды
движению судна (или мощность энергетической установки) с ха-
рактеристиками корпуса судна и скоростью. Такие расчеты всегда
сопряжены с определенной погрешностью. Однако эта погреш-
ность может быть сведена к допустимым пределам, если входящие
в зависимости коэффициенты определяются по подходящему
прототипу при числах Фруда, соответствующих скорости проек-
тируемого судна. Для определения буксировочной мощности суд-
на TVR и мощности, подводимой к гребным винтам NB, использу-
ются формулы, в которые входят так называемые адмиралтейские
коэффициенты Св и CN>\
— буксировочная мощность NR, кВт,
2
ЛЗ .1/3
ЛГЛ=-^—!- <5.22)
— мощность на гребных винтах NB, кВт.
2
ПЗ .1/3
(5.23)
где D — массовое водоизмещение, т; Св, CN — адмиралтейские
коэффициенты, определяемые по прототипу судна, для которого
известны Ро; V; т^.
Входящие в формулы (5.22) и (5.23) коэффициенты Св и CN
связаны соотношением
Cn
сГ=^
где р — пропульсивный коэффициент; рл д — КПД линии валоп-
ровода.
По опытным данным значения Св составляют:
для больших пассажирских судов........270—340
одновальных грузовых судов............600-650
малых грузовых судов..................200-300
пассажирских судов..................:.150—200
Приведем формулы для определения эксплуатационной мощ-
ности одного двигателя Ne, кВт (с учетом отбора мощности) в ус-
тановках с механическими передачами.
Одновальная и одномашинная установка (см. рис. 4.17, а)
*е =
N, 1
+ Отб)^\гм*^\р
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
317
где т], в1 — КПД линии валопровода; Т|гЛ, — КПД гидродинами-
ческой передачи (или муфты скольжения) и редуктора; т¥отб —
мощность, отбираемая на привод валогенераторов и других меха-
низмов, кВт.
При прямой передаче и жестком соединении двигателя с греб-
ным валом
— П + ^отб .
Л л.в.
При отсутствии дополнительного отбора мощности
Ne
Чл.в.
В одновальной многомашинной установке (см. рис. 4.16, в-д)
суммарная мощность всех главных двигателей Ne, кВт,
Ne 1
—~ + N у --------
om6L г\м»т\р
где Nom6% — суммарная мощность, отбираемая на привод валоге-
нераторов и других механизмов, кВт; — КПД муфты.
Число главных двигателей и распределение мощности между
ними зависят от общей потребной мощности, режимов использо-
вания установок, условий размещения двигателей в машинном
отделении, а также от освоенных (или подлежащих освоению) ти-
поразмеров двигателей.
Наибольшее распространение имеют двухмашинные установ-
ки с дизелями одинаковой мощности. При этом эксплуатацион-
ная мощность двигателя TV = Ne^/2.
При Ne^ > 15—20 тыс. кВт находят распространение установки
с тремя и четырьмя главными двигателями, работающими на один
вал, причем мощность между двигателями может распределяться
неравномерно: эго обеспечивает более экономичную работу уста-
новки на основных режимах. С целью унификации элементов ус-
тановки применяют главные двигатели с различным числом
цилиндров.
При равномерном распределении нагрузки потребная мощ-
ность каждого двигателя Ne, кВт, будет равна
( N, лг > 1
Л,= — + N«^ (5.24)
где к — общее число двигателей.
318
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
При использовании разнотипных двигателей суммарная мощ-
ность на фланцах этих двигателей кВт, составит
N.
(5.25)
где kv к2 — число двигателей мощностью соответственно Nel и N 2.
В многовальной установке (см. рис. 4.15) в общем случае на
каждую линию вала может работать несколько двигателей разного
типа и мощности.
В двухвальной установке мощность распределяется равномер-
но между обеими линиями вала. Если с каждой линией вала свя-
зан один двигатель с прямой передачей, то мощность двигателя
определится по формуле
' <5'26>
Для редукторной передачи с дополнительным отбором мощ-
ности выражение (5.26) будет относиться к выходному фланцу ре-
дуктора, а мощность каждого двигателя определится по формуле
(5.24) или (5.25).
В трехвальной установке мощность двигателей среднего вала
всегда превышает мощность двигателей бортовых валов. Так, в ДУ
быстроходных контейнеровозов на средний вал передается 40%
суммарной мощности, а на бортовые по 30%. В этом случае мощ-
ность выбираемого двигателя можно вычислять по формулам
(5.24) и (5.25) подставляя в них соответствующие значения Nei
В дизельных установках с электропередачей длительную эксп-
луатационную мощность двигателя определяют по соотношению
N= 7 ГГ, или N = „ ~ , (5.27)
Ллл. Лэп & Лг Ллех
где Лэя — общий КПД электропередачи; к — число двигателей;
Л г — КПД генератора; Л .иел — потери в передачи от дизеля к ге-
нератору (обыЧНО Лл<ех - 0,98—1,0).
К.П.Д. электрических машин зависит от мощности и рода
тока; он может быть оценен по графикам (рис. 5.63).
Для установки с гидростатической передачей
Уу
Ne= П .Ц .к’ <5'28>
Hj.e. Пл Ли &
где Лл< > Ли — КПД гидромотора и гидронасоса.
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
319
Рис. 5.63. Зависимость КПД электрических машин от мощности
1 — КПД генератора и электродвигателей переменного тока;
2 — КПД генераторов постоянного тока; 3 — КПД электродвигателей
постоянного тока
По формулам (5.24—5.28) вычисляется эксплуатационная
мощность двигателя. Как правило, она соответствует длительной
эксплуатационной мощности (ДЭМ). Полная (номинальная)
мощность принимается с учетом морского запаса на 15—30% выше
ДЭМ (см. пп. 5.2.2), в этом случае обеспечивается работа двигате-
ля без перегрузки при утяжелении винтовой характеристики.
При выборе марки двигателя необходимо ориентироваться на
двигатели, которые в настоящее время выпускаются промышленно-
стью (см. гл. 2), а также на вновь создаваемые перспективные.
При проектировании установок с прямой передачей частота
вращения вала двигателя определяется еще на стадии расчета
гребного винта. При этом выбор марки двигателя сводится к оп-
ределению размеров, числа цилиндров, тактности, уровня форси-
ровки, с учетом удельных массогабаритных показателей, ресурса,
стоимости, сорта и расхода топлива и масла. Обычно для мало-
оборотных двигателей принятая частота вращения вала двигателя
уже предопределяет размеры цилиндров. В соответствии с приня-
тым уровнем форсировки по Ре необходимо определить число ци-
линдров.
В общем случае
l~ 16,7Vs-n-Z-Pe ’
320
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
где Ne — мощность, кВт; п — частота вращения, мин-1; Z — коэф-
фициент такгности; Ре — среднее эффективное давление, МПа;
И — рабочий объем цилиндров, м3.
Выбор тактности касается средне- и высокооборотных дизе-
лей так как все выпускаемые и вновь проектируемые мощные ма-
лооборотные дизели являются двухтактными крейцкопфными.
СОД и ВОД выполняются как четырех-, так и двухтактными. Так-
гность должна выбираться с учетом режимов использования дви-
гателей. Для установок с частым изменением режимов и длитель-
ной работой на малых нагрузках следует отдавать предпочтение
четырехтактным двигателям.
Искомой величиной может быть необходимый уровень фор-
сировки, если число цилиндров заранее определено условиями
размещения и уравновешенностью двигателя.
Необходимо стремиться к выбору возможно меньшего числа
цилиндров, так как при этом сокращается длина двигателя, повы-
шается показатель мощностной насыщенности, отнесенный к
единице длины машинного отделения, уменьшается стоимость
установки. При меньшем числе цилиндров обеспечивается также
большая жесткость коленчатого вала и двигателя в целом, снижа-
ются расходы на обслуживание, уменьшается шумность. При вы-
боре числа цилиндров необходимо учитывать достигаемую сте-
пень уравновешенности двигателя. Кроме того, выбранное число
цилиндров должно обеспечить пуск главного двигателя при лю-
бом положении коленчатого вала. При выборе числа цилиндров
руководствуются, как отмечалось выше, массогабаритными пока-
зателями, а также обеспечением идентичности протекания рабо-
чего процесса во всех цилиндрах. Поэтому при использовании им-
пульсного газотурбинного наддува предпочтение следует отдавать
двигателям со значением /, кратным трем, а при постоянном дав-
лении газов перед турбиной такой необходимости нет.
В установках с редукторными передачами частоту вращения
вала двигателя можно выбирать независимо от расчета гребного
винта, ориентируясь на выпускаемые марки дизелей и типы ре-
дукторов.
Требуемые реверсивные и маневренные качества двигателей
определяются типом, водоизмещением судна, его скоростью, ти-
пом движителя. Эти качества оцениваются пусковыми свойства-
ми, запасом крутящего момента, конструкцией реверсивного уст-
ройства, рабочим диапазоном частоты вращения коленчатого вала
(см. пп. 5.4.6.).
21 СЭУ с две
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя 321
5.5.6. Выбор числа гребных валов и способа
реверсирования судна
При выборе числа гребных валов (движителей) учитывают тип
и назначение судна, мощность установки, требования к живучес-
ти, маневренным качествам, условиям размещения элементов ус-
тановки и гребного винта, а также первоначальную стоимость суд-
на и эксплуатационные затраты. С точки зрения пропульсивных
качеств наивыгоднейшей является одновальная одномашинная
установка с ВФШ, которая к тому же проще и дешевле, удобнее в
обслуживании, наиболее ремонтопригодна. Это определило ши-
рокое распространение установок такого типа на судах транспор-
тного морского флота с установившимися режимами плавания:
нефтеналивных, сухогрузных судах, лесовозах, углерудовозах,
транспортных рефрижераторах, судах рыбопромыслового флота.
Однако непрерывное увеличение мощности энергетических
установок и невозможность размещения винта необходимого ди-
аметра заставляет в ряде случаев отказываться от одновальной ус-
тановки. Такая тенденция наблюдается, в частности, при проек-
тировании крупнотоннажных быстроходных транспортных судов
с установками мощностью более 25—30 тыс. кВт (контейнерово-
зов, супертанкеров, судов с горизонтальным способом погрузки,
углерудовозов и др.).
Хорошими маневренными свойствами должны обладать суда
озерноречного и прибрежного плавания, рыболовные траулеры,
буксиры, спасатели, ледоколы, паромы, пассажирские суда. По-
этому для таких судов часто применяют мяоговальные (обычно
двухвальные) дизельные установки.
Важной задачей при проектировании многовальных устано-
вок является распределение мощности на каждый вал. В отличие
от двухвальной установки, в многовальной мощность распределя-
ется неравномерно. В трехвальной установке мощность двигате-
лей среднего вала превышает мощность двигателей бортовых ва-
лов. При однотипных двигателях распределение мощности дости-
гается путем изменения числа цилиндров.
Выбор способа реверсирования судна, по существу, сводится
к выбору типа движителя и передачи. Для судов с установивши-
мися режимами плавания предпочтительно изменять направление
движения с помощью реверсивных двигателей, а в качестве дви-
жителя применять ВФШ. Для судов, к маневренным качествам
которых предъявляются повышенные требования, предпочтение
может быть отдано ВРШ или реверсивным передачам (при нере-
версивных двигателях). Выбор типа движителя и передачи в зна-
322
Глава 5. Эксплуатационные режимы главного двигателя
чительной степени определяется также требованиями к тяговым
характеристикам и типом установки (см. пп. 5.4.6.).
При определении максимально допустимого диаметра винта
/)в мах необходимо добиваться того, чтобы исключалось влияние
свободной поверхности воды на работу винта. Недостаточное рас-
стояние между лопастями винта и корпусом судна может привес-
ти к вибрации корпуса и лопастей винта. Если известна осадка
корпуса судна Т, то Лв мах можно найти из следующих соотноше-
ний:
— для одновальных транспортных судов
= 0,65 - 0,7
Т
— для двухвальных транспортных судов
=0,6-0,65.
т
При выборе частоты вращения гребного винта необходимо
стремиться к достижению наибольшего пропульсивного КПД. Для
судов транспортного флота с умеренными скоростями оптималь-
ная частота вращения составляет примерно 90—100 об/мин. Для
контейнеровозов при скоростях более 10 м/с оптимальная частота
вращения доходит до 140 мин-1 в связи с относительно малыми
диаметрами винтов (5,4—7,2 м). Выбор частоты вращения гребного
винта зависит от способа передачи мощности винту и от размеров
винта. Если диаметр гребного винта известен, следует определить
оптимальную частоту вращения гребного вала (см. рис. 5.5.). В при-
менении к тралящим и буксирным судам расчет выполняют для
режимов свободного хода и траления (буксировки).
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя
323
Глава 6
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ВЫБОРА ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ПЕРЕДАЧ
6.1. Показатели судовой дизельной установки
Судовые дизельные энергетические установки характеризуют-
ся большим разнообразием параметров. Для определения целесо-
образности применения и перспектив развития большое значение
имеют технико-экономические параметры, важнейшие из кото-
рых — затраты на создание и эксплуатацию установок, а также
отдельные их составляющие. Затраты зависят от типа судна и ус-
ловий его эксплуатации, цен на топливо и масло, заработной пла-
ты обслуживающего персонала и уровня его квалификации, тех-
нических параметров установки и др.
Эффективность пропульсивной установки, т.е. ее экономич-
ность, надежность, маневренность, зависит также от правильного
выбора типа двигателя, передачи и параметров гребного винта
и его привода.
6.1.1. Энергетические показатели
К основным абсолютным энергетическим показателям судо-
вых дизелей относятся эффективная мощность Ne, кВт, индика-
торная мощность Ni, кВт, номинальная п и минимально-устой-
чивая, мин'1 частоты вращения и др.
Эффективная мощность, замеренная на фланце отбора мощ-
ности коленчатого вала (КВ) дизеля, определяется по формулам:
для дизелей с прямой передачей мощности на гребной винт (ГВ),
Ne= 1,046- IO"4 Меп,
где Ме — крутящий момент на ГВ, Н • м, п — частота вращения, мин-1;
• для дизелей, работающих на ГВ и имеющих индикаторный
привод,
= P^-F-S-n-i-W3
е 60Z
где Pt — среднее индикаторное давление, МПа;
F — площадь поршня, м2; S — ход поршня, м;
324 Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
i — число цилиндров; — механический КПД дизеля;
Z — коэффициент тактности дизеля, для двухтактных дизелей
Z = 1, четырехтактных — Z = 2;
• для дизелей, работающих на генератор переменного тока,
УфС/фИф , (К-10-3
Л. = cos Ч>-10-3; Ne = ———;
где /ф — фазовый ток генератора, А; Пф — фазовое напряжение на
зажимах генератора, В; тф — число фаз; т|г — КПД генератора;
cos (р — коэффициент мощности; W — мощность генератора, Вт;
• для дизелей, работающих на генератор постоянного тока,
Л7’10"3
N= —---------,
е Пг ’
где J — величина тока, A; U — напряжение на зажимах генератора, В.
Индикаторная мощность дизеля
М = 1-------------
60Z
К относительным энергетическим показателям можно отнести:
Ne
• Цилиндровую мощность N = ~.
е I
• Поршневую мощность Nn = .
Г
Li Е
• Среднее индикаторное давление Pi = , Pi = — ,
v s Iffl
где Vs — рабочий объем цилиндра; L( — эквивалентная работа за
цикл; Г — площадь индикаторной диаграммы, мм2; / — длина ин-
дикаторной диаграммы, мм; т — масштаб индикатора, мм/МПа.
• Среднее эффективное давление Ре = /¥т|да.
К абсолютным мощностным показателям СЭУ относятся суммар-
ная мощность ГД пропульсивной установки, суммарная мощ-
ность Ney ГЭУ, передаваемая валопроводам, а также суммарная мощ-
ность Ny, подведенная к движетелям, и мощность СЭС, кВт.
Для СЭУ с прямой передачей от ГД к движителю эффективная
мощность Ney ГЭУ и N/ составляют
где т]вп — КПД валопровода.
Для СЭУ с непрямой передачей
где т]п — КПД передачи от ГД к валопроводу.
Величина т|п может иметь разные значения для многомашин-
ных и многовальных установок.
6.1. Показатели судовой дизельной установки
325
Для судна в целом используют показатель буксировочной
мощности или мощности полезной тяги,
Nr = ЛвпЛ -
где ц — пропульсивный коэффициент; — КПД гребного винта;
т|£ — коэффициент влияния корпуса судна на работу винта.
Относительными мощностными показателями СЭУ являются
энергонасыщенность судна.
aN = Ney/D ИЛИ aN = NBy/D’
где D — полное водоизмещение судна, по грузовой марке, т;
относительная мощность СЭС
а = N JN\
э сэс' е
Значения относительных мощностных показателей ЭУ для
различных судов приведены в табл. 6.1, а для аэ — на рис. 6.1.
Используют в качестве мощностного показателя и степень
электрификации судна ax, кВт/ч, представляющую собой отноше-
ние мощности СЭС к водоизмещению судна: = N/D.
JU
Таблица 6.1
Энергетические характеристики судов
Тип судна aN, кВт/т аэс, кВт/т
Танкеры и суда для навалочных грузов 0,1-0,3 0,1-0,05
Универсальные сухогрузные суда 0,3-0,7 0,1-0,3
Скоростные контейнеровозы 0,8-1,5 0,2-0,4
Суда с горизонтальной погрузкой(накатные) 0,5-1 0,2-0,5
Крупные пассажирские суда и автомобильно- 0,8-1,7 0,3-0,5
пассажирские паромы
Ледоколы 1,3-2,5 0,3-0,4
Рис. 6.1. Зависимость аэ от мощности СЭУ: а — сухогрузных
судов (не рефрижераторов); б — нефтесборщиков
326 Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
6.1.2. Показатели экономичности
К главным показателям, характеризующим экономичность
работы судового дизеля, а следовательно, и экономичность СЭУ
относятся.
• Эффективный удельный расход топлива ge, г/(кВт*ч), это
отношение часового расхода топлива Вч, кг/ч, к эффектив-
ной мощности дизеля:
Вч Si
g~ Те ИЛИ«<=Т1„’
где g. — удельный индикаторный расход топлива.
• Эффективный КПД т|е, %, представляет отношение количе-
ства теплоты, преобразованной в эффективную работу на валу
дизеля, к количеству теплоты, выделившейся при сгорании
3600А; 3600
b*Qh ~ SeQH ’
। де QH — низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг.
К показателям эффективности относится также суммарный
расход масла двигателем, который складывается из расходов на
угар и на слив.
= G + G .
М уг сл
Из общей суммы масла, расходуемого тронковым дизелем, ос-
новной составляющей является расход на угар (85—95%),а расход
на слив составляет всего 5—15%. Расход масла крейцкопфным ди-
зелем в основном определяется расходом цилиндрового масла. Рас-
ход масла выражается величиной суточного GM или часового рас-
хода (7М, кг/ч. Относительной величиной является эффективный
суммарный удельный расход масла gM, г/(кВт • ч), который равен
отношению часового расхода к эффективной мощности дизеля.
„ = . ю-з
«« Ne 1и
Некоторые показатели экономичности судовых дизелей при-
ведены в табл. 6.2.
Таблица 6.2
Показатели экономичности судовых дизелей
Тип дизеля ge, г(кВт’ч) gM, г/(кВт«ч) Пе,%
МОД 157-180 0,55-1,1 44-52
СОД 168-210 1,5-2,5 44-48
вод 205-230 2,0-5,0 38-42
6.1. Технико-экономические показатели судовой дизельной установки
327
Показатели экономичности СЭУ следующие:
— удельный расход топлива gey, кг/(кВт • ч).
g*=G*/(N! + N^ +N
где Gte — суммарный расход топлива на СЭУ на основном расчет-
ном режиме, кг/ч (это расход топлива на движение судна и на тех-
нологические нужды, определяемые условиями перевозки груза, в
частности на обработку и сохранение груза, а также на все виды
обслуживания пассажиров и экипажа); Ng^y,Non — мощности,
необходимые для работы вспомогательных механизмов ГЭУ и об-
щесудовых потребителей;
- эффективный КПД установки
л? =[звоо(ы» +n™ +No.„)]/(G?Qj)=3600/(?»<?£),
где Q# — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;
- эффективный КПД ГЭУ
nPv=3600N' /(Gf3yQg),
где G-f3y — суммарный расход топлива на ГД и обслуживающие
их вспомогательные механизмы мощностью ;
— пропульсивный КПД установки
т\гэу = 3600N R /(GpyQ^) = =Ъеэут\впцрт\к.
Ориентировочные значения т^ЭУ для различных типов СЭУ с
ДУ с МОД и СОД 0,47-0,50.
На практике применяется показатель, который характеризует
не только качество СЭУ, но и свойства гидродинамического комп-
лекса корпус судна — движитель — двигатель. Он называется удель-
ным расходом топлива на единицу пройденного пути g (кг/милю).
ss=№l/s-
Все абсолютные и относительные показатели определяются
мощностью СЭУ, развиваемой на данном режиме. С уменьшени-
ем мощности абсолютные показатели непрерывно снижаются.
Зависимость относительных показателей от мощности приведена
на рис. 6.2. Как видно, максимум КПД установки Г|£ и минимум
удельного расхода топлива g? соответствуют нагрузкам, близким
к номинальной, т.е. Ne =0,8... 1,0.
328
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
Рис. 6.2. Зависимость относительных показателей
экономичности СЭУ от ее мощности
Минимум gs располагается в области значительно меньших на-
грузок и соответствует скорости, называемой экономической хэк.
Судно, двигаясь с этой скоростью, пройдет наибольший путь
при заданном запасе топлива. Поскольку gs обратно пропорцио-
нален дальности плавания, последняя может быть увеличена при
плавании с уменьшенными скоростями.
6.1.3. Массогабаритные показатели
К массогабаритным показателям судового дизеля относятся
как абсолютные, так и относительные показатели.
Абсолютные показатели
Масса «сухого» дизеля, G, кг, т.е. без воды, масла и топлива,
но с учетом массы механизмов, обеспечивающих его работу.
Габариты дизеля определяются тремя основными размерами:
длиной L, м, по фундаментной раме, шириной В, м, по фундамен-
тной раме, или общей шириной на уровне коллекторов, высотой
Н, м, от оси КВ до наиболее высокой точки цилиндровой крышки.
Относительные показатели
Удельная масса, т.е. масса дизеля, отнесенная к эффективной
его мощности, кг/кВт, она служит показателем металлоемкости
дизеля.
G
т ~ ТГ •
Ne
6.1. Технико-экономические показатели судовой дизельной установки 329
Для оценки конструктивного исполнения дизеля используют
литровую массу.
G
те= V '
Т л
где Ул — суммарный объем всех цилиндров, л.
Оценку степени использования габаритов дизеля в условиях
МО производят по мощности установки, отнесенной к длине ди-
Ne
зеля Ne/L = NL, кВт/м, площади NF = —, кВт/м2, или объему
£51^
Ne
ШТ кВтМ
Масса СЭУ оказывает прямое влияние на основные показате-
ли судна (скорость, дальность плавания, полезное водоизмеще-
ние), а также характеризует в определенной мере эксплуатацион-
ные свойства СЭУ и степень ее технического совершенства.
К абсолютным массовым показателям СЭУ относятся Gy —
«сухая» масса установки, т.е. масса всех ее элементов без воды,
масла и топлива, т; Gy — масса в рабочем состоянии, т.е. масса
установки, приготовленной к действию (с водой, топливом, мас-
лом в элементах и трубопроводах), т; Ga — масса запасов топлива,
масла и технической воды для СЭУ, т; Gy3 — полная масса уста-
новки с запасами, т; G = G + G3.
Под массой СЭУ понимают сухую массу установки, определя-
емую в соответствии со стандартной методикой. Массы рабочих
сред в элементах СЭУ, а также инструмента, расходных материа-
лов и пр., как правило, отдельно не выделяют, а учитывают в со-
ставе аналогичных элементов нагрузки по судну в целом. Массу
запасов рабочих сред учитывают отдельно от массы СЭУ, по-
скольку эти запасы определяются не только типом и мощностью
ЭУ, но и дальностью, и автономностью плавания.
Зависимости сухой GfA и удельной т™ (отнесенной к N[Ay
массы ДУ с МОД от его мощности приведены на рис. 6.3, а рас-
пределение массы МОД между ГД и вспомогательными механиз-
мами — на рис. 6.4.
Ориентированные значения удельной массы современных ти-
пов СЭУ приведены ниже:
СЭУ те, кг/кВт
Дизельная с МОД и прямой передачей.............. 80—110
Дизель — редукторная с СОД и одноступенчатой
зубчатой передачей....................................60-70
Дизель — редукторная СПК............................5-7
Дизель — электрическая ледоколов и судов
ледового плавания....................................90-100
330
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
Рис. 6.3. Зависимости сухой G™ и удельной шегд массы МОД от
его мощности:
1 — сухая масса; 2 — удельная масса
* w ft
Рис. 6.4. Распределение массы МОД:
1 — ГД; 2 — вспомогательные механизмы!
40
О
Удельную массу, кг/кВт, основных элементов СЭУ можно
принимать следующей:
Дизели:
МОД, двухтактные, реверсивные........................24-50
тронковые, двухтактные, реверсивные................27-32
тронковые, четырехтактные, нереверсивные...........10—15
высокооборотные, четырехтактные...................2,7-4,0
среднеоборотные, четырехтактные, реверсивные.......12-16
среднеоборотные, двухтактные, реверсивные...........9—13
Дизель-генераторы:
главные..............................................12-15
вспомогательные....................................18-25
ГЭД...................................................14-18
Зубчатые редукторы:
одноступенчатые....................................7-8
двухступенчатые....................................5—7
ДРА.................................................22-27
6.1. Технико-экономические показатели судовой дизельной установки
331
Массу установки G , т, на ранних стадиях проектирования
можно найти по удельной массе q3y или доле водоизмещения по-
добных однотипных установок к1 (табл. 6.3).
или G3y = K{’D,
где D — водоизмещение, т.
Значения коэффициентов
Таблица 6.3
Типы судов ?эу> кг/кВт кг,%
Танкеры и сухогрузы 110-200 4-9
Речные грузовые 48-160 1,4-7
Пассажирские морские 160-230 10-25
Пассажирские речные 75-160 5-18
Ледоколы и буксиры 41-160 15-30
На подводных крыльях — 15-17
Окончательно массу СЭУ определяют в процессе проектиро-
вания по результатам суммирования масс всех элементов СЭУ при
составлении сводной таблицы нагрузки.
Основными габаритными показателями СЭУ являются площадь
м2, и объем VM0, м3, помещений для механизмов и оборудова-
ния и протяженность этих помещений по длине судна LM0, м.
Помещение СЭУ расположены в надстройках и рубках. Как пра-
вило, при расчете объемно-габаритных показателей СЭУ учиты-
вают в первую очередь площадь помещений.
Объем помещений для СЭУ определяется типом установки и
ее мощностью, а также типом главной передачи. Для морских
транспортных судов удельный объем помещений СЭУ обычно со-
ставляет 0,35-0,7 м3/кВт, для неводоизмещающих он, как мини-
мум, на один порядок меньше.
При определении полного объема помещений, занимаемых
СЭУ, необходимо дополнительно учитывать объемы туннелей ва-
лопроводов и цистерн запасов топлива, масла и воды, не входя-
щие в объем помещений СЭУ.
Относительными габаритными показателями СЭУ могут служить:
— относительная длина МО
~ L^o/L^,
— энергонасыщенность помещений СЭУ по длине nL, кВт/м,
площади пола пр кВт/м2, и объему nv, кВт/м3,
nL ~ (Ne + Nc3c)/LM0', nF= (Ne+Nc3c)/^M0>
nv= (Nj! +NC3C)/VM0,
где Lll — длина судна между перпендикулярами, м.
332 Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
Рис. 6.5. Относительная длина МО:
1 — ДУ с одним ДВС, кормовое расположение (КР); 2 — ДРУ с двумя
ДВС (КР); 3 — ДУ с одним ДВС, среднее расположение (СР)
Определение габаритов СЭУ — процесс весьма трудоемкий и
длительный. На начальном этапе проектирования пользуются
приближенными зависимостями, позволяющими определять га-
баритные характеристики с различной степенью точности исход-
ной информации. В этой связи одним из важных показателей яв-
ляется относительная длина МО I = LM0/L_, поскольку длину и
высоту судна на участке МО использовать для других целей не
удается. Если выбран тип СЭУ, но отсутствуют характеристики
ГД, суммарная длина МО определяется как LM0 = l*L^. Значе-
ния 1у находят по графикам на рис. 6.5. Линии 1 и 2 относятся к
ДУ с редуктором и без него. Для ДРУ с двумя ДВС при среднем
расположении МО I является весьма стабильной и составляет
0,13-0,15 при длине судна 75-150 м. Значительные колебания I
при малой длине и кормовом расположении МО объясняются бо-
лее сильным влиянием конструкции ГД на длину МО по сравне-
нию с другими типами расположения, поскольку установку необ-
ходимо разместить в ограниченном объеме. Для современных су-
хогрузов относительная длина МО 14,2-16,8 (ДУ с МОД); 20-30
(пассажирские суда); 13,6-15,8 (танкеры); 35-60 (ледоколы, бук-
сиры); 24-28 (суда ледового плавания).
После уточнения мощности СЭУ и выбора ГД уточняют длину МО:
^мо = а^ГД’
где Тмо — расстояние между носовой и кормовой переборками
МО на уровне настила двойного дна без учета топливных диптан-
ков и рецесов упорного подшипника гребного вала; £гд — длина
ГД (собственно ДВС); а — коэффициент (табл. 6.4).
Как видно, а изменяется в широких пределах, что объясняет-
ся особенностями компоновки оборудования СЭУ и его располо-
жения. Табл. 6.4 составлена для установок, мощность которых бо-
лее 2,2—3,0 МВт. При меньших значениях мощности а в боль-
шинстве случаев оказывается выше на 30—50%.
6.1. Технике-экономические показатели судовой дизельной установки 333
Таблица 6,4
Значения коэффициента а для СЭУ
СЭУ Число ГД Расположение
кормовое среднее
Дизельная 1 1,95—2,05 1,25-1,45
Дизель-редукторная 1 — 1,75-2,05
Дизель-редукторная 2 2,65-3,15 1,85-2,10
Дизель-редукторная 4 — 2,90-3,10
Дизель- электрическая 1-5 3,5-3,90 3,10-3,60
6.1.4. Основные показатели надежности
Надежность представляет собой свойство объекта сохранять
во времени в установленных пределах значения всех параметров,
которые характеризуют способность выполнять требуемые функ-
ции в заданных режимах и условиях применения, технического
обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Надежность — одно из важнейших свойств СЭУ и ее элемен-
тов. Понятие «надежность» включает в себя понятия безотказнос-
ти, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости или оп-
ределенное сочетание этих свойств, ГОСТ 27.002-89.
Безотказность- свойство СЭУ непрерывно сохранять работос-
пособное состояние в течение некоторого времени или некоторой
наработки. Работоспособное состояние — такое состояние СЭУ,
при котором значения всех параметров, характеризующих способ-
ность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям
нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Нарушение работоспособного состояния СЭУ называется отка-
зом. Различают отказы независимый, зависимый, внезапный, по-
степенный, перемежающийся, конструкционный, производ-
ственный и эксплуатационный.
Основными показателями безотказности являются вероят-
ность безотказной работы, средняя наработка до отказа и на от-
каз, интенсивность отказов и пр. Для ДВС, например, эксплуата-
ционные отказы обусловлены несоблюдением правил техничес-
кого обслуживания и эксплуатации, перегрузками, несоответстви-
ем сорта и качества топлива и масел и пр.
Долговечность- свойство СЭУ сохранять работоспособное со-
стояние до наступления предельного состояния при установлен-
ной системе технического обслуживания и ремонта. Качествен-
ными показателями долговечности являются назначенный срок
службы и ресурс.
334
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
Назначенный срок службы — это календарная продолжитель-
ность эксплуатации СЭУ, по достижении которой применение
СЭУ по назначению прекращается. Ресурсы различают средний,
гамма-процентный, назначенный. Так, назначенный ресурс
есть суммарная наработка СЭУ, по достижении которой примене-
ние СЭУ по назначению запрещается. В терминах показателей
долговечности необходимо указывать вид действий после того,
как наступило предельное состояние СЭУ: например, средний ре-
сурс до капитального ремонта, полный средний ресурс (срок
службы). В срок службы входят продолжительности всех видов
ремонтов СЭУ.
Примерные значения среднего ресурса лучших образцов СОД
в зависимости от сорта применяемого топлива составляют: 12—15
до переработки при работе на дизельном топливе и 8—10 тыс. ч на
тяжелом топливе; 50-60 и 35—40 тыс. ч соответственно до капи-
тального ремонта.
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта
В зависимости от поставленной цели и задачи конструктор
проводит сравнительный технико-экономический анализ выбора
главного двигателя, ориентируясь на программу существующего
выпуска или, если за базовый вариант принят двигатель, произ-
водство которого не освоено, необходимо выполнить расчет эко-
номического эффекта от его внедрения.
Комплектация дизельной СЭУ производится в результате со-
поставления экономических показателей нескольких ее вариан-
тов, с технической точки зрения наиболее приемлемых для проек-
тируемого судна.
Сравнению подлежат альтернативные варианты, использую-
щие различные типы главной передачи: прямой, редукторной,
электрической и гидравлической.
6.2.1. Технико-экономический анализ выбора главного
двигателя из существующего типажа
Исходными данными для выбора главного двигателя служат:
тип и назначение судна, районы и режимы его плавания, условия
размещения двигателей, массогабаритные показатели установки,
а также требования Регистра к установкам.
Выбираемый двигатель оценивают по мощности, частоте вра-
щения, надежности, габаритам, удельной массе, удельным расхо-
дам топлива и масла, сортам применяемого топлива и масла, сте-
пени уравновешенности, первоначальной стоимости, безопасно-
6.2. Технике-экономическое обоснование проекта 335
сти обслуживания, приспособленности к автоматизации. Особое
внимание должно быть уделено маневренным качествам двигате-
ля, которые характеризуются следующими показателями:
— временем подготовки к пуску и развития полной мощности;
— минимально устойчивой частотой вращения двигателя;
— временем остановки и реверса;
— мощностью заднего хода.
Так как показатели энергетических установок в значительной
мере зависят от типа главного двигателя, выбор двигателя должен
быть технико-экономически обоснован.
Для выбора типа двигателя необходимо сопоставить несколь-
ко двигателей, близких заданной мощности, из числа выпускае-
мых отечественной промышленностью, а также установленных на
судне-прототипе. При этом двигатели должны соответствовать
современному уровню развития дизелестроения. В диапазоне
мощностей речных судов четырехтактные двигатели имеют целый
ряд преимуществ по сравнению с двухтактными.
Для выбора двигателя необходимо иметь расчет винта, из ко-
торого выписываются мощность винта Ne, частота вращения вин-
та, пропульсивный коэффициент, шаговое отношение, безраз-
мерная кинематическая характеристика гребного винта.
При прямой передаче мощность двигателя определяется по
формуле:
N
W,=(l,05-l,25)-^+A'
Лв
где т|в — КПД валопровода; Ne г — мощность валогенератора, кВт.
При прямой передаче мощности на винт в основном приме-
няются малооборотные крейцкопфные дизели и в редких случаях
СОД для судов небольшого водоизмещения.
Двигатель должен отвечать расчетной частоте вращения и ми-
нимальному числу цилиндров. В том случае, если двигатель не
отвечает поставленным требованиям, выбирают двигатель с ми-
нимальной длиной. Затем двигатель проверяется на возможность
его размещения в машинном отделении и демонтажа поршня со
штоком с учетом высоты кран-балки и гака.
Далее выполняется комплектование альтернативного вариан-
та установки — с редукторной передачей. Главный двигатель вы-
бирается из большого числа типов среднеоборотных тронковых
двигателей (табл. 6.5).
Мощность главного двигателя будет отличаться от мощности
двигателя для прямой передачи на КПД редуктора, т|
Ne = (1,05...1,25)—^—+ NeЛ.
Лв' Л ред
336 Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
Таблица 6.5
Возможные типы главного двигателя
при редукторной передаче
Марка двигателя Водоизмещение судна, тыс. т
ЧН 20/27,20/30,21/31,23/30 0,5-3
ЧН 26/26,27/38,28/32,30/38 3-6
ЧН 32/40,32/48,32/42 5-35
ЧН 35/45,35/38,40/46,40/55 25-60
ЧН 40/54,48/60,57/62,58/60 45-150
Редуктор выбирается из типоразмерного ряда по отношению
мощности к частоте вращения N/n и передаточному отношению i,
а также выбирается тип муфты.
Для рассмотренных вариантов выполняется эскиз предвари-
тельного расположения основных элементов установки в машин-
ном отделении и технико-экономическое сравнение. Варианты
сравниваются по массогабаритным показателям, стоимости, зат-
ратам на горюче-смазочные материалы:
згс„ = ^гад + ймсм)-10-’,
где ge, gM — соответственно удельный расход топлива и масла,
кг/(кВт • ч); Ne — среднеэксплуатационная мощность, кВт; tT —
среднеэксплуатационное время в год, ч; Ст, См — соответственно
стоимость топлива и масла, руб/т.
Выбирается тот вариант, который окажется по сравниваемым
показателям предпочтительнее, если нет других специальных тре-
бований.
Показателем сравнительной экономической эффективности
при выборе типа двигателя могут быть приняты удельные приве-
денные затраты 3, представляющие собой сумму текущих эксплуа-
тационных затрат и капитальных вложений, отнесенных к 1 кВт/ч.
3 = С + Е К,
э Н у’
где Ку — удельные капитальные вложения по каждому варианту
РУ6- „
двигателя, тт:-, С — себестоимость выработанной двигателем
КВТ’Ч 3
руб.
ЭНеРГИИ’
Ен — нормативный коэффициент эффективности, капиталь-
ных вложений, Ен = 0,1—0,2.
Выбор типа двигателя производят из условия 3 —> min.
Капитальные вложения определяются по формуле
К = Ц+ С+С+С ,
тр хр МОН’
где Цд — оптовая цена двигателя;
22 СЭУ с ДВС
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта
337
— затраты на транспортировку двигателя с завода-изгото-
вителя на судостроительный завод, руб.;
Схр — затраты на хранение двигателя на складе, руб.;
Смон — затраты на монтаж двигателя на судне, руб.;
Удельные капитальные вложения на 1 кВт • ч работы двигате-
ля за навигацию составят:
К к
где Км — коэффициент использования мощности;
Ne — номинальная мощность двигателя, кВт;
/г — средняя годовая наработка за навигацию, ч.
Значения коэффициентов Км и tx приведены ниже.
Коэффициент использования мощности
1. Главных двигателей: Км
— морские суда..............................0,85
— суда смешанного плавания...................0,8
— водоизмещающие речные суда................0,75
— суда на подводных крыльях..................0,9
2. Дизель-генератор: ...........................0,7
Средняя годовая наработка главных двигателей, ч/год
'г
— морские суда................................5000
— суда смешанного плавания....................4500
— внутреннего плавания........................3000
— скоростные суда........................... 2000
Годовые текущие затраты на эксплуатацию двигателя:
Стэ ~ Ст + см + Смк + Са + Ср,
где Ст — затраты на топливо, руб.;
См — затраты на смазочное масло, руб.;
Смк ~ затраты на содержание машинной команды, обслужи-
вающей двигатель, руб.;
Са — годовая сумма амортизационных отчислений, руб.;
Ср — затраты на текущий и навигационный ремонт, руб.
Себестоимость выработанной двигателем за навигацию энергии:
г - ^тэ
Э Км-Ne-tr'
Нормы амортизационных отчислений по двигателям с различ-
ной частотой вращения:
338
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
— до 500 мин1 ................................0,16
- 500... 1000 мин*1..........................0,222
— свыше 1000 мин-1...........................0,483
Норма амортизационных отчислений по группам и видам су-
дов и энергетических установок:
1. Буксирные и служебно-вспомогательные теплоходы с час-
тотой вращения:
— 500 мин-1..................................0,052
- 500... 1000 мин"1..........................0,075
— свыше 1000 мин"1 ..........................0,132
2. Сухогрузные теплоходы грузоподъемностью:
- до 200 т....................................0,093
- 200...700 т................................0,076
- 700...2000 т...............................0,047
— более 2000 т................................0,04
3. Наливные теплоходы грузоподъемностью:
- 200 т........................................0,02
- 200...700 т................................0,067
— более 700 т................................0,045
4. Сухогрузные и наливные теплоходы смешанного
плавания..........................................0,05
5. Грузопассажирские и пассажирские теплоходы и дизель-
электрические мощностью
— до 200 кВт...................................0,1
- 220...441 кВт..............................0,067
— более 441 кВт..............................0,048
6. Суда на подводных крыльях, воздушной подушке
и глиссирующие...................................0,115
Стоимость текущего и навигационного ремонтов двигателя в
долях от его цены Лпер — 0,03...0,05
Стоимость текущего и навигационного ремонтов СЭУ в долях
от ее строительной стоимости а — 0,013...0,015.
Технико-экономический анализ вариантов удобнее проводить
в табличной форме (табл. 6.6 и 6.7).
При расчете затрат на текущий и навигационный ремонт мож-
но ориентироваться на удельную трудоемкость технического об-
чел ’Ч
служивания двигателей 1000кВт.ч :
— среднеоборотных, реверсивных 0,4...0,64
— среднеоборотных с реверс-редуктором 0,8... 1
— высокооборотной с реверс-муфтой 1,2... 1,35
22*
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта
339
Таблица 6.6
Необходимые исходные данные для расчета
приведенных затрат
Показатель Обозначение Вариант
I II III
Мощность, кВт Частота вращения, мин-1 Ресурс до списания, ч. Ресурс до капитального ремонта, ч. Ресурс до переборки, ч. Удельный расход топлива, г/кВт • ч Удельный расход масла, г/кВт • ч Масса, кг Длина, м Ширина, м Высота, м Оптовая цена двигателя, руб. Сорт топлива Цена топлива, руб./т Сорт смазочного масла Цена смазочного масла, руб./т Средняя годовая наработка, ч Коэффициент использования мощности п *сп *к.р. ^пер Зе Зм G L В Н Цд цт цм К км
Таблица 6.7
Расчет первоначальных капитальных затрат на двигатель
Статья затрат Формула для расчета I II III
Оптовая цена двигателя, руб. Затраты на транспортировку, руб. Затраты на монтаж, руб. Затраты на хранение, руб. Капитальные вложения, руб. Работа, совершаемая двигателем, кВт’Ч Удельные капитальные вложения, руб.ДкВт’ч) >1 II J*: II j?3..® » р || Д £ . • Т А + О S
Удельная трудоемкость технического обслуживания СЭУ,
чел *ч
1000 кВт • ч ’ Ту
— со среднеоборотным двигателем с прямой передачей 0,9... 1,1
— со среднеоборотным двигателем с реверсредукторной пере-
дачей 2...2,5
— с высокооборотным двигателем с реверс-муфтой2,2...2,5.
При работе двигателя на тяжелом или моторном топливах ве-
личины удельных трудоемкостей xg увеличиваются в 1,5 раза.
340 Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
6.2.2. Расчет экономического эффекта от производства
и эксплуатации нового двигателя
Если в проекте предполагается использовать двигатель, про-
изводство которого не освоено, то при проведении сравнительно-
го технико-экономического анализа выбирают базовый вариант
(двигатель-аналог), который заменит спроектированный. В этом
случае рассматриваются следующие вопросы:
— оценка уровня прогрессивности и новизны проекта двига-
теля и обоснование актуальности разработки;
— определение себестоимости и оптовой цены спроектиро-
ванного двигателя;
— расчет эксплуатационных расходов по сравниваемым вари-
антам;
— расчет экономического эффекта.
Уровень прогрессивности и новизны проекта оценивается по
технико-экономическим показателям и параметрам спроектиро-
ванного двигателя и двигателя-аналога. Этот двигатель выбирает-
ся с учетом размерности цилиндра, частоты вращения коленчато-
го вала, мощности и назначения и должен иметь передовой уро-
вень по отношению к отечественной и зарубежной технике. При
этом обосновывается актуальность разработки и предполагаемая
потребность в двигателях. Для определения экономичного эффек-
та за аналог должен приниматься двигатель того же эксплуатаци-
онного назначения и с близкими параметрами. Необходимо иметь
в виду вопросы технической эстетики, эргономики и экологии по
снижению уровня токсичности и шума.
При определении себестоимости и отпускной цены проекти-
руемого двигателя статьи затрат по базовому двигателю известны.
При близком типоразмере двигателя, принятого за аналог с про-
ектируемым двигателем, и при общей производственной базе се-
бестоимость можно определить по удельным показателям и соот-
ношениям отдельных статей расходов.
Ориентировочный расчет отдельных статей затрат на этапе
изготовления нового двигателя можно производить с использова-
нием следующих зависимостей.
1. Сырье и материалы. При применении одних и тех же конст-
руктивных материалов и методов получения заготовок
CMH=^L-CMS-KU,
Мб
где СМ}{, СМБ, — стоимость сырья и материалов соответственно
для нового и базового двигателей, руб.; QH/Qb — соотношение зат-
рат на материалы по новому и базовому двигателям.
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта
341
В формулах здесь и далее индекс «Н» будет использован для но-
вого, а «Б» для базового двигателей. Кц — коэффициент усложнения
конструкции нового двигателя, он учитывает число и диаметр ци-
линдров, уровень форсировки, объем комплектации и т.д. Ориенти-
ровочно его значение можно принимать в пределах от 1,0 до 2,3.
2. Покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия
Пн =у~ПБКц^
где Пн, ПБ, — затраты на комплектацию двигателя и полуфабри-
каты, руб.
В эту статью входят затраты предприятия на приобретение за-
готовок, деталей, комплектующих изделий, полуфабрикаты соб-
ственного производства и промышленные услуги. Затраты на по-
купные комплектующие изделия по проектируемому двигателю
определяются по ведомости покупных изделий.
3. Транспортно-заготовительные расходы принимаются в раз-
мере планового процента от суммы затрат на материалы, покуп-
ные комплектующие изделия и полуфабрикаты.
z 4. Топливо и энергия на технологические цели.
а _ Пн . о
И~7ГС е>
где Эн, ЭБ — затраты на топливо и энергию, руб.;
NH, НБ — мощности двигателей, кВт.
5. Возвратные отходы
В ~ ВБ + +
Н ПБ + ПСБ+СМБ ’
где Вн, ВБ — возвратные отходы; ПСН, ПСБ — возвратные отходы
от полуфабрикатов собственного производства, а СМН, СМБ — от
сырья и материалов.
6. Основная заработная плата, руб., определяется по трудоем-
кости изготовления двигателя.
3я=^=Т^-
кА
ill
7. Дополнительная заработная плата ЗДН производственных
рабочих принимается в размере планового процента от основной.
342
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
8. Отчисления на социальное страхование ОСН принимаются
установленным процентом от суммы основной и дополнительной
заработной платы.
9. Стоимость износа инструмента и приспособлений, руб.
ин=^-иБ.
10. Цеховые расходы, руб.
ЦРН=^-ЦРС.
Цеховая себестоимость двигателя ЦСН определяется как сум-
ма всех затрат по пунктам 1—10.
11. Общезаводские расходы, руб.
OPH=^-OPS.
Производственная себестоимость, руб.
ПСН=ЦСН+ОПН.
12. Внепроизводственные расходы, руб.
bph=^l-bpe
н ПСБ Б
Тогда полная себестоимость, руб.
=ПСН+ВРН.
Отпускная цена двигателя, руб.
Ц = СН 1 + А-
100 у
где Р — рентабельность двигателя, %.
После расчета отпускной цены статьи затрат для базового
и нового двигателя для удобства анализа желательно свести в таб-
лицу.
Определение: Эксплуатационные затраты определяются в сле-
дующей последовательности соответственно для нового и базово-
го двигателей.
1. Рассчитывается годовая производительность базового ВБ и
нового Вн двигателей, кВт • ч.
B = Ne-KM-tr
где Км — коэффициент использования мощности; tr — средняя
годовая наработка двигателя в год.
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта
343
2. Годовые текущие затраты на топливо Зтни 3ТБ, руб.
Зт = 8т * Ne * Цт * *tr—gT*B* Цт,
где gT — среднеэксплуатационный удельный расход топлива,
г/(кВт-ч); Цт — цена топлива, руб./г.
3. Годовые текущие затраты на масло Змн и 3МБ, руб.
Зм ~8м 'В* Цм,
где gM — удельный расход циркуляционного масла, г/(кВт-ч);
Цм — цена циркуляционного масла, руб./г.
Если в системе смазки двигателя используются различные мас-
ла, например для лубрикаторной смазки, необходимо определить
затраты отдельно на каждую марку масла, а затем их суммировать.
4. Годовые текущие затраты на ремонт, руб.
q _ впер *
Jp~ i ’
lnep
где впер — (0,03...0,05) — стоимость текущего и навигационного
ремонтов двигателя в долях от его цены; ?пер — ресурс до перебор-
ки двигателя, ч.
5. Годовые затраты на техническое обслуживание, руб.
3q = Q.O ,
кто
где Сто — средняя стоимость технического обслуживания, руб.;
Rm — периодичность проведения техобслуживания, ч.
6. Годовые амортизационные отчисления, руб.
3 -Ц'’'
1 п
где Тп — полный годовой ресурс двигателя, ч.
Просуммировав эксплуатационные годовые затраты по пози-
циям 1-6 соответственно для нового и базового двигателей полу-
чим эксплуатационные издержки Ин и ИБ, а затем определим
удельные эксплуатационные расходы, УРнъ УРБ, руб./(кВт*ч).
Определив эксплуатационные затраты, можно приступать к рас-
чету экономического эффекта от производства и эксплуатации ново-
го двигателя в сравнении с базовым по затратной концепции, руб.
а _ тт . v тт । Nб Кп ~ Ин
Jcp -ЦБ-КП-ЦН +------- —-----
где Кп = ВБ/ВН — коэффициент приведения базового варианта
двигателя к сопоставимой годовой производительности; Ин —
годовые эксплуатационные расходы без учета амортизационных
344
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
отчислений, руб./год; Ен~ 0,1...0,15 — нормативный коэффици-
ент эффективности капитальных вложений; Рн — норма ренова-
ции нового двигателя с учетом фактора времени Т (табл. 6.8).
Таблица 6.8
Норма реновации новой техники
т год Л
1 1
2 0,476
3 0,302
4 0,216
5 0,164
6 0,130
7 0,105
8 0,0874
9 0,0736
10 0,0627
11 0,054
12 0,0468
13 0,0408
14 0,0357
15 0,0315
20 0,0175
25 0,0102
Применительно к одному году эксплуатации двигателя эконо-
мический эффект определяется по формуле
Э_Д-И-ЕНД
Рн+Ен
где Д = ZTj • Б; i — порядковый номер выполняемой работы; т —
тариф за единицу выполняемой работы, руб.
Лучшим является вариант, у которого экономический эффект
будет максимальным.
6.2.3. Технико-экономическая оценка СДУ
Технико-экономическая оценка проекта может производить-
ся по методике, позволяющей определить приведенные затраты
на единицу продукции для каждого варианта проекта и выбрать
оптимальный. Приведенные затраты определяются по формуле
3r = ЕцК +
где Ен — нормативный коэффициент эффективности капиталь-
ных вложений; К — капитальные вложения на единицу продук-
ции; С — текущие затраты на единицу продукции.
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта
345
Для транспортных судов приведенные затраты могут быть оп-
ределены на 1 т годовой провозной способности судна
3c = £ffJQ.+Cc=^(i₽+^.
Приведенные капитальные затраты Кс на перевозку 1 т груза,
S(j SK + Sy
руб./т, определяется так: лс = —=—— •
В этих формулах Sc = SK + Sy — общая стоимость судна, руб.,
равная сумме стоимостей корпуса с оборудованием SK и энергети-
ческой установкой Sy, Ен= 1/Т0К =0,12 — нормативный коэффи-
циент эффективности (f0K — срок окупаемости судна, годы); П —
провозоспособность судна, т/год; ц — коэффициент, учитываю-
щий дополнительные затраты на вспомогательные и производ-
ственные работы по судну, швартовные, ходовые, сдаточные ис-
пытания, доковые работы, а также накопления и начисления за-
вода-строителя; р — коэффициент, учитывающий затраты на про-
ектирование и технологическую оснастку.
Приведенные эксплуатационные затраты по судну в год Сс на
1 т перевезенного груза определяются по формуле
С
П Ргр fvl ’
где Ргр = DW - G3~ чистая грузоподъемность, т (DW, G3 — дейд-
вейт и запасы, т); fD — средний коэффициент загрузки судна за
„ „ . 24(365-тР)
круговой рейс, i =------— — число круговых рейсов за год;
?х~Тст
тр — плановое время отстоя в ремонте, сут/год; Тх — ходовое вре-
мя с учетом маневров за круговой рейс, ч; Тст — время стоянки за
круговой рейс (складывается из времени проведения грузовых
операций и времени непроизводительных стоянок), ч.
Годовые эксплуатационные затраты по судну, руб./год, со-
ставляют
= &т.м + ^эк + ^ам + ЭР+ЭН+ Экос .
Стоимость топлива и масла Этм подсчитывается по прейску-
рантам с учетом пояса и стоимости бункеровки. Затраты на содер-
жание экипажа Ээк включают зарплату, премии, надбавки, опла-
ты отпусков, начисления на зарплату и затраты на бесплатное кол-
лективное питание.
Для ориентировочных расчетов затраты на содержание экипажа,
руб./сут., могут быть определены по существующим нормативам.
346
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
Амортизационные отчисления Эам состоят из двух частей —
отчислений на восстановление (реновацию) и отчислений на ка-
питальный ремонт и модернизацию в течение срока службы суд-
на. Ориентировочные нормы амортизационных отчислений для
морских судов приведены в табл. 6.9.
Таблица 6.9
Нормы амортизационных отчислений для дизельных судов
морского флота
Типы судов Нормы амортизационных отчислений, %
Всего На реновацию На капитальный ремонт
Грузопассажирские и пассажирские 5,9 3,3 2,6
Сухогрузные 6,4 3,8 2,6
Танкеры 7,8 4,5 3,3
Буксиры 6,9 4,0 2,9
Ледоколы 6,4 4,0 2,4
Отчисления на текущий ремонт и снабжение Эр включают зат-
раты на профилактические и ремонтные работы, выполняемые как
судоремонтными предприятиями, так и силами команды. Нормы
отчислений на текущий ремонт грузовых судов составляют 0,8—
1,4% (в зависимости от бассейна) строительной стоимости судна.
Расходы на материально-техническое снабжение судна не пре-
вышают 0,5% строительной стоимости. В них входит оплата при-
обретаемых материалов и инвентаря, необходимых для поддержа-
ния технического состояния судна.
Навигационные расходы Эн являются общепроизводственны-
ми расходами. Они включают расходы на оплату буксиров и ледо-
колов, приобретение морских карт, лоций, очистку водяных цис-
терн, технические осмотры и др.
Косвенные расходы Экос представляют собой накладные рас-
ходы пароходства, отнесенные на содержание судов. Они включа-
ют заработную плату и премии административно-управленческо-
му аппарату, затраты на содержание, текущий ремонт и амортиза-
цию основных портовых сооружений, расходы на подготовку кад-
ров, медико-санитарные мероприятия, содержание морских
агентств, отчисления на научно-исследовательские работы и др.
Эти расходы в среднем составляют 4,5-—5,5% суммы прямых рас-
ходов, не считая затрат на топливо и смазочные материалы.
Для оценки рентабельности использования судна на заданной
линии пользуются коэффициентом рентабельности. Этот коэффи-
циент для судов каботажного плавания составляет
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта
347
К = 100%,
Sc
где Д = ТфП — доход судна, руб./год; Тф — тариф за доставку гру-
за, руб./т.
Принятый для судна тип СДУ будет существенно сказываться
на показателе его экономической эффективности. Капитальные
затраты (строительная стоимость Sy) современных транспортных
судов могут достигать 45-50% общих затрат на судно. Величина
эксплуатационных расходов на СДУ зависит от продолжительно-
сти ходового времени в течение года. Так, для универсальных су-
хогрузных судов коэффициент ходового времени составляет при-
близительно 0,5, а доля затрат на СДУ в эксплуатационных расхо-
дах судна достигает 35—55%. Для танкеров, у которых коэффици-
ент ходового времени равен 0,7—0,85, эксплуатационные затраты
составляют 45—48% общих затрат на судно. Изменение типа СДУ
приводит к изменению ее массогабаритных показателей, а также
массы энергетических запасов, что, в свою очередь, ведет к изме-
нению грузоподъемности судна и мощности, требуемой для обес-
печения заданной скорости.
Сравнительная оценка экономической эффективности раз-
личных типов СДУ может быть произведена по приведенным зат-
ратам 3, отнесенным к 1 кВт энергии, выработанной главным
двигателем за навигационный период.
Приведенные затраты по СДУ, руб./кВт, определятся по формуле
о р К _EHSy +Эу
-—v'aP7 5
где Sy — строительная стоимость СДУ, руб., представляющая собой
сумму стоимостей Szd — главного двигателя(дизель-редукторного
агрегата) и SM0 — механического оборудования (S, = Sed +
=NefyiTx — суммарное количество энергии, кВт*ч, выра-
ботанной ГД в течение навигации; Ne — номинальная мощность
главного двигателя, кВт;/^ — средневзвешенный коэффициент ис-
пользования мощности ГД за навигацию (для сухогрузных судов
fN = 0,77...0,82, для танкеров fN = 0,88...0,92), i — число круговых
рейсов за навигацию; Тх — средняя продолжительность ходового
времени (с учетом маневров за круговой рейс), ч.
Стоимость главных двигателей и механического оборудования
может определяться по удельной стоимости единицы мощности
(Р , руб./кВт) или единицы массы комплектующего оборудова-
ния (Рмо, руб./т):
$гд ~ Ерд Nегд или SM 0 = EM0GM0 .
348 Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
В стоимость главного двигателя (главного дизель-генератора с
гребным электродвигателем) входит стоимость всего оборудова-
ния в объеме поставки по техническим условиям (редуктор, зап-
части, инструмент, контрольно-измерительные приборы и т.д.). В
стоимость механического оборудования СДУ входит стоимость
движителя, валопровода, вспомогательных механизмов и обору-
дования, установки, трубопроводов и т.д. Если имеется установ-
ка, аналогичная проектируемой, то стоимость оборудования про-
екта, Sy, руб., может быть рассчитана по удельной стоимости еди-
ницы мощности установки Р руб./кВт:
Sy
Для СДУ нового типа, где нет прототипа, S подсчитывается
по статьям калькуляции, для которой исходными данными слу-
жит таблица нагрузок по разделу «машинная установка». В этом
случае определяют стоимость каждого механизма (или группы),
устройства, системы и т.д. Этот метод, несмотря на некоторую
громоздкость, дает более точные результаты.
Эксплуатационные затраты на выработанную СДУ энергию
3 х, руб./год, определяются по формуле
, Q.V , оУ , Q.V
- dTM + dM.K + dajn + dp + dKOC .
Затраты на топливо и масло Этмх, руб./год, составляют
где р — коэффициент, учитывающий затраты на смазочные мате-
риалы (для ДУ с МОД Р = 1,025, для ДУ с СОД Р =1,04); ST -
стоимость топлива и масла с учетом бункеровки, руб./т; GJf ~
расход топлива на установку, кг/ч.
Расходы на содержание машинной команды руб., за пе-
риод ходового времени составят
Эм.К - Рм.К^М.кУд^П 5
где Рмк — среднемесячные затраты на содержание одного члена
машинной команды; ZMK — численность машинной команды по
штатному расписанию, чел.; <рд, <рп — коэффициенты, учитываю-
щие соответственно надбавку за категорию перевозимого груза и
район плавания.
Амортизационные отчисления Э£м принимают в процентах
от S по табл. 6.9.
Затраты на текущий ремонт СДУ и материально-техническое
обеспечение Эр, руб./год, ориентировочно составляют
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта 349
эУ-(0,013...0,015)Sy.
Косвенные расходы Э^ос , руб./год, принимаются в процентах
от суммы годовых прямых расходов на СДУ (без затрат на топливо
и смазку)
Э%ос =(0,045+0,055)(^jf +Э? +5/).
Навигационные расходы не зависят от показателей и типа
СДУ и поэтому при укрупненных расчетах могут не учитываться.
Рассмотренный метод позволяет оценить экономическую эф-
фективность различных вариантов СДУ. Окончательное решение
о выборе целесообразного типа установки может быть принято
только после определения приведенных затрат по судну в целом,
которые учитывают влияние типа СДУ на провозоспособность.
6.2.4. Метод чистого приведенного дохода
Проект судовой силовой установки включает ряд параметров,
которые должны оцениваться для нахождения оптимального ре-
шения. Для экономической оценки альтернативных проектов не-
которые зарубежные фирмы, например «МАН-Б и В Дизель», ис-
пользуют метод чистого приведенного дохода. Этот метод исполь-
зуется для оценки прибыльности вложения дополнительного пер-
воначального капитала в альтернативный проект по сравнению с
базовым проектом. Указанная фирма разработала компьютеризи-
рованную систему, облегчающую расчеты, связанные с проектны-
ми работами и позволяющую проводить сравнительную экономи-
ческую оценку различных вариантов.
Исходными данными для расчетов являются тип судна, на-
пример танкер, сухогруз, контейнеровоз и т.д., проектная ско-
рость судна, водоизмещение при проектной осадке. При наличии
этой информации программа рассчитывает основные характерис-
тики судна, а затем оценивает требуемую пропульсивную мощ-
ность при проектной скорости судна с учетом шага и диаметра
винта оптимальной частоты его вращения.
Прогноз частоты вращения гребного винта судна и пропуль-
сивной мощности в расчетной точке после учета морского запаса,
запаса мощности по двигателю и коэффициента облегчения вин-
та используется для ввода в программу выбора двигателя.
Применяемые типы двигателей выбираются из программы
выпуска двигателей на основе требуемой МДМ в пропульсивной
точке, допустимого диапазона частоты вращения винта и коэф-
фициента а постоянной скорости судна. Если устанавливается
валогенератор, должна учитываться соответствующая дополни-
тельная мощность, отбираемая от главного двигателя.
350 Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
Для выбранных двигателей программа рассчитывает относи-
тельную разницу в цене двигателя, затратах на топливо, смазочное
масло и техническое обслуживание, наряду с разницей затрат на
электроэнергию для насосов. Посредством метода чистого приве-
денного дохода выбранные двигатели оцениваются экономически,
и приоритет отдается двигателю, имеющему самое высокое значе-
ние чистого приведенного дохода на данный период расчета затрат.
Средние затраты на обслуживание в связи с переборками рас-
считываются на базе требуемого на переборку времени и интерва-
лов между ними. Средние затраты на запчасти также определяют-
ся и включаются в затраты на обслуживание.
Можно выделить два варианта расчетов затрат на обслуживание:
1. Среднегодовые затраты на обслуживание на длительный
период работы.
2. Затраты на обслуживание на данный период работы.
Программа также рассчитывает общие расходы на топливо и
смазочное масло для различных комплектаций машинного отде-
ления. Расчет нескольких альтернатив машинного отделения мо-
жет производиться для различных главных двигателей, различных
точек оптимизации мощности двигателя, различных источников
электроэнергии и т.д.
Метод чистого приведенного дохода предусматривает, что аль-
тернативный проект требует дополнительного вложения Со в на-
чале проекта и что это вложение дает годовую экономию топлива,
смазочного масла и расходов на обслуживание, равную 50.
Для определения достижимой в последующем году п годовой
экономии надо для 5^ внести поправку на инфляцию, а именно:
$п ~ + где z -- степень инфляции, а п — количество лет
после вложения средств.
Чтобы отнести эту экономию к Со, нужно пересчитать Sn по
существующим ценам при размере дисконтной ставки (скидки) d,
принимая, что размер скидки равен размеру процента на кредито-
Sn = sn
ваниег,т.е. (1 + r)« .
Так как d = г, затраты на вложения через п лет Сп = Со(1 + г)п,
пересчитанные на сегодняшний уровень цен, равны Со.
Затем определяется чистый приведенный доход (ЧПД) по
уравнению
»!(! + </)" (! + </)"
Для альтернативного проекта ЧПДП показывает, какова будет
прибыль по сравнению с базовым проектом, т.е. аккумулирован-
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта
351
ную экономию, достигнутую посредством дополнительных вло-
жений средств в сегодняшних ценах через п лет.
Компьютерная программа позволяет строить графики, показы-
вающие ЧПД для альтернативных проектов в функции количества
лет, прошедших после вложения. График ЧПД = 0 для базового
варианта принят совпадающим с осью абсцисс (см. рис. 6.9). Точка
пересечения графиков для альтернативных проектов с абсциссой
является сроком реального возмещения затрат по сравнению с ба-
зовым проектом.
В качестве примера расчета ЧПД использован проект сухогру-
за на стадии первоначального проектирования. Исходными дан-
ными являются водоизмещение при проектной осадке 42 000 т
и скорость 14 уз. Расчетом определено, что требуемая мощность
для одновинтового сухогруза с принятым диаметром гребного
винта 6,0 м составляет 5724 кВт при частоте вращения 103,1 мин-1,
(рис. 6.6) в условиях спокойной погоды, чистого корпуса судна и
скорости 14 уз для нагруженного судна. Это соответствует проек-
тной точке (ПТ) гребного винта, находящейся на винтовой харак-
теристике 1 для легкого винта (рис. 6.7).
Рис. б.б. прогноз требуемой мощности (а) и частоты вращения
(б) для проектной точки винта
352
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
Рис. 6.7. Пропульсивные мощности, используемые для выбора
двигателя:
1,2 — характеристики соответственно легкого и тяжелого винта
Если учитывать 15% морского запаса, 10% запаса по двигате-
лю и принимать облегченный на 4% винт, то можно найти соот-
ветствующие точки эталонной эксплуатации ДЭМ и пропульсив-
ной МДМ для тяжелого винта 2 (рис. 6.7).
Эти мощности соответственно составляют: ДЭМ — 6582 кВт
при п = 103,9 мин-1, МДМ — 7314 кВт при п = 107,6 мин-1.
В качестве основы выбора главного двигателя используется
эталонная точка пропульсивной МДМ, т.е. 7314 кВт при
п = 107,6 мин-1. Предполагается, что для выбранного диаметра винта
частота вращения на МДМ может лежать в диапазоне 105—140 мин-1
при коэффициенте постоянной скорости судна а = 0,25. Коэффи-
циент а характеризует изменение мощности N при изменении час-
тоты вращения винта п следующим образом:
I"2)
Поскольку не предусмотрена установка на двигателе валоге-
нератора, мощность его остается равной МДМ. Зная специфика-
ционную МДМ и частоту вращения на программе выпуска дизе-
лей серии МС фирмы «МАН-Б и В Дизель» (рис. 6.8) находим
точку М, соответствующую рассчитанной МДМ.
При помощи диаграммы в качестве альтернативных вариантов
выбраны следующие двигатели: 6S50MC, 7S50MC, 4L60MC и
5S60MC. За базовый вариант принят двигатель 4S60MC.
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта 353
23 СЭУ с две
При расчете ЧПД использованы следующие основные техни-
ко-экономические данные:
—пределы оборотов двигателя (винта): 105—140 мин-1;
— количество цилиндров двигателя: 4—7;
— спецификационная МДМ двигателя (точка М): 7314 кВт
при п = 107,6 мин-1;
— мощность, на которую оптимизируется двигатель (регули-
ровка двигателя): 93,5% МДМ;
— среднеэксплуатационная мощность двигателя: 80% от спе-
цификационной МДМ;
— годовая эксплуатация двигателя: 250 суток;
— время эксплуатации за год: 6000 часов;
— низшая теплотворная способность топлива: 41 200 кДж/кг;
— стоимость тонны цилиндрового масла: 1300 долларов;
— стоимость тонны топлива: 100 долларов;
— стоимость тонны циркуляционного масла: 1000 долларов;
— ставка заработной платы за переборку: 30 долларов/ч;
— процентная годовая ставка: 8%;
Рис. 6.8. Программа выпуска двигателей серии МС:
1 — линия постоянной скорости судна при а = 0,25
354
Глава 6. Технико-экономическое обоснование выбора главного двигателя
— размер инфляции за год: 4%;
— обмен валюты: 7,0 ДКК/доллар;
— период расчета стоимости: 12 лет.
Результаты расчетов ЧПД показаны в графической форме на
рис. 6.9. Линия 2 для двигателя 6S50MC показывает, что по отно-
шению к базовому варианту 1, график которого принят за ось абс-
цисс, доход есть уже на первых годах эксплуатации, но после при-
мерно 10 лет эксплуатации затраты на обслуживание начинают пре-
вышать экономию. В первые годы эксплуатации затраты на обслу-
живание относительно низки, но они будут возрастать через 10—12
лет в связи с заменой таких больших и дорогостоящих запасных
частей, как цилиндровые крышки и втулки, юбки поршней и др.
Другие рассмотренные альтернативные варианты 3, 4 и 5 дви-
гателей с точки зрения ЧПД не рациональны. Так, вариант 5 тре-
бует первоначальных затрат более 400 000 долларов (по сравнению
с вариантом 1), которые не окупаются в течение всего срока эксп-
луатации. Варианты 3 и 4 близки друг к другу, но также экономи-
чески не целесообразны, так как в начале эксплуатации доход не
велик, и уже через два года он сравняется с базовым вариантом 1,
а в дальнейшем потребуются более высокие затраты.
Рис. 6.9. Сравнительная оценка вариантов различных двигателей
по чистому приведенному доходу:
1 — базовый двигатель 4S60MC; 2 — 6S50MC; 3 — 7S50MC;
4 — 4L60MC; 5 — 5S60MC
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта 355
23*
Глава 7
СИСТЕМЫ СУДОВОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
7.1. Назначение и общие требования к системам
Системы СЭУ объединяют главные и вспомогательные меха-
низмы в единый энергетический комплекс.
Системой СЭУ называется совокупность специализирован-
ных трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и
приборами, предназначенными для выполнения определенных
функций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию СЭУ.
Работа главных и вспомогательных двигателей СДУ обеспечи-
вается соответствующими системами, подающими топливо к топ-
ливным насосам высокого давления дизелей, масло на смазку уз-
лов трения, охлаждающие жидкости для отвода теплоты от нагре-
тых деталей, сжатый воздух для пуска и реверса главного двигате-
ля и для судовых нужд, свежий воздух для работы двигателей и
отводящими отработавшие газы. Кроме двигателей, потребителем
топлива и воды является вспомогательный парогенератор (ВП),
который также должен иметь соответствующие системы. При ис-
пользовании в СДУ тяжелых вязких топлив предусматривают до-
полнительные механизмы и устройства для очистки и подготовки
топлива перед подачей к двигателю.
Длительный отрыв судна от базы требует создания специаль-
ных хранилищ топлива, масла, пресной воды. Кроме того, для
обеспечения живучести и непотопляемости судна, а также жизне-
деятельности обслуживающего персонала и для выполнения при-
сущих судну операций в МО устанавливаются механизмы и уст-
ройства общесудовых систем, которые в той или иной степени
могут быть связаны с системами, обслуживающими главную и
вспомогательные энергетические установки. Ясно, что нарушение
работы элементов систем СДУ или выход их из строя может при-
вести к снижению эффективности работы установки или к аварии
двигателей, что, в свою очередь, может повлечь за собой потерю
хода судна и даже его гибель.
356
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Каждая из перечисленных систем СДУ в условиях эксплуа-
тации должна обладать соответствующей надежностью и живу-
честью.
Под надежностью системы понимают ее свойство выполнять
заданные функции, сохраняя во времени значения установленных
эксплуатационных показателей в определенных пределах, соот-
ветствующих заданным режимам и условиям технического обслу-
живания, ремонтов и хранения.
Надежность системы обусловливается ее безотказностью, ре-
монтопригодностью и долговечностью элементов, из которых она
состоит.
Живучестью называют свойство системы сохранять и восста-
навливать работоспособность при чрезвычайных обстоятельствах:
аварии, пожаре, при затоплении МО и других повреждениях судна.
Если надежность системы зависит главным образом от надеж-
ности ее элементов, то живучесть определяется как конструктив-
ными особенностями системы, так и активными действиями лич-
ного состава по восстановлению ее первоначальных свойств.
Основными направлениями повышения надежности и живу-
чести систем СДУ являются:
— применение в системах минимального числа оборудования,
высокоэффективного, экономического и надежного, обла-
дающего необходимым запасом производительности и
мощности;
— выбор рациональной схемы резервирования отдельных эле-
ментов и участков систем;
— применение схем, позволяющих использовать периодичес-
ки действующее оборудование в качестве резервного;
— улучшение качества механизмов и систем в целом путем из-
менения конструкции отдельных узлов и деталей, а также
применения более стойких материалов;
— улучшение технологии изготовления отдельных элементов
системы и ее монтажа в корпусе судна путем применения
блоков и агрегатов, собираемых на общих фундаментах в
цехе;
— рациональное размещение механизмов в МО, обеспечива-
ющее минимальную длину трасс трубопроводов с наимень-
шим числом изгибов и взаимных пересечений, что позволя-
ет в максимальной степени использовать стандартные и
унифицированные элементы, упрощает монтаж, обслужи-
вание и ремонт систем на судне;
— улучшение качества эксплуатации, поддерживание опти-
мальных режимов нагрузки, предотвращение перегрузоч-
7.1. Назначение и общие требования к системам
357
ных режимов, сокращение частоты включений, своевремен-
ное и качественное проведение профилактических ремон-
тов и осмотров, повышение квалификации обслуживающе-
го персонала;
— применение рационального уровня систем комплексной ав-
томатизации.
Системы СЭУ классифицируют по назначению: топливные,
смазывания, охлаждения, сжатого воздуха, газовыпускная, пуска и
реверса, предупредительно-аварийной сигнализации и защиты и т.д.
Каждая система может быть подразделена на две части: непос-
редственно связанную с дизелем и судовую. Первая часть системы
является неотъемлемым конструктивным элементом дизеля. К
ней присоединяется судовая часть, состав и компоновка которой
зависят не только от мощности к конструкции дизеля, но и от рас-
положения механизмов и оборудования в машинном отделении.
В данной главе рассматриваются основные системы, обеспе-
чивающие работу главных и вспомогательных дизелей.
7.2. Топливные системы
Топливные системы предназначены для приема, хранения,
перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к двигате-
лям и котлам, а также передачи топлива на берег или другие суда.
Судовая топливная система в соответствии с ее функциями
условно может быть разделена на три подсистемы: приема и хра-
нения топлива, топливообработки и подачи топлива к двигателям
и котлам. Каждая система состоит из ряда самостоятельных тру-
бопроводов, выполняющих определенные функции. Комплекто-
вание каждого участка топливной системы механизмами, устрой-
ствами и трубопроводами зависит от типа СЭУ и сорта использу-
емого топлива.
Топливная система дизеля состоит из топливных систем вы-
сокого и низкого давлений и топливной аппаратуры.
Топливная система низкого давления представляет часть топ-
ливной системы дизеля для подготовки и подачи топлива к топ-
ливной системе высокого давления и включает цистерны, фильт-
ры, насосы, смесители, сепараторы, гомогенизаторы, подогрева-
тели и топливоприводы. На состав системы низкого давления ока-
зывает существенное влияние применяемое топливо.
Топливная система высокого давления — это часть топливной
системы дизеля для нагнетания топлива в камеры сгорания. Сис-
тема высокого давления осуществляет впрыскивание топлива в
камеру сгорания двигателя и включает топливный насос высокого
358
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
давления (ТНВД) и форсунку, обычно соединенные топливопро-
водом высокого давления. При применении насос-форсунок топ-
ливопровод высокого давления отсутствует.
Большинство дизелей транспортных теплоходов на основных
режимах плавания работают на тяжелых (вязких) сортах топлива.
При запуске же, на переходных режимах и перед остановкой ис-
пользуют легкое (маловязкое) топливо. Поэтому в составе СДУ
необходимо наличие двух топливных систем: тяжелого и легкого
топлива; первая обеспечивает также работу вспомогательного па-
рогенератора, вторая — работу вспомогательных двигателей.
Система подачи легкого топлива используется для обслужива-
ния высокооборотных и некоторых среднеоборотных двигателей.
Современные МОД и СОД работают на тяжелом топливе, но их
системы одновременно оборудуются и системой легкого топлива.
Прием топлива осуществляется в соответствующие запасные
цистерны легкого и тяжелого топлива с палуб по трубопроводу
через фильтр; при их переполнении по переливной трубе топливо
переливается в переливную цистерну. Для хранения топлива мо-
гут использоваться топливобалластные замещаемые танки. При-
менение топлив средней и высокой вязкости требует установки в
цистернах змеевиков парового подогрева общего или местного
типа или оборудования для так называемого струйного подогрева
в цистерне, при котором в районе расходного патрубка предус-
мотрены паровые змеевики для местного подогрева топлива.
Для предварительной очистки топлива от воды и механичес-
ких примесей в системе предусматриваются отстойные цистерны
тяжелого и легкого топлива. На отдельных судах отстойные цис-
терны отсутствуют. Сепараторы служат для очистки топлива от
воды и механических примесей. Система сепарации включает
приемные фильтры, автономные или навешенные на сепаратор
насосы, подогреватели топлива, сепараторы, нагнетательные на-
сосы, направляющие сепарированное топливо в расходные цис-
терны тяжелого или дизельного топлива. Перед поступлением в
сепаратор топливо проходит через паровой подогреватель. Для се-
парации тяжелого топлива используют самоочищающиеся сепа-
раторы (не менее двух), работающие в автоматическом режиме.
Сепараторы можно подключать параллельно или последователь-
но. Дизельное топливо перед сепарацией не подогревают. Отходы
сепарации направляются в цистерну, откуда насосом откачивают-
ся через палубу на сборник отходов масла, топлива и шлама или в
мусоросжигательную печь (инсинератор). Допускается примене-
ние вместо сепараторов специальных фильтров, отделяющих ме-
ханические примеси и воду с такой же эффективностью, как сепа-
7.2. Топливные системы
359
раторы. В последнее время предлагается перед подачей топлива в
фильтры подвергать его гомогенизации. Для этого топливо из от-
стойной цистерны направляют в гомогенизатор, где происходит
разрушение асфальтосмолистых образований.
При использовании топлива высокой вязкости, требующего
подогрева выше 100°С, появляется возможность вскипания топли-
ва и пенообразования, если используется открытая система, так как
возвратный трубопровод соединен с атмосферой. Наличие даже
небольшого количества воды в топливе усугубляет это явление.
В этом случае применяется закрытая топливная система, работаю-
щая под давлением. Система открытого типа применяется при ис-
пользовании топлива вязкостью до 370 мм2/с при 50°С, а система
закрытого типа при использовании топлива вязкостью свыше
370 мм2/с при 50°С.
Топливная система тяжелого топлива открытого типа (без сис-
темы топливоподготовки) представлена на рис. 7.1
Рис. 7.1 Схема топливной систем высокого
(а) и низкого (б) давления открытого типа:
1 — предохранительный клапан; 2 — возврат топлива; 3 — дистанцион-
ный привод; 4 — подвод топлива; 5 — демпфер; 6 — перепускной
клапан; 7 — ТНВД; 8 — форсунка; 9 — дроссель; 10 — регулятор вязкос-
ти; 11 — фильтр тонкой очистки; 12 — топливоподкачивающий насос;
13 — предохранительный клапан; 14 — кран переключения (труба
возврата — расходная цистерна тяжелого топлива); 15 — колонка-труба
возвратного топлива; 16 — расходная цистерна тяжелого топлива; 17 —
расходная цистерна дизельного топлива; 18 — трубопроводы очищен-
ного топлива; 19 — кран переключения (тяжелое — дизельное); 20 —
предохранительный клапан; 21 — подогреватель топлива
360
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Топливо из каждой расходной цистерны 16, 17 поступает в
трубу возврата топлива 15. От этой трубы с помощью одного из
двух электроподкачивающих насосов 12 топливо подается через
подогреватель 21, датчик регулятора вязкости 10 и фильтр тонкой
очистки (ФТО) 11 к ТНВД 7. От каждого ТНВД 7 и форсунок 8
отходят трубы возврата топлива, по которым топливо перепуска-
ется в трубопровод возвратного топлива 2. Возвратное топливо
(при работе на тяжелом топливе) через кран переключения 14 по-
надает в трубу возврата 15. При переходе на дизельное топливо
возвратное топливо может быть возвращено в расходную цистер-
ну тяжелого топлива 16 через кран переключения 14.
Для обеспечения постоянного давления в напорном коллекто-
ре перед ТНВД производительность и величина подачи топливо-
подкачивающего насоса 12 превышает количество топлива, по-
требляемого двигателем.
Для обеспечения равномерного потока разогретого топлива
через насосы и форсунки (даже если двигатель остановлен) перед
каждым ТНВД и после него встроены дроссели 9. Кроме того, ус-
тановлен пружинный предохранительный клапан 20, который
работает как перепускной между подводом и возвратом топлива,
тем самым обеспечивая постоянное давление в напорном трубо-
проводе.
С помощью «замкнутой» циркуляции разогретого топлива
можно поддерживать рабочую температуру в ТНВД и форсунках,
когда двигатель остановлен. Поэтому нет необходимости в пере-
ходе на дизельное топливо при заходе в порт, если работает топ-
ливоподкачивающий насос.
При продолжительных остановках двигателя необходимо ос-
тановить топливоподкачивающий насос, но перед этим необхо-
димо слить из топливной системы тяжелое топливо. При этом ре-
комендуется либо заблаговременно перед остановкой дизеля пе-
рейти на дизельное топливо, либо отключить подогрев и выкачать
тяжелое топливо в расходную цистерну 16 через кран 14. В этом
случае перед остановкой топливоподкачивающего насоса необхо-
димо переключить кран 19 на дизельное топливо, чтобы в трубо-
проводе тяжелое топливо смешалось с дизельным. Демпфер 5
снижает пульсацию давления в топливной системе.
При использовании топлива высокой вязкости требуется вы-
сокая температура его подогрева для достижения необходимой
вязкости перед ТНВД. Поэтому и отсечное топливо, поступающее
по линии возврата, также имеет относительно высокую темпера-
туру. В системе топливоподготовки открытого типа при присут-
ствии воды происходит кипение и вспенивание в возвратном тру-
7.2. Топливные системы
361
бопроводе, отмечается также явление кавитации на всасывании
топливного насоса. Для устранения этих отрицательных явлений
необходимо повысить давление топлива в трубопроводах.
Топливная система тяжелого топлива закрытого типа. Топлив-
ная система под давлением используется при работе дизеля на
топливах высокой вязкости, и она получила название закрытого
типа (рис. 7.2).
Для работы дизеля на топливе вязкостью свыше 370 мм2/с при
50°С топливная система оборудована дополнительными насосами
24 для поддержания в возвратном трубопроводе давления 0,4...0,5
МПа, что предохраняет от наступления кипения и образования
паров и газов в топливе при температуре 130...150°С, необходимой
Рис. 7.2. Схема топливной системы высокого (а)
и низкого (б) давления закрытого типа:
1 — предохранительный клапан; 2 — возврат топлива; 3 — дистанци-
онный привод; 4 — подвод топлива; 5 — демпфер; 6 — перепускной
клапан; 7 — ТНВД; 8 — форсунка; 9 — дроссель; 10 — подогреватель
топлива; 11 — регулятор вязкости; 12 — фильтр тонкой очистки;
13, 14 — предохранительный клапан; 15 — кран переключения (венти-
ляционный бак — расходная система тяжелого топлива); 16 — вентиля-
ционный бак возвратного топлива; 17 — автоматический деаэрацион-
ный клапан; 18 — смотровое окно; 19 — расходная цистерна дизельно-
го топлива; 20 — расходная цистерна тяжелого топлива; 21 — кран
переключения топлива (тяжелое — дизельное); 22 — от сепараторов;
23, 25 — предохранительный клапан; 24, 26 — подкачивающий и
подпорный насосы
362
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
для обеспечения требуемой вязкости современных низкосортных
сортов тяжелого топлива, а линия возврата соединена через деаэ-
рационный клапан 17 с расходной цистерной 20.
Подогрев топлива на всем пути от цистерн основного запаса
до ТНВД является завершающим этапом подготовки тяжелого
топлива. В расходных цистернах температуру топлива рекоменду-
ется поддерживать в пределах 50...60°С.
Температура подогрева топлива определяется допускаемой
вязкостью топлива перед ТНВД, которая в зависимости от типа
дизеля не должна превышать после подогревателя 10... 15 мм2/с
(сСт). Фирма «МАН-Б и В Дизель» допускает предельное значе-
ние вязкости 20 мм2/с. Во избежание быстрого загрязнения подо-
гревателя температура подогрева топлива не должна быть выше:
—135°С в системе открытого типа,
—150°С в системе закрытого типа.
Система подачи легкого топлива. Высокооборотные двигатели
устанавливаются на судах в качестве главного двигателя и как ди-
зель-генераторы для обеспечения судна электроэнергией. Как
правило, высокооборотные двигатели работают на легких сортах
топлива, поэтому система топливоподготовки в этом случае упро-
щается (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Схема топливной системы:
1 — клапан редукционный; 2 — насос топливоподкачивающий; 3, 7, 9,
11, 12, 14, 15, 17, 18 — трубка; 4 — фильтр топливный; 5 — насос
топливный; 6 — форсунка; 8— ниппель; 10 — магистраль главная; 13 —
клапан разгрузочный; 16 — кожух защитный; 19 — регулятор темпера-
туры топлива; 20 — охладитель топлива; I — из топливного бака; II —
отводы сбора утечек; III— к датчику
7.2. Топливные системы
363
Топливо из расходной емкости топливоподкачивающим насо-
сом 2 по трубке 3 через двухсекционный унифицированный
фильтр 4 подается под давлением к редукционному клапану 1 и в
главную магистраль 10. Из главной магистрали топливо подается
по трубкам 9 к топливным насосам высокого давления.
При заполнении системы топливом воздух удаляется через
пробки, имеющиеся на топливных насосах, и через ниппель 8 для
подсоединения манометра «Давление топлива».
Топливная система оборудована системой сигнализации, опо-
вещающей о разрыве топливных трубок высокого давления. Топ-
ливные трубки 7 высокого давления заключены в защитный ко-
жух 16. Внутренняя полость защитных кожухов трубками 15 со-
единена с трубкой 14, которая подводится к датчику давления. На
трубке 14 установлен разгрузочный клапан 13.
При разрыве одной из топливных трубок высокого давления,
во внутренних полостях защитных кожухов 16, а затем и в трубках
15 и 14 создается давление топлива, которое воздействует на дат-
чик давления.
При давлении топлива в системе сигнализации 0,06 МРа дат-
чик давления выдает сигнал на срабатывание световой или звуко-
вой сигнализации, при давлении топлива 0,15 МРа срабатывает
разгрузочный клапан 13 и избыточное топливо по трубке 12 стека-
ет на полку сбора утечек.
Топливо по трубке 3 через топливный фильтр 4, по трубке 17
поступает к форсункам для охлаждения распылителей. Охладив
распылители, топливо по сливной трубке 18 поступает к регулятору
19 температуры топлива, который в зависимости от температуры
топлива перепускает его на вход топливоподкачивающего насоса 2
либо в охладитель 20 и далее к топливоподкачивающему насосу.
Утечки топлива из форсунок по трубкам II стекают на полку
сбора утечек.
Универсальная система топливоподачи. В топливной системе
для малооборотных дизелей и четырехтактных вспомогательных
дизель-генераторных установок (рис. 7.4) топливо из бункерных
цистерн перекачивается насосами в отстойные цистерны, откуда
через сепараторы 1 оно подается в расходные цистерны дизельно-
го 2 или тяжелого топлива 3. Для обеспечения эффективной пред-
варительной очистки топливо перед сепарированием подогрева-
ется до 95—98°С.
Из одного из расходных баков топливо подкачивающими на-
сосами 4 подается под давлением около 0,4 МПа в топливную си-
стему низкого давления. Перепускной клапан 5 при этом должен
быть отрегулирован на давление немного выше 0,4 МПа.
364
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
После этого топливо поступает к одному из двух циркуляци-
онных насосов 6 с электроприводом, а от него через подогрева-
тель 7 и полнопоточный ФТО 8 к ТНВД. После подогревателя ус-
танавливается датчик с уставкой измерителя на 10—15 сСт и регу-
лятор вязкости, который вырабатывает импульс на пароперепуск-
ной клапан подогревателя, или может быть использован регуля-
тор температуры. ФТО и датчик регулятора вязкости устанавлива-
ются как можно ближе к двигателю, а сетка ФТО должна иметь
размер ячейки 50 микрон.
Возвратное топливо от форсунок и ТНВД отводится через тру-
бопровод 9, деаэрационный бак 10 с автоматическим клапаном 11 к
всасывающей стороне циркуляционных насосов. С целью поддер-
жания постоянного давления на входе в ТНВД производительность
циркуляционного насоса должна превышать максимальный расход
топлива двигателем. Кроме того, предусматривается пружинный
перепускной клапан 12, действующий как байпас между входом
топлива в ТНВД и возвратом, что также обеспечивает постоянное
давление топлива на входе в двигатель 0,7—0,8 МПа. Для обеспече-
ния такого давления пружинные байпасные клапаны 13 циркуля-
ционных насосов регулируются на давление открытия 1,0 МПа.
При работе двигателя на тяжелом топливе подводящие трубо-
проводы снабжаются оболочками, через которые пропускается
пар (паровые спутники), а трубки, отводящие топливо и дренажи,
обогреваются горячей водой из системы охлаждения двигателя.
При всех нагрузках двигателя, включая и остановку, через
ТНВД и форсунки обеспечивается поток подогретого топлива.
Вследствие такой циркуляции детали топливной аппаратуры под-
держиваются при рабочей температуре. Поэтому нет необходимо-
сти переходить на дизельное топливо при заходе в порт, если цир-
куляционный насос и прокачка топлива продолжаются все время.
Если во время длительной стоянки необходимо остановить
циркуляционный насос или подогрев, то прежде всего следует
осушить систему от тяжелого топлива.
В процессе работы дизеля может потребоваться переход с тя-
желого топлива на дизельное. С целью защиты топливной аппара-
туры от резких изменений температуры, которое может вызвать
заклинивание ТНВД, форсунок и всасывающих клапанов, пере-
ход необходимо выполнять следующим образом:
— подогреть, если возможно дизельное топливо в расходном
баке приблизительно до 50°С;
— перекрыть подвод пара к подогревателю и паровым спутникам;
— снизить нагрузку двигателя до 75% от максимально длитель-
ной мощности (МДМ);
7.2. Топливные системы
365
366
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.4. Схема универсальной топливной системы:
----дизельное топливо;----тяжелое топливо, а также
трубопроводы с подогревом и теплоизоляцией;
а — трубопроводы с максимальной температурой топлива 150‘С;
б — возвратные трубопроводы с подогревом водой
из системы охлаждения ГД;
1 — трубопровод от сепараторов; 2 — цистерна дизельного топлива;
3 — цистерна тяжелого топлива; 4 — подкачивающие насосы; 5 —
перепускной клапан; 6 — циркуляционные насосы; 7 — подогреватель;
8 — ФТО; 9 — трубопровод возврата топлива от ТНВД и форсунок;
10 — деаэрационный бак; 11 — автоматический клапан; 12 — перепус-
кной клапан; 13 — байпасные клапаны циркуляционных насосов; 14 —
кран переключения вида топлива; 15 — бустерный насос; 16 — кран
переключения топлива к ВД; 17 —система для слива дренажа; 18 —
трубопровод к насосу пресной воды
— перейти на дизельное топливо, изменив положение крана
вида топлива 14 (см. рис. 7.4), чтобы дизельное топливо по-
ступало к подкачивающим насосам.
Переход следует осуществлять, когда температура тяжелого
топлива в подогревателе снизится приблизительно на 25°С, но не
ниже 75°С и будет выше температуры дизельного топлива в рас-
ходной цистерне.
Обратный переход во время работы дизеля по изложенным
причинам осуществляется также на сниженной мощности до 75%
МДМ. Прежде всего, необходимо убедиться, что температура тя-
желого топлива в расходной цистерне соответствует требуемой.
Затем при помощи парорегулирующего клапана вискозиметром
обеспечить нагрев дизельного топлива до максимум (60—80)°С со
скоростью 2°С в минуту. Вязкость дизельного топлива не должна
снижаться ниже 2сСт, так как возможно заедание и даже схваты-
вание деталей из-за потери смазывающих свойств топлива. Во
время перехода температура тяжелого топлива в расходной цис-
терне не должна быть выше, чем на 25°С по отношению к темпе-
ратуре подогретого дизельного топлива. Когда требования к тем-
пературам выполнены, переход на тяжелое топливо производится
поворотом крана переключения вида топлива. Затем температуру
тяжелого топлива следует повышать со скоростью приблизитель-
но 2°С в минуту до получения требуемой вязкости.
Вспомогательные дизели (ВД) могут работать как на дизель-
ном, так и на тяжелом топливе (см. рис. 7.4). При работе на ди-
зельном топливе оно подается бустерным насосом 15, а поступле-
ние тяжелого топлива отключается краном 16. Если ВД могут ра-
ботать на тяжелом топливе, то оно поступает от магистрали пита-
ния ГД после подогревателя.
7.2. Топливные системы
367
7.2.1. Расчет основных элементов судовой топливной
системы
Прием топлива на судно с берега или плавучих бункеровочных
баз в цистерны основного запаса обеспечивается с двух бортов зак-
рытым способом. Число и диаметр отверстий для приема топлива на
каждом борту зависит от мощности установки, автономности плава-
ния судна и расположения топливных цистерн основного запаса.
Для приема топлива на судне имеется постоянный трубопро-
вод, снабженный необходимой арматурой для подачи топлива во
все цистерны основного запаса. Он заканчивается на главной па-
лубе наливными втулками, снабженными крышкой и сеткой. По-
грузочный шланг с бункеровочной базы закрепляется в наливной
втулке замком.
Основной запас топлива размещают в отсеках, расположен-
ных по бортам и в междудонном пространстве судна под машин-
ными помещениями и грузовыми трюмами. Располагать его под
котлами и жилыми помещениями запрещается.
Чтобы избежать перетекания топлива при бортовой качке из
одного отсека в другой, отсеки разделяют продольными переборка-
ми на две или три цистерны, которые соединяют трубопроводом.
При хранении топлива в междудонном пространстве часть его
(аварийный запас) в количестве не менее суточного расхода по
«Правилам Регистра РФ», размещается вне двойного дна.
На рис. 7.5 дана схема приемно-перекачивающего топливного
трубопровода промыслового судна, а на рис. 7.6 — сухогруза. В
Рис. 7.5. Схема приемно-перекачивающего топливного
трубопровода промыслового судна:
трубы:------наливные---зачистные; 1 — топливные отсеки в
двойном дне; 2 — топливоперекачивающий насос; 3 — приемники
топлива; 4 — топливные отсеки вне двойного дна
368
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.6. Схема приемно-перекачивающего топливного трубо-
провода сухогрузного судна:
1 — цистерны во втором дне; 2 — групповые клапанные коробки; 3 —
приемно-напорная клапанная коробка; 4 — топливоперекачивающий
насос; 5 — цистерна в районе МО; 6 — носовые цистерны
первом случае все цистерны расположены вблизи МО и управле-
ние клапанами при наливе и перекачке осуществляется из одного
места. На второй схеме цистерны размещены относительно дале-
ко от МО.
Управление процессом приема или перекачки производится
через приемно-напорную коробку 3 и клапаны 2, установленные
на приемно-наливных магистралях вблизи цистерн. Управление
клапанами может быть как местным, так и дистанционным — из
поста управления в МО. Принимаемое топливо через соответству-
ющие клапаны (см. рис. 7.5) или приемно-напорную коробку (см.
рис. 7.6) распределяется по цистернам. Перекачка топлива из ци-
стерны в цистерну осуществляется топливоперекачивающим на-
сосом 4.
Контроль за количеством топлива в цистернах в процессе экс-
плуатации осуществляется через контрольные трубы футштоком.
Кроме того, может быть установлена система дистанционного за-
мера с центрального поста управления в машинном отделении.
Количество запасов топлива зависит от удельного расхода,
мощности установки, режимов ее работы и автономности плава-
ния судна.
Для дизельных установок, в которых главные и вспомогатель-
ные двигатели, автономные котлы работают на дизельном топли-
ве, запас его можно определить по формуле:
GT = [(ge • N + g’ • N' ) • т + g" • N" • t +B • т ] • 10~3, T
J. c cy e VP Л CD V rv A- fll
где ge, ge', g” — удельные расходы топлива, принимаемые в зави-
симости от нагрузки соответственно главных и вспомогательных
двигателей в ходовом режиме и на стоянке, кг/(кВт*ч);
7.2. Топливные системы 369
24 СЭУ с две
Ney, Nefj', Nee” — эффективная мощность главных и вспомога-
тельных двигателей в ходовом режиме и на стоянке, кВт;
тх — продолжительность ходового режима в автономном пла-
вании:
\=ах*\
Здесь ах — процент ходового времени в зависимости от типа
судна:
пассажирское — 0,62
сухогрузное — 0,60
буксиры-толкачи — 0,65
танкеры — 0,50.
тэ — продолжительность автономного плавания, ч.
Вк — расход топлива вспомогательными котлами на ходу и на
стоянке, кг/ч
хк — время работы вспомогательных котлов на ходу и на сто-
янке.
Расход топлива паровыми и водогрейными вспомогательны-
ми котлами вычисляют по формуле
о _ Qk
вк -------
где: Qk — теплопроизводительность котла, кДж/ч,
Qp — низшая удельная теплота сгорания; для дизельного топ-
лива при расчетах принимается Qp = 41 200 кДж/кг.
Т|к — КПД котла, равный 0,7-0,8.
При работе двигателей на тяжелом топливе в их общем запасе
топлива предусматривают не менее 15—20% дизельного топлива.
При использовании тяжелого топлива главными двигателями
и автономными котлами его запас определяют по формуле
= ((0,85...0,8) + ^-тк] • 10~3, т.
Вместимость цистерн основного запаса, м3, определяют по
формуле
V Г*
V3.TZ(=------,
Рг
где Км = 1,15—1,2 — коэффициент, учитывающий морской запас
топлива и загроможденность цистерн;
р т — плотность топлива:
для дизельного топлива рт = 0,83 т/м3
для моторного топлива рт — 0,86 т/м3
GT — запас топлива.
Вместимость цистерны аварийного запаса топлива из расчета
его суточной потребности
370
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
у KM-24-Xa-ge-Ne-l(T3
' Pr
где Xa — число главных дизелей.
Кроме запасных, на судах устанавливают цистерны расход-
ные, расходно-отстойные, сточные, грязного топлива.
Топливо к потребителям поддается из расходных цистерн. Их
обычно размещают в МО на высоте, обеспечивающей поступле-
ние топлива к дизелям, автономным котлам или топливоподкачи-
вающим насосам самотеком.
На речных судах мощностью до 330 кВт цистерны основного
запаса и расходные могут быть совмещены и расположены в МО.
Если главные дизели работают на тяжелых сортах топлива,
предусматривают две расходные цистерны, из которых одна явля-
ется расходной, а другая — расходно-отстойной.
Кроме того, имеются расходные цистерны дизельного топли-
ва для питания вспомогательных дизелей, а также главных в пери-
од пуска, остановки и работы на маневрах. Для вспомогательных
котлов устанавливают отдельную расходную цистерну.
Суммарную вместимость расходных цистерн для главных ди-
зелей определяют из условия хранения не менее 8-часового расхо-
да дизельного топлива и 12-часового расхода при работе дизелей
на тяжелом топливе:
У гл KM(8...12)Xd-ge-^-10-3
Рг
Вместимость расходных цистерн для вспомогательных дизе-
лей и автономного котла определяют из условия обеспечения их
работы не менее 4 ч.
Рт
vk
Рт
где Х'а — число вспомогательных дизелей;
Хк — число котлов;
ВАК ~ Расх°Д топлива автономным вспомогательным котлом,
кг/ч;
° ах =-Тр .
Qh -Лк
vfin=
7.2. Топливные системы
371
24*
Для сбора стоков топлива из поддонов расходных цистерн,
фильтров, утечного топлива из форсунок и ТНВД дизелей служит
сточная цистерна, вместимость которой по опытным данным со-
ставляет:
У N
УСТЛ=(0,06...0Д2)^,
где "LN — суммарная мощность главных и вспомогательных ди-
зелей.
Отстой из расходно-отстойных цистерн и остатки после сепа-
рации собирают в цистерну грязного топлива.
Все топливные цистерны оборудуют измерительными устрой-
ствами, вентиляционными воздушными и переливными трубами.
Для заполнения запасных и расходно-отстойных цистерн, пе-
рекачивания топлива из одних отсеков в другие и выдачи его с суд-
на используют топливоперекачивающие насосы, подача которых
зависит от вместимости цистерны, м3/ч, и определяется по выра-
жению:
ти
где Уц — вместимость цистерны;
Кх = 1,15—1,18 — коэффициент запаса производительности
насоса;
тц — время заполнения цистерны.
Подачу насоса для перекачивания из одной цистерны в другую
и выдачи его с судна определяют с учетом обеспечения выкачива-
ния топлива из наибольшей цистерны за 2—4 часа, время заполне-
ния расходно-отстойной цистерны принимают равным 0,5—1,0 ч.
В качестве топливоперекачивающих на судах применяют шес-
теренные и винтовые насосы. На судах небольшой мощности до-
пускается установка поршневых насосов с ручным приводом,
предназначенных для заполнения расходной цистерны и перека-
чивания топлива из сточной.
Мощность насоса, кВт, определяют по формуле
н 3600*r|jy
(7.1.)
где К2 = 1,1...1,5 — коэффициент запаса мощности;
Рн — давление топлива, МПа; т|н = 0,7...0,75 — КПД насоса.
На крупных речных судах, судах «река-море» и морских, кро-
ме отстаивания и фильтрации топливо подвергают сепарации. В
установках, работающих на дизельном топливе, используют один
372
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
сепаратор, а в установках, работающих на тяжелом топливе, —
два. На морских судах устанавливают три-четыре сепаратора, из
которых один или два являются резервными. Перед сепарацией
тяжелое топливо подогревается до температуры 55—70°С.
Производительность одновременно работающих параллельно
включенных сепараторов определяют из условия очистки суточ-
ной потребности топлива за 8—12 ч.
24 (Ха .ge.Ne+X'a-g'e- Nee) 10 ~3
2т.е“ (8...12)-рг М/Ч‘
Для энергетической установки, где ГД работает на тяжелом
топливе, количество легкого топлива должно составлять 15—20%
общего запаса. С учетом аварийного морского запаса общее коли-
чество принимаемого на переход топлива должно быть на 15-20%
больше потребного.
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла
Эти системы предназначены для приема, хранения, перекачи-
вания, очистки от воды и механических примесей и подачи масла
к местам охлаждения и смазки трущихся деталей механизмов, а
также для передачи его на другие суда и на берег. В зависимости
от основного назначения системы различают трубопроводы: при-
емоперекачивающий, циркуляционной смазочной системы, сепа-
рирования масла, дренажный, подогрева масла.
Основным оборудованием, входящим в масляную систему,
являются насосы, фильтры, сепараторы, охладители и подогрева-
тели. Применяемые насосы по конструкции бывают шестеренны-
ми (при небольшой подаче) и винтовыми (при большой подаче).
Прием на судно масла, как и топлива, производится по прием-
ноперекачивающему трубопроводу закрытым способом (по шлан-
гам) внесудовыми средствами через наливные палубные втулки или
приемные патрубки, расположенные в станциях приема топлива и
масла. Через эти же патрубки производится выдача масла.
На рис. 7.7 в качестве примера показана принципиальная схе-
ма системы приема, хранения и подготовки масла (без резервиро-
вания оборудования и трубопроводов). Циркуляционное масло
для двигателя принимается через палубную втулку и фильтр 1
предварительной очистки в запасную цистерну 2, откуда оно са-
мотеком может заполнять циркуляционную цистерну 3 ГД. Из за-
пасной цистерны в циркуляционную масло может подаваться мас-
лоперекачивающим насосом 10 через фильтр 12 или насосом се-
паратора 7. В системе предусмотрены подогреватели масла, уста-
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла 373
Рис. 7.7. Принципиальная схема приема, хранения и подготовки
масла ДУ
новленные в цистернах, и внешние подогреватели 6 и 8. В ГД мас-
ло подается главным масляным насосом 5 через фильтр 4 и подо-
греватель 6, а затем возвращается в эту же цистерну по специаль-
ному трубопроводу. С помощью сепаратора 7 производится очис-
тка масла в циркуляционной цистерне с возвратом его в эту же
цистерну или цистерну 13 сепарированного масла. Такая байпас-
ная система очистки позволяет снизить общий уровень загрязне-
ния масла, находящегося в системе смазки.
Достоинством байпасной системы очистки является возмож-
ность приема масла из нижней части маслосборной цистерны, где
концентрируется большая часть загрязнений. Кроме того, очист-
ку масла можно производить и во время стоянки судна, если мас-
ляная система двигателя снабжена автономным насосом и подо-
гревателем.
Через фильтр 12 и клапан 9 насосом 10 можно перекачивать
масло в цистерну 11 отработавшего масла. Отработавшее масло от
вспомогательных двигателей также может быть направлено в эту
цистерну или подано на сепарацию с возвратом его в картер дви-
гателя или в цистерну сепарированного масла.
По способу создания давления различают системы: напорную,
в которой давление масла (0,2—0,8 МПа) перед узлами трения со-
здается непосредственно навешенным на двигатель или электро-
374
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
приводным насосом; гравитационную, в которой давление (0,07—
0,1 МПа) определяется высотой расположения напорной цистер-
ны, из которой масло самотеком поступает к смазываемым узлам.
Гравитационная система выгодно отличается от напорной по-
стоянством напора и наличием определенного запаса масла, гаран-
тирующего его подачу при пусках и остановках смазываемого агре-
гата с навешенным масляным насосом и при аварийном отключе-
нии насоса. Поэтому гравитационные системы применяют для
смазывания ротативных механизмов, имеющих «выбег» (газотур-
бонагнетателей, редукторов, дейдвудных подшипников и др.).
Двигатели внутреннего сгорания оборудуют напорными сис-
темами, обычно называемыми циркуляционными. Системы мо-
гут быть линейными, когда масло после выполнения своих функ-
ций обратно в систему не возвращается. Примером может служить
смазочная система цилиндров с помощью насосов, применяемая
в малооборотных и некоторых среднеоборотных дизелях.
В дизельных установках в зависимости от типа дизеля и его
мощности используют масляные циркуляционные системы с
«мокрым» или «сухим» картером. Система с «мокрым» картером
применяется в ВОД малой и средней мощности. В этой системе
поддон картера дизеля используется в качестве циркуляционной
масляной цистерны, из которой масло поступает в систему через
фильтр и охладитель.
Основным недостатком масляной системы с «мокрым» карте-
ром являются неблагоприятные условия, приводящие к быстрой
потере маслом своих качеств и к необходимости частой замены
его в системе.
Этими условиями являются:
• интенсивное загрязнение масла продуктами неполного сго-
рания топлива, сбрасываемыми в картер со стенок цилинд-
ров;
• тепловое воздействие на масло в результате отвода тепла от
поршней в картерный воздух, а также утечки газов в картер
через неплотности поршневых колец;
• высокая частота циркуляции масла в системе из-за ограни-
ченного объема поддона, где оно размещается.
Система, представленная на рис. 7.8, относится к системам с
мокрым картером и является типичной для дизелей относительно
небольшой мощности и для большинства судовых вспомогатель-
ных дизелей.
Эту систему, в которой масло циркулирует по замкнутому
контуру, в свою очередь, подразделяют на взаимосвязанные внут-
реннюю и внешнюю.
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла
375
Рис. 7.8. Система смазывания вспомогательного двигателя с
мокрым картером:
1 — измерительный шток; 2 — маслонаполнительная горловина; 3, 8 —
редукционные клапаны; 4 — маслораспределительная труба; 5, 14, 15,
16 — насосы соответственно смазочный, масляный (навешенный),
ручной, предпусковой; 6 — направляющий блок; 7 — коромысло; 9 —
трубка подачи масла; 10 — термостатический клапан; II — сдвоенный
фильтр; 12 — маслоохладитель; 13 — маслоочиститель
В задачи внутренней системы входят распределение и подача
масла внутри дизеля.
К элементам внутренней системы относятся главная масло-
распределительная труба, от которой масло поступает к рамовым
подшипникам, по сверлениям в коленчатом валу — к шатунным и
по сверлениям в шатунах — к головным подшипникам; клапан 3
регулирования давления (редукционный); трубка подачи масла к
подшипникам распределительного вала, промежуточной шестер-
не и приводу смазочного насоса; редукционный клапан 8 и масло-
проводы подачи масла. По трубке 9 масло подается к приводам
насосов, тахометру и редукционному клапану 8, отрегулирован-
ному на давление 0,01—0,015 МПа. По маслопроводам масло под-
водится к направляющим блокам на смазывание толкателей кла-
панов, роликов и цапф, к подшипникам коромысел.
К элементам внешней системы относятся резервный и пред-
пусковой насосы с электроприводом; насос ручного прокачива-
ния; шестеренный масляный насос (навешенный) с приемной
трубой в поддоне; байпасно включенный гидрореактивный цент-
робежный маслоочиститель; маслоохладитель; полнопоточный
сдвоенный фильтр тонкой очистки масла с тонкостью отсева 10—
376 Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
15 мкм; термостатический клапан, при холодном масле (при пус-
ке) пропускающий масло, минуя фильтр; маслонаполнительная
горловина и измерительный шток.
Эта простая компоновка повышает степень автономности
двигателя. Перед пуском двигатель можно прокачать маслом с
помощью насоса 15 с ручным приводом или предпусковиком 16.
Система с «сухим» картером применяется для МОД и СОД (рис.
7.9). В таких системах масло самотеком сливается в циркуляцион-
ные цистерны, размещенные под двигателем. Масло, собирающее-
ся в нижней части картера ГД 5 после смазывания и охлаждения
подшипников, направляется в одну из циркуляционных цистерн
17. Один из циркуляционных насосов 14 подает масло через прием-
ный фильтр 18 из цистерн 17 через фильтр 13, маслоохладитель 12 и
дроссельный клапан 8 на смазываемые подшипники. На охлажде-
ние поршней масло поступает по трубопроводу 7. Блок масляных
фильтров 12 очищается автоматически, при этом грязное масло сте-
кает в сточную цистерну 15, а чистое — в циркуляционную. Про-
течки масла из сальников штоков ГД, поддонов фильтров и шахт-
ных масляных цистерн сливают в цистерну 16 сбора протечек мас-
ла. Вентиляция картера ГД обеспечивается воздушной трубой с са-
пуном 19 и эжекционной головкой 4. Масло из циркуляционных
цистерн 17 и цистерны 16 сепарируется сепаратором 28, оно пода-
ется через фильтр 25 насосами 26 и 29. Насосы 6 (лубрикаторы)
Рис. 7.9 Смазочная система МОД с сухим картером
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла
377
подают автоматически цилиндровое масло на смазывание цилинд-
ровых втулок из расходной цистерны 9. Из запасной цистерны ци-
линдрового масла 11 ручным масляным насосом 10 масло подается
в расходную цистерну цилиндрового масла.
Для смазывания подшипников турбокомпрессора используют
автономную систему, работа которой полностью автоматизирова-
на. Один из насосов 22 принимает масло из сточно-циркуляцион-
ной цистерны 20 и подает его через фильтр 23 и маслоохладитель
24 в напорную цистерну 2, расположенную на 7—10 м выше турбо-
компрессора. Из напорной цистерны масло самотеком поступает
к подшипникам турбокомпрессора и от них сливается обратно в
цистерну. Схема обеспечивает непрерывную сепарацию масла,
перед сепарацией масло подогревается в паровом подогревателе
27, отходы сепарации удаляются в цистерну 21. Запас циркуляци-
онного масла находится в цистерне 1. Напорная цистерна обеспе-
чивает смазывание подшипников при кратковременном обесто-
чивании судна или прекращении подачи масла от насосов по дру-
гим причинам. При переполнении цистерны масло сливается в
сточную цистерну 20 по переливному трубопроводу 3.
Как видно из рис. 7.9, двигатель типа ДКРН имеет сложную
масляную систему, которая включает несколько независимых си-
стем: напорную — для смазки механизма движения и для охлаж-
дения поршней; гравитационную — для смазки ГТН; линейную —
для смазки цилиндров; напорную— для смазки механизмов при-
вода топливных насосов и системы газораспределения.
Достоинством циркуляционной смазки с «сухим» картером
является более длительный срок службы масла вследствие мень-
шей интенсивности его загрязнения и окисления. Это стало воз-
можным в результате выноса запаса циркуляционного масла за
пределы картера в циркуляционную цистерну.
Однако рассматриваемая система имеет существенные недо-
статки:
— повышенную сложность из-за увеличения числа механизмов,
устройств, количества арматуры и длины трубопроводов;
— повышенные затраты мощности на привод насосов.
7.3.1. Системы смазывания распределительного вала
и цилиндро-поршневой группы
Система смазывания распределительного вала. Для того чтобы
предотвратить загрязнение циркуляционного масла топливом,
которое может попадать в него вследствие утечек в топливных на-
сосах, в дизелях «МАН—Б и В Дизель» распределительный вал
смазывается от отдельной системы (рис. 7.10). Здесь, как и в ос-
378
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.10. Система смазывания распределительного вала дизеля
«МАН—Б и В Дизель»:
1 — дизель; 2 — магнитный фильтр; 3 — насосы; 4 — фильтр тонкой
очистки; 5 — цистерна; 6 — холодильник
новной циркуляционной системе, имеются цистерна, насосы,
фильтры и холодильник. Масло под давлением, регулируемым
клапаном, подается к подшипникам вала дизеля и направляющим
толкателей, откуда стекает в поддон. Здесь поддерживается уро-
вень, достаточный для того, чтобы масло захватывалось вращаю-
щимися кулачками и смазывало их рабочие поверхности.
Стекающее из дизеля масло пропускается через магнитный
фильтр, а также может быть подвергнуто дополнительной обра-
ботке в ФТО путем прокачивания насосом. Учитывая опасность
попадания в масло топлива, качество его необходимо регулярно
контролировать, и, если содержание в нем топлива превышает
10%, масло должно быть заменено. О поступлении топлива в мас-
ло можно судить по увеличению уровня в цистерне, появлению
характерного для топлива запаха, изменению вязкости масла
(±15%), снижению температуры вспышки до 190°С.
Система смазывания ЦПГ. В смазочной системе крейцкопф-
ного дизеля (рис. 7.11) цилиндровое масло хранится в цистерне
запаса, откуда через фильтр подается электроприводным или руч-
ным насосом в расходную цистерну, являющуюся одновременно
и напорной. Эта цистерна снабжена указателями верхнего и ниж-
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла
379
С палубы
Рис. 7.11. Система подачи цилиндрового масла к насосам:
1 — насос; 2 — фильтр; 3,4 — цистерны соответственно запасная и
расходная; 5 — дизель
него (сигнализирующего) уровней. Из цистерны масло самотеком
поступает на пополнение навешенных на дизель насосов (лубри-
каторов), которые обеспечивают строго дозированную подачу
масла на поверхность цилиндров через штуцера, ввернутые в от-
верстия во втулках.
Подаваемое масло расходуется на смазывание рабочих повер-
хностей цилиндров, поршневых колец, поршней, а также забра-
сывается в камеру сгорания и продувочно-выпускные окна (в
двухтактных двигателях), сбрасывается в картер или подпоршне-
вые полости. Масло, распределяемое тонкой пленкой по поверх-
ности цилиндра, выполняя функцию разделения трущихся повер-
хностей, одновременно нагревается, подвергается воздействию
горячих агрессивных продуктов сгорания и воздуха, большим теп-
ловым потокам со стороны поршня. В результате окислительных
процессов в нем образуются органические кислоты, масло насы-
щается сильными неорганическими кислотами, сажей и пр.
Большая часть масла, особенно находящаяся на верхней по-
верхности цилиндра, испаряется. Пары масла диффундируют в
воздух и сгорают либо уносятся с выпускными газами в выпуск-
ной тракт. Остальная часть масла, ставшая более вязкой и вобрав-
шая в себя продукты сгорания, частично сбрасывается поршне-
выми кольцами в картер либо в подпоршневые полости, частично
остается на стенках цилиндра и поршней, превращаясь в лаки и
нагары.
380
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.12. Система сточного масла из сальников
Система сточного масла из сальников поршневых штоков. В ма-
лооборотных крейцкопфных дизелях масло, снимаемое сальни-
ком поршневого штока, обычно возвращается в картер. Если дви-
гатель работает на тяжелом топливе, масло может быть загрязнено
шламом из продувочного ресивера. В этом случае важно прове-
рять масло, сливаемое из штоков поршней. Для отбора проб у
каждого цилиндра установлен трехходовой кран 1 (рис. 7.12). Заг-
рязненное масло из данного цилиндра должно направляться в
сточную цистерну 2, пока не будут заменены маслосъемные коль-
ца сальника поршневого штока. Сливаемое масло необходимо
очищать сепаратором, а затем оно возвращается в картер.
7.3.2. Гравитационная система
Гравитационная система смазывания турбокомпрессоров (рис.
7.13). Масло, используемое для смазывания ГТК, хранится в цис-
терне запаса, откуда самотеком поступает в сточную цистерну и
затем насосом через фильтр грубой очистки и холодильник с тер-
морегулирующим клапаном подается в напорную цистерну. Во
избежание переполнения она снабжена переливной трубой. Из
напорной цистерны через фильтр масло поступает на смазывание
газотурбокомпрессора, откуда сливается в сточную цистерну. Си-
стема смазывания редукторных передач аналогична.
При эксплуатации системы смазывания ГТК нужно следить за
уровнем масла в напорной и циркуляционной цистернах. Его па-
дение может свидетельствовать о нарушении работы лабиринто-
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла
381
3
Рис. 7.13. Гравитационная система смазывания газотурбокомп-
рессора:
1 — переливная труба; 2, 6, 10 — цистерны соответственно напорная,
запасная, сточная; 3 — холодильник; 4 — терморегулирующий клапан;
5 — фильтр грубой очистки; 7— насос; 8 — злектроприводной насос;
9 — газотурбокомпрессор
вых уплотнений ГТК или наличии протечек в системе. Нужно
также контролировать масло на содержание воды. Ее появление
является признаком течи корпуса ГТК или холодильника, что в
итоге может привести к выходу из строя подшипников, поврежде-
ниям ротора и пр.
Смазка редукторов малой мощности может осуществляться
разбрызгиванием масла, заполняющего картер. Масло в этом слу-
чае охлаждается забортной водой, прокачиваемой по трубам или
по специальным полостям в корпусе картера. Схема масляной си-
стемы редукторов большой мощности приведена на рис. 7.14. Как
видно из рисунка, смазка комбинированная, напорно-гравитаци-
онная, что обеспечивает высокую надежность системы.
В каждой системе смазки СДУ должны быть предусмотрены
приборы и устройства, позволяющие контролировать и поддер-
живать на заданном уровне следующие основные показатели:
— количество масла в циркуляционных цистернах;
— давление масла в местах подвода к объекту смазки;
— температуру на входе и выходе масла;
— перепад температуры и давления на холодильниках;
— перепад давления на фильтрах.
Для замера уровня масла применяются те же устройства, что и
для замера уровня топлива. Система контроля и поддержания не-
обходимого режима работы масляной системы должна быть в зна-
382
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.14. Принципиальная схема гравитационной смазки редуктора:
1 — прием масла из сточно-циркуляционной цистерны; 2 — ФГО; 3 —
циркуляционные насосы; 4 — ФТО; 5 — терморегулятор; 6 — холо-
дильник масла; 7 — напорная цистерна; 8 — переливная магистраль;
9 — магистраль подачи масла на управление муфтами
чительной степени автоматизирована. Предусматривается звуко-
вая и световая сигнализация, предупреждающая об изменении
параметров системы, а также средства аварийной защиты, осуще-
ствляющие остановку механизмов, если эти параметры превыси-
ли допустимые значения.
7.3.3. Система маслоподачи малооборотного
крейцкопфного дизеля S26MC (ДКРН 26/98)
Смазочное масло принимается из циркуляционной (между-
донной) цистерны главным масляным насосом 1 (рис. 7.15) и по-
дается в холодильник масла 2. Необходимый тепловой режим мас-
ла обеспечивается с помощью автоматического терморегулятора 3.
Из холодильника масло через полнопоточный фильтр 4 подается
к двигателю, где оно распределяется на охлаждение поршней че-
рез подвод 5 и смазку подшипников через дроссельный клапан 6.
Основная часть масла распределяется после подвода 5 на ох-
лаждение поршней и смазку крейцкопфа, а некоторая часть мо-
жет идти на смазку турбокомпрессора через аккумулирующий
масляный бак, если он приспособлен для смазывания от системы
смазки двигателя.
Масло, стекая из двигателя, собирается в поддоне, откуда сли-
вается в междудонную цистерну. Из нее насосом 8 подается к се-
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла
383
Подогре-]
Рис. 7.15. Система смазочного и охлаждающего масла
384
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.16. Вентиляция картера
паратору 9. При необходимости масло может подогреваться в по-
догревателе 10. Для контроля работы системы установлены тер-
мометры «Т» и манометры «Р». Картер главного двигателя венти-
лируется с помощью трубы 11, которая выходит на палубу. Эта
труба (рис. 7.16), имеет сливной раструб 1 и патрубок 2, через ко-
торый сконденсировавшееся масло может быть отведено в сточ-
ную цистерну.
7.3.4. Расчет системы маслоснабжения
Масло для системы смазки подается с береговых или бункеро-
вочных баз по гибкому шлангу в запасные цистерны. Запасные
цистерны изготовляют вкладными и размещают в МО вдоль бор-
тов или переборок. Из запасных цистерн масло маслоперекачива-
ющим насосом подается в расходную цистерну, оттуда в масло-
сборник или в картер дизеля. При смене масла в дизеле оно спус-
кается в сточную цистерну. Часть масла из сточной цистерны по-
ступает в отстойную, а затем на сепарирование. Очищенное масло
направляется в цистерну сепарированного масла.
Расходные масляные цистерны устанавливают на крупных
речных судах и часто их совмещают с цистернами сепарированно-
го масла. На малых речных судах, СПК, СВП запасные и расход-
ные масляные цистерны совмещают. Расходные цистерны на
мощных морских судах обслуживают только вспомогательные ди-
зели. Смазочная система главных двигателей заполняется маслом
непосредственно из цистерн основного запаса.
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла 385
25 СЭУ с две
К оборудованию и расположению масляных цистерн предъяв-
ляются такие же требования, как и к топливным цистернам. Все
масляные цистерны снабжают воздушными, переливными труба-
ми и измерительными устройствами.
Вместимость запасных масляных цистерн находят по выраже-
нию
уз.ц --------
Рм ’
где GM — запас масла;
рм = 0,889 — плотность масла, т/м3.
Км — 1,1 — коэффициент, учитывающий «мертвый» запас масла
Когда главные и вспомогательные дизели работают на различ-
ных сортах масла, вместимость запасных цистерн определяют от-
дельно для каждого сорта.
Количество масла, заполняющего систему смазки, зависит от
мощности дизеля, выбранной производительности циркуляцион-
ного масляного насоса и принятой кратности циркуляции масла.
Кратность циркуляции выражается отношением производи-
тельности циркуляционного насоса к объему масла в системе
z* = Q/v.
Она определяет число обменов масла в системе в течение часа.
От кратности циркуляции в значительной степени зависит срок
службы масла, поэтому ее величину выбирают в зависимости от
типа дизельной установки и ее особенностей. Наибольшее коли-
чество масла и, следовательно, наименьшая кратность циркуля-
ции — в системе мощных крейцкопфных двигателей, у которых
циркуляционное масло используется также для охлаждения пор-
шней. Это объясняется тяжелыми условиями работы масла в сис-
теме и связанной с этим необходимостью уменьшения времени
контакта масла с нагретыми поверхностями, что позволяет доль-
ше сохранять его качество. В циркуляционных системах двигате-
лей, поршни которых охлаждаются водой, масла может быть в
1,5—2 раза меньше.
Таким образом, кратность циркуляции в системах смазки
мощных дизелей при масляном охлаждении поршней 4—7, при
водяном охлаждении поршней 7—12.
У быстроходных тронковых двигателей из-за ограниченных
объемов системы смазки количество масла в системе выбирают
меньшим, кратность циркуляции при этом возрастает до 50—60.
Вместимость маслосборника
386
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
где Км' = 1,4...1,5 — коэффициент, учитывающий «мертвый» за-
пас, увеличение объема масла при нагревании и вспенивании, а
также свободный объем.
Q — подача циркуляционного масляного насоса, м3/ч.
Вместимость маслосборников VMC по опытным данным со-
ставляет:
у быстроходных дизелей (5,5...6,8)* 10-4, м3/кВт;
у тихоходных (8,5...13,6)* 10-4, м3/кВт;
Вместимость расходных цистерн или сепарированного масла
зависит от вместимости смазочной системы и принимается:
Vf.u=
Суммарную вместимость сточных и отстойных масляных цис-
терн определяют из условий размещения в них слитого отработав-
шего масла за период автономного плавания:
^м.ст=1Д 1Усмг+~~ ?УсММ ,
где VCMr> VCMB — вместимость каждого маслосборника или карте-
ра работающих главных и вспомогательных дизелей, м3;
— продолжительность ходового режима в автономном пла-
вании, ч;
та — продолжительность автономного плавания;
хм — срок службы масла.
При тх < тм и ха < хм их отношение в данной формуле принима-
ют равным единице.
Если отсутствует отстойная масляная цистерна, то по данному
уравнению определяют вместимость сточной цистерны.
По назначению насосы могут быть перекачивающие, цирку-
ляционные (нагнетательные, откачивающие) и прокачивающие
(для прокачки двигателя перед запуском).
Перекачивающие насосы предназначены для перекачки масла
из одной емкости в другую. Производительность такого насоса Qu,
м3/ч, выбирают, исходя из необходимого времени перекачки тре-
буемого объема масла:
V
<2„= 7*.
где V — объем масла, м3; т — время перекачки, ч; К — коэффици-
ент запаса производительности.
Перекачивающий насос должен заполнять или осушать объем
циркуляционной цистерны в течение 0,5—1 ч при давлении 0,15—
0,20 МПа.
Этим же методом определяют производительность насосов,
предназначенных для осушения цистерн грязного масла, шламо-
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла 387
25*
вых и др. Время осушения оговаривается техническим заданием,
но оно не должно превышать 1—3 ч.
Как правило, производительность циркуляционных (нагнета-
тельных) насосов определяется заводом-изготовителем механиз-
ма, и эти насосы входят в комплект поставки. При отсутствии
данных о производительности насоса она определяется в зависи-
мости от количества теплоты, которую необходимо отвести от
двигателя.
Подачу циркуляционного масляного насоса, м3/ч, определяют
по выражению
_ X'M-aM-ge-/Ve-Q%-10-3
нц См *рм • Мм
где Км" = 1,2... 1,6 — коэффициент запаса подачи;
ам~ 0,05—0,1 — доля теплоты, отводимая с маслом;
См = (1,7...2,1) кДж/(кг’К) — теплоемкость масла;
Рм = (О,83...О,85)1О3, кг/м3 — удельный вес масла;
A/w = 6— 15°С — разность температур масла на выходе из дизе-
ля и на входе в него.
Если подаваемое масло идет и на охлаждение поршней при-
нимается верхнее значение осм Точные значения параметров при-
нимаются по технической документации двигателя. При охлажде-
нии поршней маслом оно должно подаваться под давлением 0,4—
0,8 МПа.
При расчете производительности циркуляционного насоса,
подающего масло на смазку подшипников, необходимо учиты-
вать, что в некоторых случаях от главной магистрали часть масла
(5—15%) может пропускаться через ФТО с возвратом в картер ди-
зеля, а также отбираться для работы аппаратуры дистанционного
управления и регулирования, смазки редуктора (если она предус-
мотрена) и т.д.
Производительность насоса, откачивающего масло из картера
двигателя, принимается в 2—2,5 раза выше, чем производитель-
ность нагнетающего, но при значительно меньшем давлении (не
более 0,1-0,15 МПа).
В установках невысокой мощности на судах ограниченно-
го района плавания и на катерах во многих случаях не устанав-
ливают резервного нагнетательного насоса. Для прокачки дви-
гателя маслом перед пуском ставят ручной или электронасос
небольшой производительности (они поставляются в комплекте с
дизелем).
Мощность, потребляемую насосом, находят по формуле (7.1).
388
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рабочее давление Рн в смазочной системе принимают для:
малооборотных дизелей 0,2...0,3 МПа;
среднеоборотных дизелей 0,3...0,5 МПа;
высокооборотных дизелей 0,4... 1,2 МПа.
На судах с дизелями средней и большой мощности масло, отра-
ботавшее свыше 400—500 ч, подвергают периодической сепарации.
Производительность сепаратора, м3/ч, определяют по формуле
'с
где т — кратность очистки масла, равная 1,5...3,5;
ZVCM — суммарная вместимость маслосборников дизелей, ус-
тановленных на судне, м3.
tc = 8...12 — время работы сепаратора в сутки, ч.
Для сепарации масла могут быть использованы топливные се-
параторы. При этом должны быть применены надежные устрой-
ства, предотвращающие смешение топлива и масла.
7.4. Системы охлаждения
Системы охлаждения предназначены для отвода теплоты от
различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теп-
лообменных аппаратах.
Рабочими средами в СЭУ бывают забортная и пресная вода,
масло, топливо и воздух.
Вода по сравнению с другими охлаждающими средами имеет
большую теплоемкость и при скорости 0,5—3,0 м/с высокие коэф-
фициенты теплоотдачи. Это легкодоступная охлаждающая среда,
которая широко применяется в установках всех типов. Однако в
воде содержатся растворимые соли, микроорганизмы и другие
примеси, которые при нагревании выпадают в осадок. Особенно
много солей и примесей в морской забортной воде, поэтому ее
подогрев в теплообменных аппаратах выше 55°С нежелателен.
При необходимости нагрева охлаждающей среды выше указанной
температуры на судах применяют двухконтурные системы охлаж-
дения с использованием в высокотемпературном контуре другого
теплоносителя, например пресной воды.
Пресная вода допускает нагрев в системах охлаждения при ат-
мосферном давлении до 80—90°С, а при повышенном — и более.
Пресная вода, циркулирующая во внутреннем контуре, проходит
предварительную обработку с целью снижения солесодержания,
жесткости и удаления различных примесей. В нее вводят ингиби-
торы— замедлители коррозии.
7.4. Системы охлаждения
389
Атмосферный воздух, применяемый в качестве охлаждающей
среды, имеет теплоемкость по сравнению с водой примерно в че-
тыре раза меньшую, в связи с чем в системах охлаждения требуют-
ся его увеличенное количество и подача со скоростью до 10 м/с и
более. Это создает определенные неудобства вследствие повышен-
ного расхода энергии на привод нагнетателей воздуха. Поэтому
воздух в качестве охлаждающей среды применяется только в тех
случаях, когда жидкие охлаждающие среды использовать затруд-
нительно (в электродвигателях и электрогенераторах).
В судовых дизельных установках применяются три типа сис-
тем охлаждения проточная, замкнутая и центральная.
Проточная система охлаждения забортной водой в ДУ исполь-
зуется для двигателей небольшой мощности, их редукторов, ком-
прессоров сжатого воздуха, подшипников и практически для всех
теплообменников. Замкнутая система в СДУ применяется обычно
для отвода теплоты от деталей двигателей, а проточная — для ох-
лаждения рабочих сред в теплообменниках.
Введение замкнутого контура пресной воды позволило исклю-
чить коррозию дизелей, повысить температурный режим в системе,
не опасаясь интенсификации накипеобразования. Из контакта с
морской водой были выведены сами дизели, но осталась довольно
разветвленная сеть трубопроводов морской воды, холодильников
масла, воздуха, которые подвергаются интенсивной коррозии, и ни
один ремонт судна не обходится без замены или восстановления
тех или иных участков магистралей забортной воды.
Для исключения указанного недостатка, повышения надежно-
сти оборудования на судах начали применять центральную систе-
му охлаждения.
Для охлаждения современных судовых дизелей применяют
исключительно замкнутые системы охлаждения, в которых для
охлаждения двигателя используют пресную воду, циркулирую-
щую по замкнутому контуру. Так как в процессе охлаждения дета-
лей двигателя пресная вода нагревается, для поддержания необхо-
димого температурного режима ее пропускают через охладитель,
прокачиваемый забортной водой.
Таким образом, наряду с замкнутым контуром пресной воды,
в дизельной установке предусмотрена система забортной охлаж-
дающей воды.
7.4.1. Проточная система охлаждения
В проточных системах охлаждения используется забортная
вода, которая подается на охлаждение:
390
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
• наддувочного воздуха, циркуляционного масла и пресной
охлаждающей воды главных и вспомогательных двигателей;
• топлива или пресной воды, используемых для понижения
температуры форсунок;
• вспомогательного оборудования (компрессоров, испарите-
лей, конденсаторов, рефрижераторных установок);
• подшипников гребного вала и дейдвуда.
Используемые на современных морских судах системы забор-
тной воды разделяются:
• по способу расположения воздухо-, масло- и водоохладите-
лей по ходу воды — на последовательные, параллельные и
последовательно-параллельные (рис. 7.17).
• способу подачи забортной воды к охладителям вспомога-
тельных дизелей — на автономные и объединенные с систе-
мой главных двигателей;
• в зависимости от связи с общесудовыми системами — на
автономные, используемые только для охлаждения меха-
низмов и машино-котельного оборудования (МКО), и свя-
занные с балластной и пожарной системами.
Рис. 7.17. Схемы включения холодильников в систему
забортной воды:
1— насос забортной воды; 2 — холодильник продувочного воздуха;
3 — холодильник масла; 4, 6 — холодильники охлаждающей пресной
воды, цилиндров и поршней: 5 — подача забортной воды на охлажде-
ние вспомогательных механизмов
7.4. Системы охлаждения
391
В зависимости от способа подключения к системе охладите-
лей наддувочного воздуха, циркуляционного масла и пресной
воды изменяются гидравлические и тепловые характеристики си-
стем. Это, в свою очередь, влияет на величину необходимой мощ-
ности насосов, затрату энергии на их привод и на величину повер-
хности охлаждения теплообменников, а значит, на их габарит.
Забортная вода на прокачку холодильников наддувочного воз-
духа и циркуляционного масла вспомогательных дизелей может
подаваться навешенными на двигатели насосами или автономны-
ми насосами, специально предназначенными для этой цели. В
этом случае система забортной воды вспомогательных дизелей
отделена от одноименной системы главных двигателей.
Другим вариантом является использование главных насосов
для подачи забортной воды на вспомогательные двигатели. При
этом системы забортной воды вспомогательных и главных дизе-
лей объединены.
Объединенные системы забортной воды главных и вспомога-
тельных двигателей более просты, так как отпадает необходимость
в специальных насосах для охлаждения вспомогательных двигате-
лей на ходу судна, а на стоянке используется один насос неболь-
шой производительности.
Кроме того, объединенные системы более надежны, так как
исключается возможность выхода из строя вспомогательных ди-
зелей из-за поломок навешенных насосов.
На многих современных судах система забортной охлаждающей
воды связана с системами чистого балласта и пожарной. Это позво-
ляет уменьшить общее число насосов в системах, так как не нужно
устанавливать в каждой системе отдельные резервные насосы. На-
сосы одной системы могут являться резервом для другой системы.
На рис. 7.18, а представлена принципиальная схема проточной
системы охлаждения элементов СДУ забортной водой. Вода через
бортовой или днищевый кингстонный ящик, клапан 1 и фильтр 2
(рис. 7.18, б) забирается насосом 5, прокачивается через маслоох-
ладитель 6, режим работы которого регулируется термостатом 4, и
холодильник 8 пресной воды охлаждения цилиндров, которые
включены параллельно с холодильником наддувочного воздуха 7.
По выходе из них вода через клапан 9 уходит за борт. Клапан пред-
назначен для регулирования протока воды через объект и поддер-
жания необходимой температуры и давления в полостях охлажде-
ния. Наличие клапанов 4 и 3 позволяет выходящую из ГД горячую
воду полностью или частично возвратить к насосу 5 и тем самым
ускорить прогрев двигателя или поддерживать температуру воды
на входе более высокой, чем у забортной. При помощи клапанов
392
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
45С 38С
а) -не--,
Рис. 7.18. Традиционная система охлаждения забортной водой:
а — схема потоков; б — принципиальная схема
7.4. Системы охлаждения
393
1, 3 и 4 можно направить выходящую подогретую воду на промыв-
ку кингстона.
Вода, подаваемая насосом забортной воды 5, кроме охлажде-
ния ГД, предназначена для охлаждения воздуха в водо-воздушном
холодильнике, корпуса ГТН, подшипников линии вала, дейдвуда,
компрессоров и для других нужд.
Для повышения надежности системы охлаждения параллель-
но насосу 5 устанавливают второй насос такой же производитель-
ности, но с автономным приводом. На судах с относительно не-
высокой мощностью СДУ насос 5 может резервироваться насоса-
ми из пожарной, балластной или осушительной системы.
При охлаждении механизмов забортной водой ее температура
на выходе не должна превышать 50—55°С.
Для контроля за работой системы устанавливают приборы,
позволяющие определить температуру и давление в данной точке
системы или перепады температуры и давления на отдельных уча-
стках системы охлаждаемого объекта.
На рис. 7.19 приведена схема системы охлаждения забортной
водой элементов главного и вспомогательных двигателей. Охлаж-
Рис. 7.19. Объединенная схема охлаждения теплообменников
главного и вспомогательного двигателей:
1 — кингстонный ящик; 2 — фильтр; 3, 5 — клапана; 4, 12 — насосы;
6 — главный двигатель; 7, 8 — холодильники масла и пресной воды
соответственно; 9 — вспомогательные двигатели; 10 — терморегули-
рующий клапан; 11 — термодатчик
394
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
дающая система холодильников главного двигателя аналогична
предыдущей схеме. Параллельно холодильникам главного двига-
теля забортная вода через клапан 5 поступает в охлаждающую си-
стему вспомогательных двигателей 9. В этой системе дополни-
тельно установлен насос 12 для прокачки воды к вспомогатель-
ным двигателям во время остановки главного двигателя. Этот на-
сос также позволяет прогревать системы главного двигателя перед
пуском теплой водой работающих вспомогательных двигателей
или прокачивать холодной водой после остановки.
Тепловой режим в системе охлаждения поддерживается кла-
паном 10, который получает сигнал от датчика температуры 11 и
направляет горячую воду на слив или частично возвращает на вход
насосов 4.
Проточная система охлаждения забортной водой наиболее про-
ста. Однако из-за значительных тепловых потерь в ГД, коррозии
омываемых забортной водой поверхностей, образования на них от-
ложений, а также вследствие высоких термических напряжений в
охлаждаемых деталях в настоящее время она применяется редко.
Чаще эта система используется для охлаждения редукторов, комп-
рессоров, упорных и опорных подшипников и теплообменников.
7.4.2. Замкнутая система охлаждения
В замкнутой системе охлаждения используется пресная вода
для охлаждения деталей ЦПГ, газотурбонагнетателей и форсунок
главных и вспомогательных дизелей, а также для получения дис-
тиллята в вакуумных опреснительных установках.
Существующие на судах системы пресной воды в зависимости
от выбранного способа охлаждения поршней, форсунок, дизелей
судовой электростанции и в зависимости от принятого принципа
компоновки оборудования имеют существенные различия.
Наиболее простая система пресной охлаждающей воды у дви-
гателей небольшой мощности, не имеющих специальной системы
охлаждения поршней. Так как эти двигатели работают на дизель-
ном топливе, то его же применяют для охлаждения форсунок.
Элементами такой системы являются:
• циркуляционный насос, обычно навешиваемый на двигатель;
• водоводяной холодильник, в который пресная вода направ-
ляется после выхода из двигателя и в котором понижается
ее температура;
• расширительная цистерна для отвода в атмосферу паров,
образовавшихся при нагревании воды в двигателе, а также
для создания подпора на всасывании у циркуляционного
насоса и восполнения утечек воды в системе.
7.4. Системы охлаждения
395
В двигателях умеренной и высокой мощности с газотурбин-
ным наддувом при использовании пресной воды для охлаждения
цилиндров, крышек и турбонагнетателей, масла для охлаждения
поршней и любого охладителя (воды или топлива) для форсунок
система пресной охлаждающей воды усложняется незначительно.
Масло для охлаждения поршней поступает из циркуляцион-
ной системы смазки двигателя, а систему охлаждения форсунок
даже при использовании воды выполняют автономной, так как
топливо под высоким давлением может проникать через неплот-
ности притертых поверхностей в водяную полость форсунок и при
общей системе охлаждения двигателя и форсунок загрязнять топ-
ливом полости охлаждения двигателя.
При водяном охлаждении цилиндров, крышек, турбонагнета-
телей, поршней и форсунок мощных двигателей возможны две
системы пресной воды:
• двухконтурные, в которых первый контур охлаждает цилиндры,
крышки, турбонагнетатели и поршни, а второй — форсунки;
• трехконтурные, в которых первый контур охлаждает цилин-
дры, крышки и турбонагнетатели, второй — поршни, тре-
тий — форсунки.
Первый вариант более прост в конструктивном отношении,
чем второй, в котором наличие трех автономных контуров обус-
ловливает увеличение числа насосов, холодильников, протяжен-
ности трубопроводов и количества арматуры.
Однако пресная вода в объединенной системе загрязняется мас-
лом, смазывающим телескопические устройства, и образующаяся
на поверхностях охлаждения масляная пленка значительно снижа-
ет теплопроводность омываемых водой деталей. Кроме того, затра-
ты энергии на привод циркуляционного насоса охлаждающей воды
в объединенной системе больше суммарных затрат энергии на при-
вод насосов автономных систем. Это объясняется тем, что сопро-
тивление системы охлаждения поршней превышает сопротивление
системы цилиндров, в то время как расход воды на охлаждение пор-
шней значительно меньше, чем на охлаждение цилиндров.
Вспомогательные двигатели, входящие в состав судовой энер-
гетической установки, могут иметь автономную систему охлажде-
ния для каждого двигателя или общую систему для всех вспомога-
тельных двигателей. Применяют также системы охлаждения вспо-
могательных двигателей, объединенные с контуром пресной воды
цилиндров главного двигателя.
При использовании автономных систем охлаждения вспомо-
гательных двигателей каждая из них оборудована всеми необхо-
димыми элементами. Циркуляционные насосы охлаждения, как
396
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.20. Замкнутая система охлаждения деталей цилиндра
правило, имеют привод от двигателя. По числу единиц оборудова-
ния рассматриваемый способ охлаждения наиболее сложен.
При объединении систем охлаждения вспомогательных дизе-
лей в один контур число используемых насосов и холодильников
уменьшается, что ведет к упрощению системы. При этом произ-
водительность насоса должна быть достаточной для одновремен-
ного охлаждения всех двигателей при работе их на максимальной
нагрузке. Для общей системы охлаждения группы вспомогатель-
ных двигателей достаточно иметь один резервный насос для сис-
тем пресной и забортной воды.
Наиболее рационально объединение общей системы охлажде-
ния вспомогательных двигателей с системой охлаждающей пре-
сной воды цилиндров главного двигателя. При этом в системе ох-
лаждения вспомогательных двигателей остается только один пор-
товый насос, обслуживающий на стоянке все вспомогательные
двигатели. Это объясняется тем, что «при работе на стоянке КПД
главного насоса резко снижается.
На рис. 7.20 представлена замкнутая схема охлаждения СДУ с
главным крейцкопфным малооборотным двигателем 9. Пресной
водой охлаждаются детали цилиндра: цилиндровая втулка и
крышка, выпускной клапан и ТК. Вода насосами 10 подается на
охлаждение деталей цилиндра. Заданная температура в системе
охлаждения контролируется датчиком 7 и поддерживается термо-
регулятором 3, который направляет часть воды в холодильник 2
или, минуя его, в деаэрационный бак 4. Тепло пресной охлаждаю-
щей воды цилиндров может использоваться в вакуумном опрес-
7.4. Системы охлаждения 397
нителе 1. На выходе воды из двигателя установлен дроссель 6 для
регулирования давления охлаждающей воды. Для прогрева двига-
теля перед пуском в системе охлаждения может быть предусмот-
рен подогреватель 8 с соответствующей запорной арматурой.
В системе охлаждения предусмотрен деаэрационный бак 4 для
удаления пузырьков воздуха и расширительная цистерна 5, уста-
новленная выше выхода воды из двигателя и соединенная с систе-
мой в нескольких точках. Компенсация утечек в системе и расши-
рительной цистерне происходит из цистерны запаса пресной воды
через клапан 11.
Система охлаждения вспомогательных двигателей 3, объеди-
ненная с системой охлаждения главного двигателя 6, показана на
рис. 7.21. Циркуляцию воды в системе обеспечивают насосы 5 пре-
сной воды, а необходимое давление регулируется дросселем 7. Пре-
сная вода охлаждается в водоводяном холодильнике 10 забортной
водой, которая условно на схеме не показана. Специального водо-
охладителя для вспомогательных двигателей не требуется, так как
на стоянке можно использовать охладитель главного двигателя.
Температура охлаждающей воды, поступающей на главный двига-
тель, регулируется автоматически с помощью датчика 9 и терморе-
гулирующего клапана 2 путем отвода воды мимо холодильника.
Для регулирования температуры охлаждающей воды на вспо-
могательные двигатели ее перепускают мимо двигателей по тру-
бопроводам И.
Выходящая из двигателя вода может поступать в вакуумный
испаритель 1. Такое включение испарителя в схему предусматри-
вает подачу к нему наиболее горячей воды.
Рис. 7.21. Объединенная система охлаждения пресной воды
главного и вспомогательного двигателей
398
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
При стоянке главного двигателя, например в порту, он прока-
чивается горячей водой от вспомогательных двигателей. Для это-
го клапан 12 закрывается, а клапан 13 должен быть открыт. В море
положение этих клапанов меняется на противоположное.
В системе предусматривается также деаэрационный бак 4 и
расширительная цистерна 8, соединенная с верхними точками вы-
хода воды из главного и вспомогательных двигателей и охладите-
ля пресной воды.
Тепло, выходящее из системы охлаждения двигателя, может
утилизироваться в вакуумном испарителе 1 для выработки пресной
воды из морской. Включение испарителя должно быть таким, что-
бы обеспечить подвод к нему наиболее горячей воды (рис. 7.22).
При необходимости все располагаемое тепло воды, охлаждаю-
щей цилиндры, может быть использовано при условии, что спе-
циальная система температурного контроля обеспечит, чтобы
температура на выходе из двигателя не падала ниже определенно-
го уровня. Такая система температурного регулирования может
состоять, например, из специальной перепускной трубы в систе-
ме охлаждения цилиндров (показана на рис. 7.22 волнистой лини-
ей) и термоклапанов А и В или специального терморегулятора,
встроенного в опреснитель.
Если такое температурное регулирование не применяется, ре-
комендуется ограничивать используемое тепло величиной макси-
Система опреснителя Система охлаждения цилиндров
Рис. 7.22. Схема утилизации тепла пресной воды охлаждения
цилиндров
7.4. Системы охлаждения
399
мум 50% от действительно располагаемого тепла при специфика-
ционной МДМ и применять опреснитель только при нагрузках
двигателя выше 50%.
При использовании обычного опреснителя однокаскадного
вакуумно-испарительного типа выработка пресной воды ориен-
тировочно может оцениваться в 0,03 т/сут на 1 кВт тепла, т.е.
м. = о.оз -е„
где М — выработка пресной воды, т/сут,
Q — в кВт.
При долевой нагрузке, меньшей, чем спецификационная
мощность, действительный теплоотвод в воду охлаждения цилин-
дров будет уменьшаться в соответствии с кривыми для винтовой
характеристики (ВФШ) или для постоянной частоты вращения
(ВРШ), представленными соответственно на рис. 7.23.
Для мощностей, меньших, чем спецификационная МДМ, зна-
чение Qw, найденное для точки МДМ, должно быть умножено на
поправочный коэффициент К, определяемый по рис. 7.23.
е=о,’^,
где Qw — теплоотвод в воду охлаждения цилиндров при номиналь-
ной МДМ.
Рис. 7.23. Поправочный коэффициент Кр для теплоотвода в
системе охлаждения цилиндров при долевой нагрузке по отно-
шению к теплоотводу при спецификационной мощности:
- винт фиксированного шага
----- _ винт регулируемого шага
400
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
7.4.3. Центральная система охлаждения
Центральная система водяного охлаждения (рис. 7.24) харак-
теризуется наличием только одного теплообменника 1, охлаждае-
мого забортной водой, и тем, что остальные холодильники, вклю-
чая холодильник пресной воды охлаждения цилиндров 3, охлаж-
даются от системы пресной воды низкой температуры.
Холодильник наддувочного воздуха 2 также охлаждается пре-
сной водой и включается параллельно холодильникам масла 4 и
воды охлаждения деталей цилиндро-поршневой группы.
Центральная система охлаждения позволяет повысить надеж-
ность работы холодильников и межремонтные сроки, а также
позволяет использовать недорогостоящие материалы для их изго-
товления, так как они подвержены меньшей коррозии при сопри-
косновении с пресной водой. Пресная охлаждающая вода по срав-
нению с забортной морской водой обладает гораздо меньшей кор-
розионной активностью и склонностью к накипеобразованию.
Принцип работы центральной системы водяного охлаждения
главного двигателя показан на рис. 7.25. Регулирование темпера-
туры осуществляется обводом пресной воды через центральный
холодильник 5 с помощью терморегулятора 6.
Участок забортной воды ограничен донным и забортным кин-
гстонами с фильтрами 2, главными насосами 3 и центральным
холодильником 5, после которого забортная вода уходит за борт.
Циркуляционная система пресной воды разбита на два контура:
Рис. 7.24. Принципиальная схема центральной системы охлаждения:
—X- центральный контур пресной воды низкой температуры
7.4. Системы охлаждения 401
26 СЭУ С две
Рис. 7.25. Центральная система водяного охлаждения:
_______________ - забортная вода:
-о^о-о- - пресная вода охлаждения цилиндров:
— - пресная вода центральной системы
— низкотемпературный (36—45°С) с насосами 4, напорной ци-
стерной 7, холодильниками воды 9 высокотемпературного
контура, циркуляционной смазочной системой 8 дизеля и
его распределительного вала, наддувочного воздуха 10 и
терморегулятором 6;
— высокотемпературный (55—80°С), включающий полости ох-
лаждения главного дизеля, на схеме условно не показан.
Центральная система охлаждения главного и вспомогательных
двигателей показана на рис. 7.26. Пресная вода из низкотемпера-
турного контура подается в холодильники главного и вспомога-
тельных двигателей. Заданные температурные режимы в низко- и
высокотемпературном контурах поддерживаются с помощью ав-
томатических терморегулирующих клапанов перепуска воды в хо-
лодильник. Для подогрева главного дизеля перед пуском (должна
быть обеспечена температура воды на выходе из двигателя 50°С)
может быть применена горячая вода, выходящая из дизель-гене-
раторов, либо для этой цели используют специальный подогрева-
тель, включенный в высокотемпературный контур.
Для прогрева главного двигателя во время его остановки пре-
дусмотрен клапан 7, который закрыт в море и открыт в порту, и
402 Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.26. Центральная система охлаждения главного малооборотного и вспомогательных двигателей
7.4. Системы охлаждения
403
клапан 8, открытый в море и закрытый в пору. Прогрев останов-
ленного вспомогательного двигателя осуществляется от работаю-
щего вспомогательного двигателя.
Скорость в трубопроводах пресной и забортной воды не долж-
на превышать 3,0 м/с.
7.4.4. Основные параметры системы охлаждения
Исходной величиной для расчета элементов системы охлажде-
ния является количество теплоты, которое необходимо отвести от
двигателя, компрессора, редуктора, подшипников линии вала и т.д.
Количество теплоты Q, кДж/ч, отводимой от двигателя охлаж-
дающей жидкостью, принимается как доля aw от всей теплоты,
подведенной в двигатель:
Q = aw-ge-Ne-QH.
Доля теплоты aw, отводимой в контурах (ориентировочно),
приведена в табл. 7.1.
Производительность насоса Qv, м3/ч, определится по формуле
= —...
” p-c^-r,)’ 1
где К= 1,5...2,5 — коэффициент запаса производительности;
р — плотность охлаждающей жидкости, кг/м3;
с — удельная теплоемкость охлаждающей жидкости,
кДж/(кг*К);
Т2 — Т\ — температурный перепад охлаждающей жидкости, °C.
(7.2)
Таблица 7.1
Расчет количества теплоты, отводимой в контурах
Тип двигателя Количество теплоты, отводимой
от цилиндров пресной воды от поршней от форсунки
охлаждаемых маслом охлаждаемых пресной водой
МОД 0,2-0,3 0,04-0,06 0,08-0,1 0,002-0,000
сод 0,15-0,2 0,04-0,06 — 0,002-0,006
вод 0,1-0,15 — — —
Более точные значения количества отводимой от двигателя
или какого-либо механизма теплоты можно получить из техни-
ческой документации, поставляемой заводом.
404
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Физические свойства охлаждающей жидкости:
Теплоноситель теплоемкость, кДж/(кг • К) плотность, кг/м3
Пресная вода 4,2 1 • 103
Забортная вода 4,0 1,025 • 103
Масло (1,68-2,1) (0,85- 0,95) 103
Легкое дизельное топливо (1,68—2,1) (0,83—0,85) 103
Рабочие параметры охлаждающей жидкости приведены в табл. 7.2.
Таблица 7.2
Параметры охлаждающей жидкости
Объект охлаждения Температура на выходе, °C Температурный перепад, °C Напор, МПа
Цилиндр 55-80 5-15 0,2-0,3
Поршни 55-65 5-10 0,4-0,8
Форсунки 45-55 10-15 0,2-0,3
Статистические данные показывают, что удельный расход
пресной воды колеблется в пределах 45—60 л/(кВт • ч) при разви-
ваемом давлении 0,2—0,3 МПа и разрежении на всасывании не
более 0,05—0,06 МПа.
Производительность насоса забортной воды рассчитывается
по формуле (7.2). Она должна обеспечить отвод теплоты от конту-
ров охлаждения, смазки всех объектов ДУ; кроме того, должен
быть предусмотрен запас К= 1,54—2,5. Суммарное количество от-
водимой от забортной воды теплоты составит:
=(Qn.e + Оз + @м + Оф)г.д+(Qn.e + Оз + Ом )в.д+Qp+Qx+ Qn+• • •>
где Q с соответствующим индексом — теплота, кДж/ч, отводимая:
0ПВ — от пресной воды; QB — от холодильника воздуха; QM — с
маслом; — от форсунок; Qp — от редуктора; QK — от компрес-
соров; Qn — от подшипников линии вала и т.д.
7.5. Система воздухоснабжения
Назначением пневматической системы является получение,
хранение и подача к потребителям воздуха различных параметров.
Система воздухоснабжения состоит из двух подсистем: подачи
воздуха для сгорания топлива и системы сжатого воздуха. Первая
служит для подачи воздуха к главным и вспомогательным двига-
телям, вспомогательным котлам и т.д. Она подводит воздух в не-
обходимых количествах к потребителю для обеспечения нормаль-
ного сгорания топлива.
7.5. Система воздухоснабжения
405
Назначение второй системы многообразнее. Она обеспечива-
ет сжатым воздухом необходимого давления пуск и реверс главно-
го двигателя, пуск вспомогательных двигателей, работу пневмати-
ческих систем автоматики и управления, работу приборов звуко-
вой сигнализации судна (сирены, тифона), продувку кингстонов,
работу пневматического инструмента и другие общесудовые и
специальные нужды.
7.5.1. Система подачи воздуха для сгорания топлива
Полное сгорание топлива обеспечивается подачей воздуха к
входным устройствам потребителя. Количество воздуха, необходи-
мого для сгорания топлива, может быть определено по уравнению:
где а — суммарный коэффициент избытка воздуха; Lo — теорети-
чески необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива,
кг/кг; В — расход топлива, кг/ч.
Величина £0 зависит от сорта топлива и его состава. Для жид-
кого топлива условного среднего состава (87%, С, 12,6% Н2
0,4%О2) Lq = 14,3 кг/кг.
Коэффициент избытка воздуха а во вспомогательных котлах
принимают 1,10-1,25. В дизелях принимают суммарный коэффи-
циент избытка воздуха, зависящий от коэффициента избытка воз-
духа при горении а0 и коэффициента продувки ср: (%. = а0 • <р. Для
судовых МОД 0^ = 3,2...3,7, а для четырехтактных СОД с надду-
вом otj. = 2,3...2,7.
В судовых дизелях воздух для горения топлива обычно подает-
ся из МО, куда он поступает через светлый люк и из системы вен-
тиляции. Турбонагнетатели двигателя, расположенные в верхней
его части, снабжены приемным патрубком с фильтрами, которые
очищают воздух и снижают уровень шума воздушного потока. В
некоторых установках предусматривается автономный подвод
воздуха на ДВС (например, на ледоколах), чтобы во время работы
двигателя не снижалась температура воздуха в МО.
В морском воздухе всегда находятся аэрозоли и частицы мор-
ской воды, содержащие различные соли. Их концентрация осо-
бенно велика у поверхности воды и в ветреную погоду при волне-
нии. Чтобы предотвратить попадание в камеру сгорания солей
морской воды, воздухоприемные устройства стараются размещать
по возможности в верхней части судовой надстройки и на входе в
воздухоприемную шахту устанавливают специальные двух- и трех-
ступенчатые фильтры. На крупных морских судах воздухоприем-
ные устройства представляют собой сложные и громоздкие соору-
жения. Это каналы большого сечения обычно прямоугольной
406
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
формы с минимальными погибами, протянутые от верхней части
судовой надстройки к двигателю. Внутренние стенки воздухопри-
емной шахты облицовывают звукопоглощающим материалом.
Скорость воздуха в шахте достигает 30 м/с.
7.5.2. Система сжатого воздуха
Системами сжатого воздуха оборудуют ЭУ всех типов. Наибо-
лее развиты эти системы на дизельных транспортных и промыс-
ловых судах. Различают системы сжатого воздуха низкого (до 1
МПа), среднего (до 3 МПа) и высокого (более 5 МПа) давления.
Воздух низкого давления используется для хозяйственных нужд
судна и ЭУ (продувание механизмов, кингстонов), среднего дав-
ления — в основном для пуска и реверса ДВС, а высокого —в си-
стемах пуска вспомогательных ДВС и других целей.
В основном сжатый воздух расходуется в процессе пуска глав-
ных и вспомогательных дизелей. Кроме того, воздух используют в
системах энергетической установки для работы пневмоавтомати-
ки, контролирующих устройств и предупредительной сигнализа-
ции, для создания давления в пневмоцистернах пресной и заборт-
ной воды, для продувания нагревательных змеевиков, фильтров и
кингстонов.
Большую группу потребителей сжатого воздуха составляют
пневматические устройства общесудового назначения: тифоны,
пневмостанки, пневмоинструмент, пневматические грузоподъем-
ные механизмы. К этой же группе относится расход воздуха на
углекислотные станции, на воздушно-пенные аппараты и на про-
дувание рассольных трубопроводов рефрижераторных установок.
На судах промыслового флота сжатый воздух используют так-
же для работы технологического оборудования.
По комплектации механизмами и устройствами системы сжа-
того воздуха на судах различных типов практически не отличают-
ся. Обычно в состав системы входят поршневые электрокомпрес-
соры, масловлагоотделители, баллоны для хранения воздуха, ре-
дукционные клапаны, трубопроводы, контрольно-измерительные
приборы и устройства автоматического регулирования системы.
Согласно «Правилам Регистра РФ» воздух для пуска ГД дол-
жен храниться в двух баллонах одинаковой вместимости. Давле-
ние пускового воздуха составляет 2,5-3 МПа. На небольших судах
и для пуска вспомогательных двигателей используют воздух с дав-
лением 5-7 МПа. Запас пускового воздуха на судне также опреде-
лен «Правилами Регистра РФ», в соответствии с которыми требу-
ется, чтобы он был достаточным для 12 последовательных пусков
(попеременно на передний и задний ход) каждого реверсивного
7.5. Система воздухоснабжения
407
ГД. Для пуска нереверсивных ГД запас воздуха должен быть дос-
таточным для шести пусков двигателя наибольшей мощности, а
при наличии более двух двигателей — для трех пусков каждого
двигателя. Для ДГ допускается применять один баллон, вмести-
мость которого должна быть такой, чтобы обеспечить шесть пос-
ледовательных пусков одного двигателя. Если ДГ расположены на
разных бортах судна, ставят по одному баллону на каждый борт.
Между собой баллоны соединяют трубопроводом.
При размещении ГД в двух помещениях, разделенных водо-
непроницаемой переборкой, в каждом из них устанавливают не
менее чем по одному баллону на разных бортах и по одному глав-
ному компрессору.
Необходимая вместимость баллонов пускового воздуха Vz> м3,
может быть определена из выражения
где vB — удельный расход пускового воздуха, м3/м , т — число
планируемых пусков двигателя; п — число двигателей; ра — атмос-
ферное давление, ра = 0,1 МПа; Z Кц — суммарный объем цилин-
дров двигателя, м3; Рн — начальное давление воздуха в баллонах
МПа; Рк — конечное давление воздуха в баллонах, при котором
еще возможен пуск двигателя, Рк = 0,8—1,0 МПа.
Удельный расход пускового воздуха для современных дизелей
составляет vB = 4...9 м3 на 1 м3 рабочего объема цилиндров двигателя.
Сжатый воздух на судне расходуется не только для пуска дви-
гателей, но и для других нужд, поэтому если он забирается из бал-
лонов пускового воздуха, то их вместимость должна быть соответ-
ственно увеличена. Так, при использовании сжатого воздуха для
подачи звукового сигнала с помощью тифона, необходимо увели-
чить вместимость пусковых баллонов на количество воздуха, тре-
бующегося для непрерывной работы тифона в течение 8 мин у
буксиров и 6 мин у других судов.
Баллоны пускового воздуха представляют собой крупногаба-
ритные цилиндрические емкости. Их обычно устанавливают в
МО по бортам в районе платформы с уклоном в корму для скоп-
ления конденсата в местах расположения клапанов продувания.
Каждый баллон должен быть оснащен манометром, предохрани-
тельным клапаном и другой арматурой.
Запас сжатого воздуха пополняется с помощью главных комп-
рессоров, которых должно быть не менее двух (один резервный), и
одного первичного компрессора с автономным двигателем. После-
дний позволяет создать необходимый запас сжатого воздуха для за-
пуска ДГ («оживления» установки), а затем может быть запущен
один из электрокомпрессоров. Компрессорная станция может
408
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
иметь в своем составе и подкачивающий электрокомпрессор мень-
шей подачи по сравнению с основным, который позволяет попол-
нять расход сжатого воздуха при меньших затратах электроэнергии.
Согласно «Правилам Регистра РФ» подача каждого главного
компрессора должна быть такой, чтобы обеспечить заполнение
пусковых баллонов ГД в течение 1 ч, начиная от давления, при
котором возможен последний пуск или маневр, до рабочего на-
чального давления.
Системы сжатого воздуха на дизельных судах аналогичны
(рис. 7.27). Баллоны пускового воздуха 5 и 7 соответственно ГД и
ДГ заполняются с помощью одного из главных компрессоров 3
через водомаслоотделитель 4 с автоматическим спуском конден-
сата. Из баллонов часть воздуха через редуктор направляется на
хозяйственные нужды 6 и к тифонам 8. По мере расходования воз-
духа и снижения давления в баллонах пополнение осуществляется
автоматизированным подкачивающим компрессором 2. При
большом расходе пускового воздуха, что бывает при маневрирова-
нии ГД, включается в работу главный электрокомпрессор. На-
чальное (или аварийное) заполнение баллона 7 осуществляется
автономным дизель-компрессором 1 с ручным пуском.
Сжатый воздух все шире применяется на современных судах
для различных целей, несмотря на то что затраты на его получе-
ние выше, чем затраты на другие виды энергии. Сжатый воздух
можно хранить длительное время, использовать в любое время и
применять его как источник энергии во взрыве- и пожароопас-
ных помещениях.
5
л
6
%—**7**" ООО оо
ГА
^ОООС^ДГНЧ
ЖЯЙЙ1
Рис. 7.27. Принципиальная схема системы сжатого воздуха
дизельного судна
7.5. Система воздухоснабжения
409
пускового воздуха
Рис. 7.28. Системы пускового и управляющего воздуха
На судах, где потребность в сжатом воздухе большая (спасате-
ли, пожарные суда и т.д.), устанавливают специальную компрес-
сорную станцию.
В системе пускового и управляющего воздуха дизеля S26MC
(6ДКРН 26/98) «МАН- Б и В Дизель» (рис. 7.28) воздух сжимается
двумя двухступенчатыми поршневыми компрессорами 1 до давле-
ния 3 МПа. Каждая ступень компрессора снабжена предохрани-
тельными клапанами, а на выходе воздуха из них установлен водо-
маслоотделитель 2. Компрессоры оборудованы устройством авто-
матического пуска и остановки. Воздух нагнетается в главные бал-
лоны пускового воздуха 5, из которых подается к главному дизелю
7 на вход «А».
Через редукционную станцию 6, с фильтром тонкостью филь-
трации 100 микрон, сжатый воздух давлением 0,7 МПа подается к
двигателю в качестве:
— управляющего воздуха для системы управления главным
двигателем, вход «В»;
— рабочего воздуха для пневмомеханизма закрытия выпуск-
ного клапана «В»;
410
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
— воздуха для аварийной остановки главного двигателя через
вход «С»;
— воздуха для очистки турбокомпрессора к «АР» и в неболь-
шом объеме для стенда опрессовки форсунок 3 через редук-
ционный клапан 4.
Расход воздуха — управляющего, защиты двигателя, на очист-
ку турбокомпрессора, воздуха открытия выпускных клапанов и
для стенда опресовки форсунок, а также на запуск вспомогатель-
ных двигателей (на схеме условно не показан) — обеспечивается
необходимым объемом баллонов пускового воздуха и производи-
тельностью компрессоров.
7.5.3. Получение и хранение сжатого воздуха
Для получения сжатого воздуха на судах используют поршне-
вые компрессоры.
Судовые компрессоры можно классифицировать по следую-
щим основным признакам.
Расположение цилиндров: вертикальное однорядное (приме-
няется наиболее часто), Р-образное.
Число цилиндров: одноцилиндровые (используют в качестве
первичных и подкачивающих); многоцилиндровые (2—5 цилинд-
ров используют в качестве основных и подкачивающих).
Число ступеней: одноступенчатые (используют в качестве
компрессоров низкого давления); многоступенчатые (2 ступени
для среднего давления; 3 ступени— для высокого).
Конструктивный тип ступеней: дифференциальный (низкая и
высокая ступени расположены в одном цилиндре, при этом над-
поршневая и подпоршневая полости рабочие); тандем (поршни
низкого и высокого давлений расположены один над другим).
Величина давления (в МПа): высокое (более 15,0); среднее
(2,0—15,0); низкое (до 2,0).
Наиболее распространены компрессоры среднего давления с
рабочим давлением 3,0 МПа. В последнее время используют так-
же компрессоры с давлением 2,5 МПа для предотвращения значи-
тельного охлаждения цилиндров расширяющимся воздухом при
пуске двигателя.
Назначение:
— основные (производительностью 60—430 м3/ч); в каждом от-
дельном случае каждый основной компрессор должен обес-
печить заполнение в течение 1 ч баллонов главных двигате-
лей, начиная от давления 0,5 МПа до давления, необходи-
мого для выполнения числа пусков, предусмотренных Пра-
вилами;
7.5. Система воздухоснабжения
411
— подкачивающие (производительность 10—100 м3/ч); в ос-
новном применяют компрессоры с производительностью до
30 м3/ч;
— первичные (производительность 10—30 м3/ч).
Частота вращения судовых компрессоров в основном 600—900
мин'1. Однако в последние годы некоторые зарубежные фирмы
выпускают компрессоры с повышенной частотой вращения (до
2500 мин-1, что позволяет уменьшить вес и габарит компрессора.
Тип привода: электродвигатель (широко распространен бла-
годаря малому габариту, высокому КПД, кратковременности и
надежности пуска, простоте обслуживания и большому межре-
монтному периоду); дизель для первичных и высокомощных ком-
прессоров; применение электропривода в последних нежелатель-
но вследствие глубоких провалов напряжения при пуске).
В соответствии с требованиями Регистра на судах неограни-
ченного района плавания устанавливают не менее двух компрес-
соров, один из которых имеет автономный привод. Производи-
тельность каждого компрессора Qu, м3/ч, должна обеспечивать
заполнение баллонов ГД за один час от Pmin, при котором возмо-
жен последний пуск и маневр, до рабочего давления Р :
Q„ = IPs (Р - РЛ
' р mm7’
где Qu — объем свободного воздуха, засосанного компрессором в
час, м3/ч; IPs — суммарный объем баллонов ГД, м3.
В настоящее время на судах транспортного флота, как прави-
ло, устанавливаются компрессоры с электроприводом, автомати-
чески включающиеся при падении давления в системе ниже за-
данного. В некоторых установках мощность электропривода ком-
прессора составляет значительный процент от мощности судовой
электростанции. Частые пиковые нагрузки при пусках сказыва-
ются на напряжении в сети и расстраивают работу некоторых при-
боров. Поэтому для автоматического пополнения системы уста-
навливают дополнительный автоматизированный электрокомп-
рессор или заменяют один из основных компрессоров двумя авто-
матизированными равной суммарной производительности.
Сжатый воздух от компрессоров поступает на хранение в бал-
лоны, предварительно проходя через водомаслоотделитель.
Баллоны. Баллоны сжатого воздуха изготовляются стальными,
цельнотянутыми или сварными. Цельнотянутые баллоны вмести-
мостью до 800 л имеют одну горловину, а баллоны длиной более
2,5 м — две горловины. Горловины закрыты крышками, на одной
из которых смонтированы клапаны: запорный для заполнения и
забора воздуха, клапан к манометру, предохранительный и клапан
продувания баллона. На корпусе баллонов большого объема уста-
412
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
навливают плавкие вставки: при высокой температуре вставки
расплавляются и воздух по специальному трубопроводу стравли-
вается за борт. Вторая горловина служит для осмотра внутренней
поверхности баллона.
Баллоны большого объема для мощных дизелей на рабочее
давление до 3,0 МПа изготовляются сварными. Конструктивно
баллон такого типа представляет собой цилиндр с двумя выпук-
лыми или вогнутыми донышками, в которых сделаны лазы. На
крышках смонтирована арматура такого же назначения, как на
цельнотянутых баллонах.
Рабочее давление воздуха в баллонах принимают равным для
МОД и СОД — 2,5—3,0 МПа, а для ВОД — до 7,5 МПа и выше. В
некоторых случаях в установках с МОД и СОД давление в балло-
нах доводят до 6,0-7,5 МПа. Это позволяет уменьшить их габари-
ты приблизительно в 2—2,5 раза, а массу в 1,5—2 раза.
При этом воздух подается к потребителю через спаренные для
надежности редукционные клапаны. Рабочее давление в магист-
ралях общесудового назначения принимается для сирен и тифона
0,8-2,5 МПа, для пневматического инструмента 0,3—0,8 МПа, для
хозяйственных нужд 0,3—0,5 МПа.
Если для удовлетворения общесудовых нужд используется
один из баллонов ГД, то соответственно увеличивают его объем
или устанавливают компрессор, автоматически включающийся
при падении давления в системе ниже заданного.
Для вспомогательных двигателей, расположенных на одном
борту, может быть установлен один баллон. При разнесении ВД
по разным бортам или в разные отсеки число баллонов соответ-
ственно увеличивается.
Водомаслоотделитель устанавливают в магистрали от комп-
рессора до баллонов. В корпусе баллона для удаления накаплива-
ющейся влаги устанавливают клапан продувания. В цельнотяну-
тых баллонах он находится в крышке и от него на дно опущена
трубка, через которую при открывании клапана выдувается влага.
На сварных баллонах большого объема клапан продувания уста-
навливают в наиболее низкой точке.
Чтобы скапливающаяся в магистралях влага не попала в дви-
гатель, трубопровод прокладывают с уклоном в сторону баллонов.
Процесс удаления масла и влаги из водомаслоотделителей балло-
нов и магистралей желательно автоматизировать.
Трубопровод подвода воздуха от баллонов к ГД должен вы-
полняться отдельно, без каких-либо дополнительных отводов, и
иметь невозвратные капаны, предотвращающие прорыв газа из
цилиндра двигателя в баллон.
7.5. Система воздухоснабжения
413
На компрессорах, баллонах на трассе трубопровода устанав-
ливают предохранительные клапаны, срабатывающие при превы-
шении рабочего давления на 10%, и устройства для разгрузки тру-
бопроводов и слива накопившейся в них влаги. Для понижения
давления воздуха, подаваемого из баллонов для общесудовых
нужд, на трубопроводах устанавливают редукционные клапаны.
7.6. Системы выпускных газов
Система газовыпуска СЭУ служит для отвода продуктов сго-
рания от главных и вспомогательных двигателей и котлов. В ее
состав входят газовыпускные трубопроводы, глушители шума, ис-
крогасители, компенсаторы температурных расширений, утили-
зационный котел (УК) и другие элементы.
Схема системы газовыпуска определяется типом СЭУ и назна-
чением судна. Она предназначена для транспортировки газов,
имеющих высокую температуру (150—500°С), обладающих токсич-
ностью и несущих несгоревшие частички топлива в виде искр,
которые могут вызвать пожар. Это заставляет предъявлять ряд
специальных требований к газовыпускным системам при их про-
ектировании.
Систему выпускных газов СДУ можно рассматривать как при-
менительно к главному и вспомогательным двигателям, внутри
которых осуществляется газоотвод, и как систему после двигате-
лей внутреннего сгорания.
7.6.1. Система выпускных газов на главном двигателе
Выпускные газы, образовавшиеся в процессе сгорания топли-
ва в цилиндре дизеля, через выпускной клапан при системе над-
дува при постоянном давлении газов перед турбиной направляют-
ся в коллектор выпускных газов большого объема (рис. 7.29). В
коллекторе в этом варианте сглаживаются пульсации давлений от
цилиндров и газы при постоянном давлении поступают в турбо-
компрессор. Для компенсации температурных деформаций между
выпускными клапанами и коллектором, а также между коллекто-
ром и турбокомпрессором предусмотрены компенсаторы.
Между коллектором и турбокомпрессором может быть уста-
новлена защитная решетка для предохранения попадания в тур-
бину возможных обломков поршневых колец.
Для быстрой сборки и разборки соединений между выпуск-
ным коллектором и выпускными клапанами могут применяться
зажимные хомуты.
414
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Коллектор
Рис. 7.29. Система выпускных газов на двигателе
По требованию регистра РФ коллектор выпускных газов и со-
единительные патрубки должны быть изолированы и обшиты
стальным листом.
Во многих СЭУ теплота выпускных газов от главных двигате-
лей преобразуется в энергию пара в утилизационных котлах. Пар,
вырабатываемый утилизационным котлом во время хода судна,
направляется в систему подогрева топлива, масла, воды и на теп-
лоснабжение систем парового отопления и на другие нужды.
При эксплуатации утилизационные котлы подвержены значи-
тельным загрязнениям поверхности нагрева со стороны газов. От-
ложение частиц неполного сгорания топлива и масла особенно ин-
тенсивно происходит на режимах малого хода. При загрязнении
увеличивается противодавление на выхлопе газов из двигателя, что
существенно влияет на параметры рабочего процесса двигателя.
7.6.2. Система газоотвода
Согласно «Правилам Регистра РФ» каждый двигатель должен
иметь отдельный газовыпускной трубопровод, который выводит-
ся на палубу через общий кожух-трубу (рис. 7.30).
7.6. Системы выпускных газов
415
Рис. 7.30. Схема газовыпуска ДУ:
1 — ДГ; 2 — ГД; 3 — опора (подвеска); 4 — вспомогательный котел;
5 — искрогаситель паровой; 6 — глушитель-искрогаситель; 7, 8 —
жалюзи естественной вентиляции кожуха дымовой трубы соответ-
ственно выходные и входные; 9 — вентилятор вдувной; 10 — УК; 11 —-
компенсаторы
На судах специального назначения и катерах газоотвод часто
делают в борт, причем в некоторых случаях газоотвод от двигате-
лей внутреннего сгорания разделяют на надводный и подводный.
Газоотвод состоит из стандартных стальных труб с приварны-
ми или свободными фланцами. Для удобства монтажа длина от-
дельных труб принимается не более 3—5 м. В изгибах радиус кри-
визны должен быть не менее трех диаметров трубы. При большей
кривизне трубу подрезают на изгибе и затем сваривают. Проход-
ное сечение газоотводной трубы выбирают с учетом допустимых
для данного дизеля аэродинамического сопротивления и скорос-
ти течения газов. Для ориентировочных расчетов рекомендуются
следующие значения скоростей V, м/с:
для четырехтактных дизелей 40—50
— двухтактных дизелей 25—30
— вспомогательного парогенератора:
— с естественной тягой 5—8
— с искусственным дутьем 20—25
416 Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Площадь проходного сечения трубопровода F, м2,
р =
V ’
где £>г =
Gry
ЗбООр
(azZo+l) — секундный расход газа; GT — часовой
расход топлива, кг/ч; р — плотность газа в газовыпускном трубо-
проводе, кг/м3; — суммарный коэффициент избытка воздуха;
L'q — теоретически необходимое количество воздуха, кг, для сжи-
гания 1 кг топлива.
Для ориентировочных расчетов значение р, кг/м3, можно оп-
ределить по формуле
-Тг
где Рг — давление газа, МПа; Тг — температура, К; Аг = 288 —
газовая постоянная, Дж/(кг*К).
Высокая температура отработавших газов, достигающая на
выходе 400—450°С у четырехтактных и 250—300°С у двухтактных
дизелей, вызывает сильный нагрев и расширение трубопроводов.
Удельное расширение составляет приблизительно 1,17 мм на 1 м
длины при нагревании трубопровода на 100°. Для снятия возника-
ющих в системе напряжений устанавливают компенсаторы—
сальниковые, линзовые или резинометаллические. Конструкция
их дана на рис. 7.31. Наиболее часто в газопроводах применяют
линзовые компенсаторы, обладающие наибольшей подвижнос-
тью. При горизонтальной или наклонной их установке в нижней
части линз делают пробки, через которые спускают скопившуюся
влагу. Резинометаллические компенсаторы (рис. 7.31, в) имеют
хорошие шумоизолирующие свойства и используются преимуще-
ственно на судах относительно небольшого водоизмещения, ос-
нащенных мощными высокооборотными двигателями.
Газовыпускные трубы крепят при помощи жестких опор и уп-
ругих пружинных подвесок. Места расположения опор и подве-
сок определяют так, чтобы масса трубопровода передавалась на
корпус судна, а не воспринималась двигателем. Наличие пружин-
ных подвесок обеспечивает подвижность трубопровода при теп-
ловом расширении, а жесткие кронштейны у двигателя и глуши-
теля воспринимают массу газопровода.
Тепловая изоляция должна обеспечить температуру наружной
поверхности труб не выше 55°С. Изоляцию выполняют из него-
рючих материалов, обладающих малой теплопроводностью, или
делают на трубах газопровода специальные рубашки, образующие
7.6. Системы выпускных газов
417
Рис. 7.31. Компенсаторы:
а — сальниковый; 1,2 — патрубки; 3 — сальник;
б — линзовый; 1 — линза; 2 — фланец; 3 — патрубок; 4 — рубашка;
в — резинометаллический
полости, через которые прокачивается пресная или забортная
вода (последняя конструкция охлаждения трубопровода применя-
ется только в установках, где теплота отработавших газов не ути-
лизируется). Места тепловой изоляции, которые могут быть по-
вреждены, покрывают кожухом из тонкого листового железа.
Для уменьшения шума выпуска в газовыпускном тракте уста-
навливают глушители. По принципу работы они могут быть актив-
ными, с последовательным (рис. 7.32, а) или параллельным (рис.
7.32, б) включением сопротивления или «реактивными» (рис. 7.33,
а). В глушителях активного типа энергия звука превращается в теп-
ловую путем включения в газовыпускной трубопровод активного
сопротивления. Сопротивление создается установкой сеток, пер-
форированных листов, пористых термостойких материалов. При
установке такого глушителя потеря мощности двигателя может со-
ставлять 0,5—1,5%, а снижение шума — до 10 дБ (при параллельном
включении активного сопротивления потери мощности будут
меньше). Реактивные глушители работают по принципу акустичес-
кого фильтра. В их конструкцию включено несколько последова-
тельно соединенных камер, где происходит расширение газа.
418 Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Рис. 7.32. Схемы активного глушителя:
а — с последовательным, б — с параллельным включением
сопротивлений
Глушители активного типа наиболее эффективно заглушают
колебания высокой частоты, а реактивные глушители — колеба-
ния низкой. Часто применяют комбинированные активно-реак-
тивные глушители (рис. 7.33, в). Кроме специальных глушителей,
функции глушения шума выпуска выполняют газовая турбина
воздухонагнетателя двигателя, утилизационный парогенератор, а
также искрогаситель.
При выборе места установки глушителя необходимо учиты-
вать, что наибольший эффект глушения получается, когда длина
трубопровода после глушителя составляет 0,25—0,5 его длины до
Рис. 7.33. Схемы реактивных глушителей:
а — с расширительной камерой; б — с резонансной камерой;
в — с активно-реактивной камерой
7.6. Системы выпускных газов
419
глушителя. Macro, однако, место установки глушителя определя-
ется общей компоновкой системы.
Гидравлическое сопротивление глушителя не должно превы-
шать 0,003 МПа для двухтактных дизелей и 0,006 МПа — для че-
тырехтактных с ГТН. В нижней части глушителя (особенно двух-
тактных дизелей) необходимо устанавливать сливные пробки для
спуска масла и люки для очистки.
На судах, перевозящих легковоспламеняющиеся грузы (тан-
керы, хлопковозы и др.), для уменьшения выброса искр с отрабо-
тавшими газами устанавливают искрогасители. По конструкции
они могут быть мокрого и сухого типа (рис. 7.34). В искрогасите-
лях первого типа гашение искр — раскаленных твердых частиц,
вылетающих с отработавшими газами, — достигается путем раз-
брызгивания воды в поток отработавших газов, а в искрогасите-
лях второго типа закручивающийся газовый поток отбрасывает
искры к стенкам, где они и оседают.
При установке утилизационных паровых котлов, в которых,
помимо снижения температуры газов, обеспечиваются глушение
шума и искрогашение, автономные глушители и искрогасители
не применяют. Организация подводного выпуска значительно
снижает уровень воздушного шума, уменьшает искровыделение и
тепловое поле. Глушители и искрогасители устанавливаются пре-
имущественно в кожухе дымовой трубы.
«Правила Регистра РФ» требуют, чтобы при установке искрогаси-
теля число вылетающих из трубы искр не превышало 6—8 в минуту.
Рис. 7.34. Схемы искрогасителей:
а, б, в — мокрого типа; г, д, е — сухого типа
420
Глава 7. Системы судовой дизельной энергетической установки
Глава 8
РАЗМЕЩЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ В МАШИННОМ
ОТДЕЛЕНИИ СЕРИЙНЫХ СУДОВ
8.1. Расположение машинного отделения по длине
корпуса судна
Расположение машинного отделения (МО) по длине корпуса
судна оказывает влияние па технические, эксплуатационные и
экономические показатели судна, а также на его общую архитек-
туру. В морской практике в основном встречаются три варианта
расположения помещении ЭУ по длине судна (рис. 8.1): среднее,
кормовое и промежуточное (сдвинутое в корму от мидель-шпан-
гоута). Носовое применяется очень редко в основном для судов,
перевозящих крупногабаритные грузы. Каждый вариант имеет
свои достоинства и недостатки. Наибольшее распространение по-
лучило кормовое расположение МО. При неизменных габаритах
судна и смещении помещения ЭУ в корму грузовместимость воз-
растает. Это объясняется, во-первых, тем, что, несмотря на неко-
торое удлинение МО, его объем все же уменьшается. Во-вторых,
линия вала получается короче, и отпадает необходимость в тунне-
ле гребного вала, который проходит через кормовые трюмы при
других расположениях МО. Снижение массы валопровода и отказ
от туннеля гребного вала способствуют увеличению грузоподъем-
ности судна до 0,5, а в отдельных случаях до 1%.
Выигрыш в грузовместимости зависит от размерений судна и
типа ЭУ. Так, для судов дедвейтом 10 тыс. т он составит в среднем
1,5-3%. Большие значения (до 15%) могут быть получены для су-
дов с компактной схемой ЭУ.
В связи с тем, что при кормовом расположении ЭУ центр тя-
жести груженого судна перемещается в нос, удифферентовка та-
ких судов затруднительна. Управление судном также усложняется
из-за ухудшения видимости.
При кормовом варианте размещения СЭУ в центральной час-
ти судна высвобождаются помещения большего объема, что об-
легчает размещение груза. Отказ от туннеля гребного вала и кор-
мового трюма также способствует лучшему размещению груза. На
8.1. Расположение машинного отделения по длине корпуса судна
421
Рис. 8.1. Расположение помещений СЭУ по длине судна:
а — среднее; б — кормовое; в — промежуточное
всем протяжении грузовых трюмов верхняя палуба не имеет над-
строек, что делает более безопасной работу береговых кранов.
Промежуточное расположение СЭУ характеризуется тем, что
МО сдвинуто в корму от мидель-шпангоута. За помещением ЭУ,
как правило, находится один трюм, реже — два. Этот вариант раз-
мещения СЭУ занимает промежуточное положение между кормо-
вым и средним. Так, удифферентовка судна в данном случае улуч-
шается по сравнению с кормовым размещением СЭУ; условия
обитаемости также средние.
Существуют определенные типы судов, для которых вопрос о
месте нахождения ЭУ по длине судна можно решить однозначно.
Определяющими факторами при выборе расположения ЭУ на
контейнерном судне являются возможность размещения груза в
трюмах большего объема и возможность более свободной работы
грузовых устройств на верхней палубе. Руководствуясь этими со-
ображениями, следует отдавать предпочтение кормовому распо-
ложению СЭУ. Однако, наряду с кормовым вариантом, применя-
ется и промежуточный.
Кормовое расположение МО характерно для танкеров, судов
для навалочных грузов, универсальных малотонжных судов, кон-
422 Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
тейнеровозов; для этих судов преимущества кормового располо-
жения являются определяющими. Более эффективным оказалось
кормовое расположение МО и для лесовозов.
Машинное отделение на пассажирских и грузопассажирских
судах, а также на толкачах — буксирах — располагается ближе к их
средней части Это позволяет равномернее распределить весовые
нагрузки на корпус, упростить машинные шахты и выводы газо-
проводов в дымовую фальштрубу.
На судах на подводных крыльях машинное отделение распо-
лагается в большинстве случаев в кормовой части, а на судах на
воздушной подушке — преимущественно в средней.
Поскольку основное назначение судна — перевозка полезных
грузов, объем корпуса, выделяемый для размещения механизмов,
должен быть минимальным. Длина МО прежде всего определится
длиной главного двигателя (агрегата). Однако размещение всех
других механизмов требует соответствующих площадей, размеры
которых вокруг главного двигателя будут зависеть от местополо-
жения МО по длине судна и от типа главной установки. При цен-
тральном расположении МО имеет наибольшую ширину, а при
кормовом сужается в корму со значительным наклоном бортов,
что создает трудности в размещении механизмов.
Статистические данные показывают, что при среднем распо-
ложении МО на транспортных судах длина его составляет 12—16%
длины судна между перпендикулярами, а при кормовом 14—24%.
На буксирах и ледоколах длина МО может доходить до 50—65%.
Помещения МО располагаются как в основном корпусе суд-
на, так и в его надстройках и рубках. Удельный объем помещений
МО для морских транспортных судов с ДЭУ обычно составляет
0,35—0,70 м3/кВт (на 1 кВт мощности ЭУ). Для определения пол-
ного объема машинных помещений необходимо к объему МО до-
бавить объем туннелей гребных валов, объем шахт, дымовых труб
и других помещений в надстройках и рубках, объемы цистерн
энергетических и других запасов, не входящих в объемы МО.
Одной из основных характеристик, определяющих объем МО,
является его высота до главной палубы. Выше главной палубы
объем МО незначителен (10—15% от общего объема). Объем МО
до главной палубы может быть определен в зависимости от дед-
вейта Dw из следующих соотношений: для МОД Имо = 0,334Z>w, м3
при Dw до 15000 т, УМ(? = 0,167Z>w + 2500 м3 при Dw > 15000 т; для
СОД Умо = 0,294Dw м3.
Валопроводы вне помещений ЭУ располагают в специальных
водонепроницаемых выгороженных коридорах, в которых воз-
можны проход по всей длине, а также демонтаж и транспортиров-
8.1. Расположение машинного отделения по длине корпуса судна
423
ка подшипников и валов. Коридоры валопроводов должны иметь
шахту для выхода на главную палубу (помимо выхода в МО).
Машинное отделение должно иметь два выхода, расположен-
ных в противоположных концах отделения, с разных бортов.
Машинные шахты соединяют помещения МО с открытой па-
лубой (или палубой надстроек). Они предназначены для вывода
вентиляционных каналов, газоотводных труб и дымоходов, кана-
лов подвода воздуха к работающим дизелям, котлам, установки
трапов и лифтов для доступа в МО, иногда для естественного ос-
вещения и непосредственного сообщения ЭУ с наружной средой,
а также для транспортировки отдельных механизмов, узлов и де-
талей при ремонтах.
Кожухи дымовых труб служат для выводя газоотводных труб и
труб вытяжной вентиляции из МО на высоту, исключающую воз-
можность задымляемости палуб и надстроек. Размеры поперечно-
го сечения кожухов принимают в зависимости от поперечного се-
чения находящихся в них газовыпускных труб и дымоходов, а так-
же в зависимости от общего вида судна.
Для хранения запасов топлива используются цистерны двой-
ного дна, бортовые и поперечные (диптанки), а также вкладные
цистерны. Топливные цистерны должны быть отделены коффер-
дамами от жилых, служебных и рефрижераторных помещений, а
также цистерн пресной поды. Цистерны смазочного масла распо-
лагаются обычно в МО, как правило, вне двойного дна и отделя-
ются коффердамами от наружной обшивки корпуса судна или
выполняются вкладными.
8.2. Расположение главного двигателя
и вспомогательного оборудования в машинном отделении
Устройство машинных отделений и размещение в них оборудо-
вания должны соответствовать требованиям «Речного Регистра»,
«Морского Регистра», санинспекции, правил техники безопасности.
Размещение оборудования в помещении СЭУ может быть
одно- и многоярусным. На крупных морских судах с большой вы-
сотой борта применяют многоярусное расположение, что позво-
ляет уменьшить длину МО и габариты установки, компактно раз-
местить ее в помещении. При этом, однако, повышается центр
тяжести установки.
Главные двигатели и передачи располагают в нижней части
МО, в трюме, на фундаментах, связанных с днищевым набором
корпуса судна. Их компоновка должна быть такой, чтобы обеспе-
чивались надежность, удобство в эксплуатации и обслуживании.
424
Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
Для удобства обслуживания двигателя необходимо освобождать
вокруг него достаточные площади, на которые можно было бы
положить крупные детали, вынутые из двигателя для ремонта. С
этой же целью над двигателем оставляют свободное пространство
для извлечения поршней со штоками или шатунами посредством
специальных подъемных устройств.
При применении ДРУ положение СОД относительно передачи
зафиксировано. Как правило, в редукторе располагают ГУП.
При использовании высокооборотных ДВС с электропереда-
чей можно размещать ДВС с генераторами и ГЭД как в одном по-
мещении, так и в разных. В первом случае для уменьшения длины
МО двигатели и генераторы устанавливают на платформе над
ГЭД. При среднем положении МО с целью сокращения протя-
женности валопровода ГЭД располагают в крайнем кормовом от-
секе, который малопригоден для перевозки грузов.
Вспомогательное оборудование следует устанавливать как мож-
но ближе к обслуживаемому ГД и поблизости от других агрегатов,
связанных общим рабочим телом и обслуживающих этот же ГД.
Последовательность размещения взаимосвязанных механизмов мо-
жет быть как горизонтальной, так и вертикальной. Между механиз-
мами необходимо пространство для возможности их обслуживания.
Трубопроводы должны проходить в трех взаимно перпендику-
лярных направлениях: параллельно диаметральной плоскости
судна, перпендикулярной к ней и перпендикулярной к основной
плоскости, причем необходимо предусматривать достаточные
пространства для монтажа и обслуживания.
Механизмы, требующие постоянного наблюдения во время
работы, следует размещать вблизи поста управления. Механизмы,
являющиеся источниками шума и вибрации, необходимо устанав-
ливать на элементах корпуса судна, имеющих повышенную жест-
кость, или подкреплять эти механизмы дополнительными конст-
рукционными элементами. Такие механизмы необходимо амор-
тизировать и экранировать их от постов, где длительное время
находится обслуживающий персонал.
При выборе места установки любых ВМ необходимо учиты-
вать возможность их обслуживания минимальным количеством
людей (особенно при низкой степени автоматизации ЭУ).
Важным фактором, влияющим на расположение механизмов в
МО, являются состав и тип судовой электростанции. Она может
состоять из дизель-генераторов, паротурбогенераторов, валогенера-
торов и распределительных щитов. Дизель-генераторы, являющие-
ся источниками вибрации и шума, целесообразно устанавливать на
амортизаторах в трюме параллельно диаметральной плоскости.
8.2. Расположение главного двигателя и вспомогательного оборудования 425
При установке дизель-генераторов на платформах необходи-
мо их подкреплять. Для уменьшения влияния шума на обслужи-
вающий МО персонал дизель-генераторы целесообразно огора-
живать экраном, которым может служить корпус главного двига-
теля или специальные шумоизолирующие выгородки. Такие вы-
городки весьма эффективны для глушения шума, однако они
уменьшают пространство для обслуживания и затрудняют извле-
чение агрегата для ремонта. Поэтому необходимо предусматри-
вать специальные раскрытия в переборках. В настоящее время, в
связи с внедрением систем автоматизированного управления в
шумоизолированном ЦПУ, место расположения дизель-генерато-
ров с точки зрения шумности становится не актуальным.
На судах специального назначения, где мощность генераторов
становится соизмеримой с мощностью главного двигателя, элект-
ростанция может быть вынесена в отдельное шумоизолированное
помещение — вспомогательное машинное отделение.
Наиболее характерные варианты расположения дизель-гене-
раторов в МО даны на рис. 8.2.
Рис. 8.2. Схемы характерных случаев расположения дизель-
генераторов в МО на судах различного типа:
а — ДГ и ГРШ расположены в трюме; б — ДГ установлены в трюме, ГРШ —
на платформе; в — электростанция установлена в отдельном отсеке;
г — ДГ и ГРШ установлены на платформе, ДГ отгорожены звукоизолиру-
ющей переборкой; д — ДГ установлены на платформе, ГРШ в ЦПУ;
1 — главный двигатель; 2 — дизель-генератор; 3 — главный распреде-
лительный щит; 4 — пост управления ГД
426 Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
Установка валогенератора всегда связана с местом отбора
мощности; непосредственно от главного двигателя (в носу или в
корме), от редуктора или от линии гребного вала. В большинстве
случаев генератор устанавливают над настилом МО в кормовой
части, с одной стороны (а иногда с обеих сторон) от линии вала.
Паротурбогенератор, который при относительно невысокой
мощности поставляется в виде агрегата, устанавливают, как пра-
вило, на платформе, вблизи вспомогательного и утилизационного
парогенераторов, от которых он питается.
Главный распределительный щит (ГРЩ) устанавливают по
возможности ближе к источникам тока, как правило, перпенди-
кулярно диаметральной плоскости. Он может быть размещен как
и трюме, так и на платформе. При наличии ЦПУ размещают ГРЩ
в нем. При выборе места установки любых механизмов необходи-
мо учитывать также удобство их обслуживания минимальным
числом людей. Это особенно важно при низкой степени автома-
тизации установки.
Другой комплекс агрегатов, определяющий характер размеще-
ния вспомогательного оборудования, — вспомогательный и ути-
лизированный парогенераторы. Оба агрегата при работе не созда-
ют динамической нагрузки на фундаменты (кроме случая качки).
Вспомогательные парогенераторы могут устанавливаться как в
трюме, так и на платформах, с учетом рационального использова-
ния места и сокращения трасс трубопровода к потребителям. В
связи с этим ВП целесообразно ставить у передней переборки
МО, ближе к местам потребления пара — к цистернам, отсекам
грузовых насосов с паровым приводом, жилым и служебным по-
мещениям. Однако на танкерах, где парогенераторы имеют боль-
шую производительность (а следовательно, и габариты), их чаще
устанавливают на платформе в корму от главного двигателя при
кормовом расположении МО.
Устанавливают ВП или в специальные выгородки, имеющие
два выхода, или перед фронтом парогенератора ставят экран. Ути-
лизационный парогенератор ставят в шахте МО на пути газовы-
пускного трубопровода.
При размещении вспомогательных механизмов в МО необхо-
димо учитывать следующие обстоятельства: какой агрегат они об-
служивают и от работы какого агрегата зависят; с какой стороны и
на какой высоте механизм подводит рабочее тело (энергию); где
забирается подаваемое рабочее тело (энергия).
Положение холодильников масла и пресной воды определяется
стремлением сократить трассы охлаждаемой и охлаждающей жид-
костей. В СДУ с МОД эти теплообменники устанавливаются вбли-
8.2. Расположение главного двигателя и вспомогательного оборудования 427
зи насосов, в том числе на платформе над насосами. На судах отно-
сительно небольшого водоизмещения холодильники могут уста-
навливаться на бортовых кронштейнах или даже под настилом МО.
При размещении оборудования, обеспечивающего СДУ воз-
духом повышенного давления, необходимо учитывать характер
нагрузки, которую оно может передать на корпус судна. Так, не-
достаточно уравновешенные поршневые компрессоры создают
динамическую нагрузку, вызывающую вибрацию корпуса и шум.
Поэтому такие механизмы следует устанавливать на жестких и
прочных фундаментах, предпочтительно на амортизаторах. Сво-
боднопоршневой дизель-компрессор, являющийся практически
полностью уравновешенным механизмом, часто устанавливают на
специальных кронштейнах на бортах или переборках МО, на
амортизаторах для уменьшения структурного шума.
Расположение компрессора относительно пульта управления
определяется степенью автоматизации установки. При малой сте-
пени автоматизации компрессоры ставят вблизи ПУ, чтобы удоб-
но было наблюдать за их работой. При наличии ЦПУ и соответ-
ствующей степени автоматизации следует устанавливать компрес-
сор, исходя из удобства общего размещения механизмов.
На судах с мощными двигателями, где баллоны пускового воз-
духа занимают значительный объем при относительно небольшой
массе, их располагают на платформах со стороны подвода воздуха
к двигателю. Компрессоры воздуха ставят на той же платформе
или ниже в трюме под баллоном. В установках небольшой мощ-
ности и на вспомогательных двигателях баллоны могут устанав-
ливаться рядом с дизелем, а компрессоры — в трюме.
8.3. Требования к размещению оборудования
систем
Трассы трубопроводов прокладывают по наиболее короткому
пути. Они должны иметь простую конфигурацию. Запрещается
проводить трасты через жилые и служебные помещения.
По «Правилам Регистра РФ» вне двойного дна должно хра-
ниться не менее суточного запаса топлива.
Топливные цистерны не следует располагать в МО. Смежны-
ми с МО выполняют расходные и отстойные цистерны, в этом
случае они могут иметь с ним только одну общую стенку. По вы-
соте МО их располагают на уровне платформы.
Топливные цистерны не следует размещать над трапами, ГД и
механизмами, паровыми котлами, газоходами, электрическим
оборудованием и постами управления главными механизмами.
428
Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
Если возникает необходимость размещения цистерн над указан-
ным оборудованием, то под ними устанавливают поддоны, вы-
полненные под всей площадью днища цистерны.
При работе ГД на двух сортах топлива (тяжелом и легком) пре-
дусматривают меры против их смешения.
Насосы, сепараторы, фильтры и другое оборудование топлив-
ной системы необходимо располагать в трюме МО компактно, же-
лательно в агрегате и вблизи расходных цистерн очищенного топ-
лива. Для перекачки топлива устанавливают не менее двух насосов,
один из которых резервный. Эти насосы, а также насосы сепарато-
ров, кроме местного, оборудуют дистанционным управлением.
На судах, ЭУ которых работают на тяжелом топливе, устанав-
ливают не менее двух сепараторов.
Перекачивающие, откачивающие, подкачивающие, циркуля-
ционные и другие насосы аналогичного назначения устанавлива-
ют вблизи мест забора перекачиваемой жидкости, они снабжены
приемными патрубками минимальной длины и достаточно боль-
шого проходного сечения. Высота установки насоса относительно
уровня принимаемой жидкости должна быть по возможности ми-
нимальной для обеспечения надежного постоянного приема ра-
бочей жидкости при качке судна. Желательно, чтобы рабочая
жидкость поступала к насосу под напором (особенно чувствитель-
ны к этому центробежные насосы). В связи с этим на приемных
патрубках систем, как правило, устанавливают невозвратные кла-
паны для поддержания приемных магистралей заполненными.
Насосы, подающие топливо к ГД и ВД, работают от расходной
(подпорной) цистерны, расположенной значительно выше уров-
ня насоса. Запасы масла хранят в одном или нескольких отсеках,
расположенных в МО или вблизи него. Не рекомендуется хранить
запасы масла в цистернах междудонного пространства. В них под
ГД размещают сточные масляные цистерны, которые отделяют
коффердамами от наружного дна и других отсеков междудонного
пространства.
Каждый ГД должен быть снабжен не менее чем двумя насоса-
ми циркуляционной смазки с подачей, обеспечивающей смазку
на режиме максимальной мощности. Один из насосов с независи-
мым приводом является резервным. При расположении двух ГД в
одном МО достаточно иметь по одному насосу для каждого ГД и
один общий резервный насос с независимым приводом с подачей,
достаточной для обеспечения работы каждого из двигателей.
Приемные кингстоны забортной воды располагаются в носо-
вой части МО перед отливными клапанами. Кингстоны должны
устанавливаться на специальных кингстонных ящиках или при-
s. 3. Требования к размещению оборудования систем
429
емных забортных патрубках. Приемные забортные отверстия в
наружной обшивке судна защищают решетками. Чаще всего пре-
дусматривают два кингстонных ящика, причем один на борту в
районе скуловой части, другой — на днище судна с противопо-
ложного борта. На ледоколах и судах ледового плавания для при-
ема забортной охлаждающей воды применяют ледовые ящики, в
которых попадающий мелкий битый лед собирается в верхней его
части и тает от тепла, отводимого в ящик от нагревшейся воды из
системы охлаждения.
Насосы пресной и забортной воды устанавливают в трюме на
приемных трубопроводах забортной воды. Насосы циркуляцион-
ной системы охлаждения цилиндров, поршней, форсунок и т.д.
располагают в наиболее низкой части системы. Насосы устанав-
ливают так, чтобы они забирали жидкость из охладителя и нагне-
тали ее в полость охлаждения, а не наоборот. Это обеспечивает
повышенное давление в полости охлаждения дизеля.
Магистральные трассы трубопроводов (и электрических кабе-
лей) в помещениях ЭУ располагают по возможности прямолиней-
но вдоль судна, перпендикулярно к его диаметральной плоскости
или вертикально. На крупнотоннажных судах для магистральных
трубопроводов оставляют проходы вдоль трасс, оборудованные
площадками и стационарным электроосвещением. Компоновка
арматуры и соединений трубопроводов должна обеспечивать
удобный доступ к ним и возможность выполнения ремонтных
работ без демонтажа смежного оборудования и находящихся ря-
дом труб.
Электрические кабельные трассы в помещениях ЭУ распола-
гаются преимущественно выше настила палуб, при необходимос-
ти размещения кабелей под настилом их прокладывают в метал-
лических трубах или закрытых каналах (трассы кабелей должны
отстоять от источников тепла не менее чем на 100 мм, от двойного
дна и масляных цистерн — не менее чем на 50 мм, от наружной
обшивки и переборок ~ не менее чем на 20 мм).
Отливные трубопроводы охлаждающей воды за борт по воз-
можности объединяют для сокращения количества отверстий в
наружной обшивке. Отливные отверстия размещают, как прави-
ло, на левом борту, так как суда обычно швартуются у причальной
стенки правым бортом.
Окраска трубопроводов в МО. Различные типы трубопроводов
МО в зависимости от своего назначения имеют соответствующую
окраску или отличительные круговые накрашенные полосы (циф-
ра указывает толщину полосы в миллиметрах, в скобках указан до-
полнительный цвет): осушительный — зеленый, 25; балластные и
430
Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
креновальные — черный (зеленый), 25; фановый и сточный — чер-
ный, 25; воздушные — синий, 25; замещаемых цистерн —зеленый
(коричневый), 25; водяного пожаротушения — красный, 50; пено-
тушения — красный (зеленый), 25; углекислотного тушения —
красный (синий), 25; приемные, нагнетательные и перекачиваю-
щие жидкого топлива — коричневый, 25; сливные жидкого топли-
ва - коричневый (черный), 25; приемные, нагнетательные и пере-
качивающие смазочные масла — желтый, 25; сливные смазочного
масла — желтый (черный), 25; рабочего воздуха — синий, 25; воз-
душные высокого давления — синий, 50; насыщенного и отрабо-
танного пара — оранжевый, 25; продувания котла — серый (чер-
ный), 25; питательной воды — серый, 50; водяного обогрева — се-
рый (оранжевый), 25; пресной мытьевой воды и пресной охлажда-
ющей воды — серый (зеленый), 25; забортной воды — зеленый, 25;
санитарные — зеленый, 50; гидравлических приводов — фиолето-
вый, 25.
В МО на уровне платформы или нижней палубы устраивают в
специальной выгородке судовую мастерскую, укомплектованную
необходимым оборудованием. Для испытания топливной аппара-
туры и хранения ЗИПа также предусматривают отдельные поме-
щения. Мастерские, ЦПУ и другие помещения, выгороженные
внутри МО, могут иметь выходы в МО.
Помещения СЭУ соединяются с открытой палубой шахтами,
оканчивающимися световым люком (капом). Через него осуще-
ствляются воздухообмен МО с окружающей средой и погрузка —
выгрузка оборудования при ремонте.
Для доступа к механизмам и арматуре, расположенным на вы-
соте более 1,9 м от настила, устраивают площадки с леерным ог-
раждением. Высота леерных ограждений не менее 1 м, просвет под
самым нижним леером ограждения не должен превышать 0,23 м, а
между другими леерами 0,38 м.
Для монтажа и демонтажа элементов ГД, механизмов и обору-
дования в МО устанавливают мостовые краны, монорельсы с та-
лями и тельферами, обухи для подвешивания талей, тележки.
Обычно крупные запасные части располагают вблизи тех меха-
низмов, к которым они относятся.
По «Правилам Регистра РФ» ширина трапов должна быть не
менее 0,6 м, угол наклона их к горизонту не более 60°. Трапы, как
правило, размещают вдоль судна ближе к ДП. Длина марша не
должна превышать 6 м. На крупнотоннажных морских судах с
большой высотой МО в дополнение к трапам предусмотрены
лифты.
8.3. Требования к размещению оборудования систем
431
8.4. Фундаменты под установку механизмов
Главные, вспомогательные, палубные и другие механизмы и
агрегаты, предметы оборудования, детали устройств и т.п. уста-
навливают на фундаментах, которые, помимо веса установленно-
го на них оборудования, должны воспринимать также и усилия от
сил инерции, образующихся при качке судна, а для большинства
механизмов — и от неуравновешенных усилий, возникающих при
их работе.
Эти фундаменты передают воспринимаемые ими усилия на
корпусные конструкции, обладающие большой жесткостью по
отношению к усилиям, действующим в их плоскости. Поэтому в
местах установки фундаментов перекрытия обычно усиливают
специальными подкреплениями, т.е. добавочными связями или
утолщениями элементов конструкции.
Фундаменты главных механизмов (рис. 8.3) представляют со-
бой продольные балки с опорными горизонтальными полосами,
на которые ставят лапы или раму главного двигателя. Эти балки
располагают в плоскости днищевых стрингеров и связывают одну
с другой на каждом шпангоуте поперечными бракетами, а с на-
Рис. 8.3. Типы фундаментов под главный двигатель:
а — на настиле второго дна; б — встроенный
в конструкцию второго дна
432
Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
ружной стороны подкрепляют кницами. Если же основные балки
фундамента почему-либо поставить в плоскости днищевых стрин-
геров и флоров нельзя, то под настилом второго дна устанавлива-
ют дополнительные стрингеры меньшей высоты, а флоры не на
всю ширину судна. В этом случае их называют полустрингерами и
полуфлорами.
Фундаменты под котлы аналогичны фундаментам под главные
механизмы. Особенностью их является наличие опор, предотвра-
щающих смещение котлов с фундаментов под действием сил
инерции при качке, которые из-за значительной массы котлов
могут достигать большой величины.
Конструкция фундаментов под вспомогательные механизмы
зависит от их типа и места установки, а также формы фундамент-
ной рамы. Фундаменты под механизмы, устанавливаемые на на-
стиле второго дна, платформах и палубах, изготовляют из листов,
они представляют собой рамы с опорными площадками, подкреп-
ленными вертикальными бракетами. Фундаменты механизмов,
устанавливаемых на переборках и бортах, обычно выполняют в
виде кронштейнов. Небольшие механизмы и предметы оборудо-
вания устанавливают на так называемые крепления, состоящие из
одного-двух отрезков металла (углового профиля), приваренного
к корпусу судна.
Во всех случаях конструкция фундаментов под вспомогатель-
ные механизмы должна обеспечивать прочное крепление меха-
низма и не вызывать местной вибрации корпусных конструкций.
Механизмы и аппараты СЭУ устанавливают и закрепляют на
прочных и жестких фундаментах. Фундаменты должны быть лег-
кими, для чего следует располагать оборудование над флорами,
стрингерами и в районе шпангоутов. На палубах и платформах
(отсчет палуб ведется снизу вверх, а платформ — вниз от верхней
палубы) предусматривается специальное подкрепление набора,
если фундамент не устанавливается непосредственно на жестких
связях перекрытий корпуса. Малогабаритные механизмы и обо-
рудование можно крепить непосредственно на платформах или
настиле второго дна на наварышах. Допускается установка меха-
низмов и другого оборудования на наружной обшивке корпуса,
водонепроницаемых переборках, стенках туннеля валопровода
или на стенках топливных и масляных цистерн при условии креп-
ления их к ребрам жесткости или на кронштейнах, приваренных к
обшивке в районе ребер жесткости.
Если фундамент расположен на настиле двойного дна, то в
плоскости фундаментных балок устанавливают дополнительные
днищевые стрингеры, которые доводят до ближайших попереч-
8.4. Фундаменты под установку механизмов 433
28 СЭУ с ДВС
ных переборок. Если дизель устанавливают непосредственно на
настил двойного дна, то продольные балки фундамента устанавли-
вают в днищевом наборе, а горизонтальные опорные поверхности
вваривают в настил двойного дна (как правило, это плиты толщи-
ной до 50 мм). Иногда для размещения картера дизеля необходимо
местное углубление. Но во всех этих случаях под верхней опорной
поверхностью фундамента устанавливают продольные балки с оди-
нарной или двойной стенкой в зависимости от конструкции фун-
даментной рамы дизеля и расположения крепежных болтов.
Фундамент упорного подшипника выполняется как одно це-
лое с фундаментом ГД или как отдельная конструкция. В после-
днем случае под ним устанавливают специальные подкрепления в
виде дополнительных продольных балок и бракет, которые вос-
принимают усилия, передаваемые подшипнику гребным валом.
8.5. Крепление энергетического оборудования
к фундаменту
ГД и их передачи, упорные подшипники валопроводов кре-
пятся к судовым фундаментам плотно пригнанными (призонны-
ми) болтами. Вместо болтов могут применяться специальные упо-
ры. Призонные болты при необходимости применяют также для
крепления ВМ к фундаментам. Болты, крепящие ГД и ВМ, под-
шипники валопровода к судовым фундаментам, а также болты,
соединяющие части валопровода, надежно застопориваются для
предотвращения самопроизвольного ослабления. Механизмы с
горизонтальным расположением вала устанавливаются парал-
лельно диаметральной плоскости судна.
Различают следующие виды соединений механизмов с фунда-
ментами:
— соединение механического оборудования непосредственно
с фундаментами (рис. 8.4);
— при помощи пригоняемых по месту компенсирующих зве-
ньев (рис. 8.5);
— с помощью выравнивающих компенсирующих звеньев
(рис. 8.6, а);
— путем компенсации неточностей сопряжения формируемы-
ми подкладками из полимерных материалов (рис. 8.6, б);
— при помощи звеньев композитной конструкции (рис. 8.6, в).
Установка ГД в МО. Общей базой при монтаже ГД служит те-
оретическая ось валопровода, которая представляется базовыми
точками и разметочными рисками на фундаменте, параллельны-
ми плоскости мидель-шпангоута. В состав базовой системы вхо-
434 Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
Рис. 8.4. Соединение механического оборудования непосред-
ственно с фундаментом:
а ~ металлическим; б — металлическим, имеющим амортизатор;
в — пластмассовым;
1 — болт; 2 — механизм; 3 — фундамент; 4 — амортизатор;
5 — фундамент из стеклопластика
Рис. 8.5. Соединение механического оборудования непосред-
ственно с фундаментом при помощи пригоняемых по месту
компенсирующих звеньев:
а — металлическим; б — металлическим, имеющим амортизатор;
в — пластмассовым;
1 — болт; 2 — механизм; 3 — подкладка; 4 — фундамент;
5 — амортизатор
дят ось КВ и торцы или поперечные риски на остове, нанесенные
по оси кормового цилиндра. Дизели центруются как по теорети-
ческой (обычно оптическим методом) оси валопровода, так и к
установленному валопроводу. Допуски оптического метода: сме-
щение не более 0,7 мм, излом не более 0,15 мм/м. Центровку ди-
зеля к смонтированному валопроводу выполняют путем измере-
8.5. Крепление энергетического оборудования к фундаменту 435
28*
Рис. 8.6. Соединение механического оборудования с фундаментом:
а — при помощи выравнивающих компенсирующих звеньев (подкла-
док): 1 — болт; 2 — механизм; 3 — выравнивающая подкладка;
4 — фундамент;
б — путем компенсации неточностей сопряжения формируемыми
подкладками из полимерных материалов: 1 — болт; 2 — механизм;
3 — подкладки из пластмассы ФМВ; 4 — фундамент;
в — при помощи компенсирующих звеньев композиционной конструк-
ции: 1 — болт; 2 — механизм; 3 — полимерный материал; 4 — под-
кладка; 5 — фундамент
ния излома и смещения осей вала дизеля и валопровода или ре-
дуктора (допускаемые величины указаны в инструкциях предпри-
ятий-строителей) .
Установку ГД выполняют на клиньях, амортизаторах и с при-
менением полимерных материалов. Сверление отверстий в фун-
даменте под соединительные болты производят после окончания
центровки ГД. Отверстия для призонных болтов обрабатывают
совместно с рамой (лапой) ГД и компенсирующим звеном. Для
сокращения трудоемкости монтажа целесообразно призонные
болты соединения заменять соединениями со свободной посад-
кой с использованием полимерных материалов.
Головки крепежных болтов и гайки после закрепления долж-
ны плотно прилегать к фундаменту и лапе дизеля, для чего допус-
кается подрезка лап ГД и полок фундамента (не более 10% толщи-
ны лапы дизеля или полки фундамента). Затяжку крепежных бол-
тов выполняют по правилу «крест-накрест». Необходимо надежно
стопорить гайки крепежных болтов, чтобы не произошло самоот-
винчивание.
Обработку клиньев производят по размерам, снятым с места
для каждого клина в отдельности (шероховатость поверхностей
клина должна быть не более 20 мкм). Качество установки прове-
ряют щупом толщиной 0,05 мм, который не должен проходить в
стыки по 0,66 периметра клина. На остальной части периметра
допускается щуп толщиной 0,1 мм.
436
Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
Монтаж ГД на горизонтальном стапеле. Крепление ГД и валоп-
роводов на клиньях в процессе постройки судна на горизонталь-
ном стапеле имеют очевидные технологические преимущества.
Однако имеются также и очевидные недостатки: после спуска суд-
на на воду его корпус и вместе с ним фундамент под ГД с валопро-
водом получают перемещения, вызванные механическими и теп-
ловыми деформациями, которые приводят к нарушениям цент-
ровки элементов валопровода, «привалки» поршней, плоскостно-
сти фундаментной рамы. Величина этих нарушений зависит от
многих факторов, прежде всего, от особенностей конструкции,
расположения корпуса на опорах (кильблоках, судовозных тележ-
ках и т.п.), условий обогрева строящегося корпуса солнцем и т.д.
Восстановление нормальной линии вала после спуска судна на
воду может оказаться весьма затруднительным. Для решения этой
проблемы разработан ряд мероприятий. В частности, технология
сборки отечественных МОД предусматривает использование регу-
лируемых монтажных клиньев. Это позволяет удерживать плос-
кость фундаментной рамы в стендовых параметрах, указываемых
предприятием-строителем, на различных стадиях постройки судна
(на стапеле без гребного вала, с валом, после спуска на воду и т.п.).
Разработан метод имитации гидростатических сил поддержа-
ния корпуса судна «на ровной воде» с помощью гидравлических
тележек и домкратов, позволяющий еще на стапеле придать кор-
пусу ту упругую линию, которую он примет после спуска на воду.
Монтаж ГД и валопровода в этом случае можно начинать сразу же
после окончания сварочных работ по корпусу, заменяя недостаю-
щие механизмы МО соответствующими грузами. Обычно дефор-
мации корпуса при спуске судна не превышают 0,15—0,18 мм.
Следует отметить, что эти меры не решают полностью проблемы
укладки линии вала, и технология процесса спуска каждого ново-
го судна постоянно совершенствуется.
Установка ГД на амортизаторах. Опорные амортизаторы устанав-
ливают на фундамент после центровки ГД на отжимных приспособ-
лениях (проверяют присутствие трения между телом крепежного
болта и стенкой отверстия в лапе ГД). Перед установкой на судне
двух пластинчатых наклонных амортизаторов необходимо замерить
прогибы и непараллельность опорных поверхностей; прогиб не дол-
жен превышать 0,1 мм, а статическая деформация каждого из амор-
тизаторов должна быть не больше 20% ее среднего значения.
Проверка установки ГД на фуцдаменте. Выверка ГД на фунда-
менте производится следующим образом. Ослабляются фунда-
ментные болты (рис. 8.7) и, если возможно, снимаются. Удаляют-
ся резьбовые пробки из отверстий под отжимные винты и ввин-
8.5. Крепление энергетического оборудования к фундаменту
437
чиваются отжимные винты, при этом необходимо положить пли-
ты для защиты фундамента, С помощью отжимных винтов подни-
мается ГД, удаляются пригоночные детали и выверяется ГД таким
образом, чтобы величины раскепов КВ находились в допустимых
пределах; обращается внимание на величину раскепа первого ци-
линдра ГД, проверяется, прилегает ли КВ к нижним вкладышам.
Определяется толщина новых пригоночных деталей, и при необ-
ходимости изготовляются новые пригоночные детали, которые
ставятся на место, щупом проверяется их плотная посадка. Ста-
вятся и затягиваются фундаментные болты. Проверяется раскеп
КВ и записывается в журнал. Удаляются отжимные винты и пли-
ты. Резьбовые отверстия закрываются пробками или пластмассо-
выми заглушками.
Внедрение крупноблочного метода монтажа ЭУ позволяет
снизить трудоемкость монтажных и трубомедницких работ при-
мерно на 20% и значительно снизить цикл постройки судна. При
этом улучшаются технологические, эстетические и эргономичес-
кие характеристики конструкций, повышаются качество работы и
производительность труда.
Оптимальным методом монтажа механического оборудова-
ния, отличающимся небольшой трудоемкостью и высокой надеж-
ностью, является монтаж оборудования на металлических под-
кладках с компенсацией неточностей сопряжения подкладки с
фундаментом и механизмом тонким слоем полимерного материа-
ла, обеспечивающим большую площадь контакта и практически
не ощутимую податливость его из-за незначительной толщины.
Рис. 8.7. Отжимные винты (а) и фундаментные болты ГД (б):
1 — фундамент; 2 — плита; 3 — отжимной болт; 4 — резьба под
отжимной болт; 5 — пригоночная деталь; 6 — фундаментный болт
438
Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
При этом вместо трудоемкой операции развертывания отверстий
под призонные болты целесообразно использовать проходные
болты с заполнением зазора между телом болта и стенкой отвер-
стия полимерным материалом. Пример такого крепления двига-
Кормовой фланец упорного вала
Сечение А-А
Эпоксидные клинья должны
быть обрублены после
отвердевания для облег-
чения монтажа боковых
рабочая 210 20 710 до оси двигателя
Рис. 8.8. Фундаментная рама и элементы крепления
8.5. Крепление энергетического оборудования к фундаменту
439
Рис. 8.9. Крепление рамы двигателя к судовому фундаменту:
а — по длине фундамента; б — концевые крепления;
1 — верхняя плита судового фундамента; 2 — проставка; 3 — круглая
гайка; 4 — защитный колпак; 5 — сферическая шайба; 6 — шпилька;
7 — сферическая гайка; 8 — концевой клин; 9 — кронштейн
440 Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
теля S26MC (6ДКРН 26/98), выпускаемого ЗАО «Брянский маши-
ностроительный завод» по лицензии фирмы «МАН-Б и В Дизель»
А/S, к судовому фундаменту показан на рис. 8.8 и 8.9.
Изготовитель двигателя выполняет отверстия в раме двигате-
ля под фундаментные болты, а судоверфь в верхних плитах фунда-
мента — соблюдая расположение и допуски указанные в данном
чертеже. Гайки крепления 3 выполняются круглыми, так как они
обжимаются воротком с использованием гидрозатяжки. Гидро-
домкрат устанавливается на верхнюю резьбовую часть болта 6, а
после его снятия она закрывается колпаком 4, который предохра-
няет резьбу от случайных повреждений. Центрирование болта 6
осуществляется с помощью сферических шайб 5 и гайки 7. Кон-
цевые крепления (рис. 8.9, б) аналогичны описанным выше.
8.6. Примеры размещения механизмов
энергетической установки в машинном отделении
Ввиду большой насыщенности МО оборудованием (механиз-
мами, трубопроводами, приборами и т.д.) размещение его пред-
ставляет значительную сложность. Эту задачу решают обычно ме-
тодом объемного проектирования, определяя расположение всех
элементов СДУ непосредственно в процессе изготовления объем-
ных масштабных макетов.
Макетирование позволяет найти оптимальную композицию
отсека путем многократного перемещения макетов механизмов
или агрегатов и упорядочить трассировку трубопроводов, объеди-
нив часть из них в пакеты и панели. По окончательно отработан-
ному макету МО выполняют необходимые чертежи, которые ис-
пользуют в процессе монтажных работ при постройке судна.
Расположение механизмов в МО. Характерным примером одно-
вальной установки с МОД и кормовым расположением МО являет-
ся ЭУ танкера «Победа» дедвейтом 68 000 т (рис. 8.10). Объем авто-
матизации ЭУ судна соответствует классу автоматизации А1 «Реги-
стра РФ». В качестве ГД установлен дизель отечественной построй-
ки 7ДКРН 80/160-4 (Ne = 12 360 кВт, п = 122 мин-1). Судовая элек-
тростанция включает три ДГ марки ДГР 500/500 (Ne = 500 кВт),
один утилизационный турбогенератор ТГУ-800 (Ne = 800 кВт) и
один аварийный ДГ марки ДГФА 100/1500Р (Ne = 100 кВт).
В состав паропроизводящей установки входят два одинаковых
вспомогательных водотрубных автоматизированных котла типа
КВ-2, работающих на нефтяном топливе с естественной циркуля-
цией и пароперегревателями, и один утилизационный водотруб-
ный котел КУП-1100 с принудительной циркуляцией производи-
8.6. Примеры размещения энергетической установки в машинном отделении 441
тельностью 7 т/ч при давлении 0,7 МПа. Паропроизводительность
вспомогательного котла 25 т/ч (минимальная 1,2 т/ч) при давле-
нии пара 1,0 МПа и температуре 225°С. Паропроизводительность
УК регулируется автоматическим регулятором давления пара.
В МО расположены паротурбинные приводы грузовых и зачи-
стных насосов. Отработавший пар этих турбин сбрасывается в
специальную вакуумную конденсационную установку (ВКУ) 250/
0,35. При необходимости, когда котлы КВ-2 работают в режиме
генераторов инертных газов для заполнения танка судна при гру-
зовых операциях и на ходу судна, в эту установку поступают из-
лишки пара, предварительно прошедшие через дроссельно-ув-
лажнительное устройство. Содержание кислорода в выпускных
газах на нагрузках 40—100% не превышает 5%.
Главный двигатель на основных режимах работы и вспомога-
тельные котлы работают на тяжелом топливе. Для работы дизель-
генераторов, а также для пуска и остановки ГД, режимов маневри-
рования и при проходе узкостей используется дизельное топливо.
Для сепарации тяжелого топлива предусмотрены два само-
очищающихся сепаратора МАРХ-309, а для сепарации дизельного
442 Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
Рис. 8.10. Общее расположение механизмов и оборудования ДУ
танкера «Победа»:
а — продольный разрез (здесь и далее — вид на левый борт); б — план
трюма; в, г — планы платформ III и II:
1 — ГД; 2 — вспомогательный котел; КВ-2; 3 — резервуар бассейна; 4 —
утилизационный котел КУП-1100; 5 — палуба рубки 2-го яруса; 6 — палуба
рубки 1-го яруса; 7 — шахта лифта; 8 — электротехническая кладовая; 9 —
верхняя палуба; 10 — шахта грузового насосного отделения (ГНО); 11,12 —
расходная и отстойная цистерны тяжелого топлива; 13 — ГНО; 14 — блок
сепарации топлива и масла; 15 — блок общесудовых систем; 16 — цирку-
ляционный электронасос конденсационной установки и турбогенератора;
17 — блок топливоподкачки и перекачки топлива и масла; 18 — блок смаз-
ки турбокомпрессоров и распределительного вала ГД. 19 — блок пожар-
ных электронасосов; 20 — блок насосов забортной воды и охладителей
масла ГД; 21 — блок охладителей и насосов пресной воды ГД; 22 — блок
масляных насосов ГД; 23 — блок системы смазки дейдвудного устройства;
24 — турбопривод грузового насоса; 25 — турбопривод зачистного насоса;
26 — конденсационная вакуумная установка; 27 — электропривод балласт-
ного насоса; 28 — блок фильтров масла; 29 — ВОУ; 30 — блок ДГ; 31 —
блок компрессорной станции; 32 — блок турбогенератора с ДГ; 33 — щито-
вая; 34 — цистерна хозяйственно-бытовых и сточных вод; 35 — запас тяже-
лого топлива; 36 — установка для сбора сточных вод ЛК-50; 37 — блок под-
готовки питьевой и мытьевой воды; 38 — конденсатно-питательный блок
ВК; 39 — механическая мастерская; 40 — механическая кладовая инстру-
ментов; 41 — помещение топливной аппаратуры; 42 — помещение автома-
тики; I-III — платформы
топлива и масла — три самоочищающихся сепаратора МАРХ-207.
Каждый из них снабжен системой автоматического управления.
Суточный расход тяжелого топлива (типа ДМ) очищается пример-
но за 17 ч, дизельного (типа ДС или ДЛ) — за 14 ч, масла — за 10 ч.
Блок воздушных компрессоров, снабжающий сжатым возду-
хом (под давлением 3 МПа) СЭУ, состоит из двух автоматизиро-
ванных электрокомпрессоров ЗЭК 420/32 подачей по 420 м3/ч и
одного автоматизированного электрокомпрессора ЭК 140/32 по-
дачей 140 м3/ч. Электрокомпрессор высокого давления ЭКПА
2/150-2 подачей 0,11 м3/ч обеспечивает заполнение воздухом под
давлением 15 МПа баллонов станции объемного пожаротушения
и пуска аварийного ДГ, пневмогидроаккумуляторов системы
«Ильмень-М» и привода мотопомпы. Воздух низкого давления
(0,8 МПа) для судовых потребителей вырабатывается электроком-
прессором ЭК 16/П подачей 160 м3/ч.
Системы охлаждения пресной водой ГД и ВД выполнены раз-
дельными. Однако при вводе в работу турбогенератора, обеспечи-
вающего ходовые режимы, для поддержания одного из ДГ в горячем
резерве (на случай параллельной работы) предусмотрен отбор воды
8.6. Примеры размещения энергетической установки в машинном отделении 443
из системы охлаждения ГД. После включения ДГ аавтоматически
запускается один из насосов системы охлаждения ДГ.
Утечки пресной воды пополняются двумя водоопреснитель-
ными установками Д5У, утилизирующими теплоту охлаждающей
пресной воды.
Расстановка основных механизмов на судне «Иван Скуридин»
с горизонтальной грузообработкой (типа Ro-Ro) водоизмещени-
ем 10600 т, дедвейдом 4600 т и скоростью 17,0 уз приведена на |
рис. 8.11. 1
Для машинного отделения отведена кормовая, наиболее не- 1
удобная для приема грузов часть корпуса. Длина МО получается i
несколько больше, но, если учесть резко сужающиеся к корме об-
воды, площадь для установки механизмов и объем МО оказыва-
ются меньше. Это потребовало поднять дизель-генераторы на
платформу, расположенную в корме, почти над всей длиной ва-
лопровода и установить так, как показано на чертеже. На плат-
444
Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
Рис. 8.11. Общее расположение механизмов в МО т/х типа «Иван
С Кудрин»:
а — план трюма; б — план платформы;
1 — главный двигатель; 2 — агрегат автономной смазки приводов топ-
ливных насосов; 3 — циркуляционные насосы ВК; 4 — подогреватель
забортной воды; 5 — агрегат сепараторов масла; 6 — агрегат сепарато-
ров топлива; 7 — подогреватель тяжелого топлива; 8 — агрегат перека-
чивающих насосов; 9 — агрегат топливоподкачивающих насосов; 10 —
баллон воздуха для хозяйственных нужд; 11 — балоны пускового возду-
ха ГД; 12 — компрессор для хозяйственных нужд; 13 — компрессоры пус-
кового воздуха; 14 — кингстонные ящики; 15 — фильтры забортной
воды; 16 — влагомаслоотделитель системы сжатого воздуха; 17 — осу-
шительный насос; 18 — сепарация трюмных вод; 19 — агрегат насосов
забортной воды; 20 — блок смазки ГТН; 21 — опреснитель; 22 — агрегат
циркуляционной системы ГД; 23 — пожарные насосы; 24 — агрегат мы-
тьевой воды; 25 — агрегат питьевой воды; 26 — сточная масляная цис-
терна смазки дейдвуда; 27 — агрегат охлаждения рефрижераторных
машин; 28 — санитарный агрегат забортной воды; 29 — насос откачки
шлама от сепараторов; 30 — насос креновой; 31 — цистерна запаса лег-
кого топлива; 32 — отстойная цистерна тяжелого топлива; 33 — цистер-
на запаса тяжелого топлива; 34 — агрегат охлаждения форсунок; 35 —
блок расходных топливных цистерн ВК; 36 — агрегат питания ВК и гене-
ратора; 37 — вспомогательный котел (ВК); 38 — блок теплых ящиков;
39 — сепараторы утилизационного котла; 40 — водомасляные холодиль-
ники; 41 — водо-водяные холодильники; 42 — агрегат охлаждения глав-
ного и вспомогательного двигателей; 43 — цистерна запаса бинного
масла; 44 — цистерна запаса масла ГД; 45 — вспомогательные дизель-
генераторы ДГ; 46 — расходная цистерна тяжелого топлива; 47 — цир-
куляционные масляные цистерны (ДГ); 48 — фекальная цистерна
форме же по левому борту установлен вспомогательный парогене-
ратор. Как видно из чертежа, фактическая площадь трюма, на ко-
торой можно установить главный двигатель и другое вспомога-
тельное оборудование, значительно меньше, чем на судне, у кото-
рого машинное отделение занимает промежуточное положение,
т.е. несколько сдвинут от центра судна в корму.
В качестве главного двигателя установлен пятицилиндровый
двухтактный дизель типа 5ДКРН 62/140 мощностью 4,5 тыс. кВт
при п = 140 мин-1. Двигатель максимально сдвинут в корму, что
позволило установить у передней переборки МО оборудование и
механизмы, обеспечивающие сжатым воздухом как системы управ-
ления, так и общесудовые нужды. Над этими механизмами на плат-
форме выделено помещение для центрального поста управления.
Отличительная особенность комплектации МО судна -высокая
степень агрегатирования механизмов и оборудования. Болыпин-
8.6. Примеры размещения энергетической установки в машинном отделении 445
Рис. 8.12. Расположение цистерн в районе МО:
1 — цистерна сбора пресной воды из ГД; 2 — цистерна льяльных вод;
3 — сточный колодец; 4 — цистерна сбора протечек масла и топлива;
5 — днищевой кингстонный ящик; 6 — коридор систем; 7 — коффер-
дам; 8 — кингстонный ящик; 9 — цистерна дизельного топлива; 10 —
сточно-циркуляционная масляная система; 11 — цистерна отработав-
шего масла ГД; 12 — переливная цистерна тяжелого масла
ство механизмов и оборудования смонтировано в 12 агрегатах ч че-
тырех блоках. Из насосов только шесть установлены отдельно.
Практически все оборудование МО, связанное с перекачкой
жидкости, расположено в трюме, вблизи мест ее забора, что обес-
печивает хорошие условия всасывания. Так, насосы топливной
системы расположены по левому борту вблизи носовой перебор-
ки у хранилищ топлива. Блок насосов забортной воды установлен
на правом борту и несколько сдвинут в корму от кингстонной пе-
ремычки ближе к основным объектам, куда подается забортная
вода (холодильники воздуха, масла, пресной воды).
Блоки насосов охлаждения цилиндров пресной водой и агре-
гат охлаждения форсунок расположены на платформе, что долж-
но сократить длину подводящих трубопроводов. Блок циркуляци-
онных масляных насосов также установлен по правому борту в
кормовой части, вблизи холодильников масла и сточно-цирку-
ляционной цистерны. Холодильники пресной воды и масла рас-
положены на платформе в районе блоков насосов масла и пре-
сной воды.
Все сепараторы топлива и масла установлены в одном месте,
что облегчает уход за ними.
На рис. 8.12 показано расположение цистерн в районе машин-
ного отделения того же судна.
446 Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
На рис. 8.13 представлена схема размещения механизмов в ма-
шинном отделении траулера. Судно имеет относительно небольшое
водоизмещение (около 3,25 тыс. т в полном грузу) и размерения. Для
обеспечения заданной скорости около 13,5 уз установлены два дви-
гателя суммарной мощностью около 1,7 тыс. кВт, работающие через
редуктор на ВРШ. Особенности производственной деятельности
судна обусловливают необходимость в достаточно мощных генера-
Рис. 8.13. Общее расположение механизмов в МО морозильного
рыболовного траулера типа «Атлантик»:
1 — главные двигатели; 2 — динамические муфты; 3 — редуктор; 4, 5 —
валогенераторы переменного и постоянного тока; 6 — конденсатор ко-
тельной установки; 7 — вспомогательный котел; 8 — мазутный насос; 9 —
насос смазочного масла; 10 — насос питательной воды; 11 — осушитель-
ный насос; 12 — сепаратор льяльных вод; 13 — трюмный насос; 14 — в
насос забортной воды дизель-генераторов; 15 — насос забортной моды
главных двигателей; 16 — дизель-генераторы; 17 — пусковые баллоны
ДГ; 18 — топливные насосы; 19 — резервный масляный насос ГД; 20 —
воздушный баллон системы управления; 21 — пусковые баллоны главных
двигателей; 22 — топливный сепаратор; 23 — электрокомпрессор; 24 —
насос пресной воды охлаждении ДГ; 25 — резервный насос пресной воды
охлаждении ГД; 26 — вакуумный насос испарительной установки; 27 —
конденсатор опреснительной установки; 28 — насос охлаждения конден-
сатора испарителя; 29 — пожарный насос; 30 — рассольный насос испа-
рителя; 31 — масляный сепаратор; 32 — насос охлаждающей воды мас-
ляных холодильников редуктора; 33 — подогреватель масла; 34 — холо-
дильник масла редуктора; 35 —- масляный насос редуктора
8.6. Примеры размещения энергетической установки в машинном отделении 447
торах постоянного тока для обеспечения работы лебедок и мощной
электростанции для питания рефрижераторной установки.
Ограниченная высота помещений заставляет размещать все
основное оборудование на уровне трюма. Как видно на рис. 8.13,
четыре дизель-генератора электростанции установлены в носовой
части машинного отделения, по два от диаметральной плоскости.
Между ними смонтирована батарея воздушных баллонов (отдель-
но для пуска главного двигателя, вспомогательного двигателя и
системы управления), подпитка которых осуществляется двумя
компрессорами. Здесь же расположены насосы, обслуживающие
топливную систему, и резервные масляные насосы главных дви-
гателей. Два главных двигателя типа 8ЧРН 32/48 мощностью по
852 кВт при п = 375 мин1 через электромагнитные муфты соеди-
нены с редуктором, понижающим частоту вращения вала отбора
мощности на ВРШ до 175 мин-1.От редуктора отбирается мощ-
ность на привод двух валогенераторов (1000 мин-1) переменного и
постоянного тока общей мощностью 556 кВт. Редуктор имеет ав-
тономную систему смазки. Вспомогательная котельная установка
смонтирована в специальной выгородке.
Расположение ДРУ многоцелевого грузового судна ледового
плавания «Норильск» дедвейтом 14500/19800 т соответственно
при арктической и полной осадке и скоростью на чистой воде
(90% Ае) 17,5 уз приведено на рис. 8.14. В качестве главных уста-
новлены два четырехтактных СОД с турбонаддувом фирмы «Вяр-
тсиля — Зульцер» типа 14ZV 40/48 единичной мощностью 7720
кВт при частоте вращения 560 мин-1.
Условия эксплуатации в Арктике определили выбор схемы пере-
дачи мощности СОД движителю. Подключение СОД к редуктору
осуществляется через эластичную муфту гидродинамической муф-
той (плавание во льдах) или муфтой сцепления (в чистой воде). В
первом случае КПД передачи равен 0,89, во втором 0,98. Вращаю-
щий момент редуктора передается валопроводом со встроенным
ГУП четырехлопастному ВРШ типа KaMeWa диаметром 5,6 м из не-
ржавеющей стали. Возможна эксплуатация ДРУ на одном или двух
СОД. Реверс обеспечивается как ВРШ, так и СОД. Работа многоце-
левого судна в арктических условиях, где потребление электроэнер-
гии определяется временем года и суток, а также схемой погрузочно-
разгрузочных работ, определила состав СЭС. Электроэнергия выра-
батывается четырьмя генераторами «Стромберг» типа HSPTL 11/554
(400 В, 50 Гц), приводимыми дизелями Вяртсиля-Васа типа 624 TS
мощностью по 810 кВт при частоте вращения 759 мин-1.
Работа системы пневмообмывки корпуса при работе судна в
ледовых условиях обеспечивается двумя компрессорами.
448
Глава 8. Размещение механизмов в машинном отделении серийных судов
Рис. 8.14. Общее расположение механизмов и оборудования ДРУ
многоцелевого грузового судна ледового плавания «Норильск»:
а — продольный разрез, вид на правый борт; б — план трюма; в —
план платформы II;
1 — МИШ; 2 — ГУП; 3 — редуктор; 4 — гидродинамическая муфта; 5 —
эластичная муфта; 6 — маслоохладитель эластичных муфт; 7 —- ГД; 8 —
ДГ-компрессор; 9 — ВК; 10 — блок питательных насосов ВК; 11 — теп-
лый ящик; 12 — компрессор; 13 — шахта лифта; 14 — установка обра-
ботки сточных под; 15 — сборный танк; 16 — насосы забортной воды ГД;
17 — блок масляной системы ГД; 18 — муфта сцепления; 19 — аварий-
ный выход; 20 — масляные насосы гидромуфт; 21 — сепаратор льяль-
ных вод; 22 — ВОУ; 23 — маслоохладитель ГД; 24 — фильтр забортной
воды; 25, 26 — осушительный и балластный насосы; 27 — блок системы
смазки ГД; 28, 29 — насосы забортной воды ГД и ДГ; 30 — пожарный
насос; 31, 32, 33 — сепараторы масла, тяжелого и легкого топлива; 34 —
насос ВРШ; 35 — ДГ; 36 — дизель-компрессор; 37 — подогреватель ВК;
38 — преобразователи; 39 — подогреватель и фильтр воды бассейна;
40 — топливный блок ГД; 41 — топливный блок ДГ
8.6. Примеры размещения энергетической установки в машинном отделении 449
Глава 9
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СУДОВЫХ
ДИЗЕЛЕЙ
На условия труда экипажа в машинном отделении влияют физи-
ческие факторы — шум и вибрация, возникающие от работы глав-
ных и вспомогательных двигателей, редукторов, компрессоров для
получения сжатого воздуха, насосов и т.д. Допустимые уровни шума
и вибрации установлены санитарными правилами и нормами.
Выхлопные газы являются источниками загрязнения атмос-
ферного воздуха и напрямую, казалось бы, не влияют на обслужи-
вающий персонал МО. Однако воздух, подаваемый в МО венти-
ляционными системами, может засасывать в некотором количе-
стве и выхлопные газы.
Выхлопные газы загрязняют окружающую среду окисью углеро-
да, окислами азота, альдегидами, углеводородами, сернистыми ан-
гидридами и сажей. В результате фотохимических реакций выхлоп-
ные газы образуют новые продукты — фотооксиданты (оксиданты),
обладающие сильными окислительными свойствами. Эти вещества
оказывают раздражающее и общетоксическое действие на организм
человека, повреждают растительность и снижают видимость.
Допустимое содержание вредных веществ в атмосферном воз-
духе оценивается предельно-допустимой концентрацией (ПДК).
Это такая концентрация, при которой исключается неблагопри-
ятное действие этого вещества на организм человека в течение
неограниченно длительного времени.
9.1. Понятие о шуме и вибрации и их воздействие
на человека
Шум — совокупность нежелательных с гигиенической точки
зрения звуков разной интенсивности и высоты, беспорядочно из-
меняющихся во времени и вызывающих у людей неприятные
субъективные ощущения.
Шум и вибрация имеют общую природу: источниками их яв-
ляются колебания твердых, газообразных или жидких сред. Раз-
ница состоит лишь в психофизиологическом восприятии их. Виб-
450
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
рация воспринимается осязанием, шум — слухом. Слуховое ощу-
щение вызывается звуком. Если уровень звука настолько высок,
что может повредить здоровью, то он рассматривается как шум.
Звуковые волны имеют определенную частоту колебаний, из-
меряемую в герцах (Гц — одно колебание в 1 с), чем больше часто-
та, тем выше звук. Орган слуха человека воспринимает диапазон
колебаний от 16 до 20 000 Гц. Колебания с частотой выше 20 000 Гц
называются ультразвуком, ниже 16 Гц — инфразвуком (слухом не
воспринимается).
Основными источниками шума двигателей являются системы
впуска и выпуска, интенсивность нарастания давления газов при
сгорании, удары поршней при перекладке, газораспределитель-
ный механизм, аппаратура топливоподачи в дизелях и др. Разно-
образие источников шума создает смешанный шум, характеризу-
ющийся наличием в колебательном процессе синусоид с разными
амплитудами, фазами и длинам волн, на что указывают спектро-
граммы шума при испытаниях двигателей.
Основными источниками вибрации двигателя являются пере-
менные неуравновешенные силы и моменты, действующие в кри-
вошипно-шатунном механизме; собственные колебания двигате-
ля, зависящие также от характеристик рабочих органов машины.
Шум оказывает отрицательное влияние на органы слуха чело-
века и зрительно-двигательную координацию его, на проявление
концентрированного и распределенного внимания, работу пище-
варительного тракта и другие функции, важные для жизни и дея-
тельности человека. При регулярном и продолжительном дей-
ствии шума у людей возникают частые головные боли, гиперто-
нические и склеротические явления, частичная потеря слуха и т.д.
Поэтому в условиях современного развития транспортных средств
проблеме борьбы с шумом придают не меньшее значение, чем
борьбе с загрязнением атмосферы токсичными веществами.
Вибрации вредны тем, что приводят к таким заболеваниям,
как профессиональная вибрационная болезнь, опущение желуд-
ка, частичная потеря зрения и др. Особенно вибрации вредны при
частоте, близкой к частотам собственных колебаний отдельных
органов человека (6...9 Гц с амплитудой около 1 мм).
Ультразвук — упругие механические колебания частотой от
16 кГц и более — не воспринимается органом слуха человека. Уль-
тразвук широко применяется при дефектоскопии, структурном
анализе веществ, очистке и обезжиривании деталей, сварке, меха-
нической обработке твердых и хрупких материалов и др. Кроме
того, ультразвук возникает при работе реактивных двигателей, га-
зовых турбин, сирен, сварочных машин, сверлильных станков и др.
9.1. Понятие о шуме и вибрации и их воздействие на человека 451
OQ*
Ультразвуковые колебания оказывают на обслуживающий
персонал действие, подобное шуму.
Инфразвук представляет собой механические колебания, рас-
пространяющиеся в упругой среде с частотой менее 20 Гц. Он воз-
никает при работе компрессоров, турбин, дизельных двигателей,
вентиляторов и других крупногабаритных механизмов. Увеличе-
ние единичной мощности и габаритов машин сопровождается
увеличением интенсивности инфразвука.
Человек воспринимает инфразвук как физическую нагрузку,
увеличивается расход энергии, возникает утомление, головокру-
жение, вестибулярные расстройства, нарушения со стороны сер-
дечно-сосудистой и нервной систем, снижается острота слуха.
Вибрация представляет собой механическое колебательное
движение, является нежелательным, иногда и вредным фактором.
Вибрация используется в технологических процессах: прессова-
нии, вибрационной механической обработке металлов и др. Виб-
рация возникает при работе многих машин и способствует воз-
никновению производственных шумов из-за колебания каких-
либо поверхностей. С увеличением площади поверхности и амп-
литуды их колебаний излучаемый шум усиливается.
По способу передачи на человека вибрация подразделяется на
общую (вибрация рабочих мест) — передается через опорные по-
верхности на тело человека и локальную — через руки при работе
с ручными инструментами или машинами. Опыт свидетельствует,
что человек не замечает вибраций с амплитудой перемещения 0,01
мм, при 0,1 мм они не беспокоят его, а с возрастанием до 1,0 мм —
неприятны.
Чрезмерный шум в настоящее время считается видом загряз-
нения, которое со временем может привести к устойчивому сни-
жению слуха. Поэтому существуют многочисленные нацио-
нальные и международные стандарты ИСО и стандартные нормы,
которые устанавливают максимально допустимые уровни шума и
вибрации в различных частях машинного отделения и методы их
измерения:
1. ГОСТ 12090-80. Частоты для акустических измерений.
Предпочтительные ряды. Взамен ГОСТ 12090-66.
2. ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, опреде-
ления и обозначения. Взамен ГОСТ 25.002-80.
3. ГОСТ 30457-97 (ИСО 9614-1-93). Акустика. Определение
уровней звуковой мощности источников шума на основе
интенсивности звука. Измерение в дискретных точках. Тех-
нический метод.
452
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
4. ГОСТ 23941-2002. Шум машин. Методы определения шу-
мовых характеристик. Общие требования. Взамен ГОСТ
23941-79.
5. ГОСТ 27243-87. Шум. Ориентировочный метод определе-
ния звуковой мощности шума машин при помощи образцо-
вого источника звука.
6. ГОСТ 27408-87. Шум. Методы статистической обработки
результатов определения и контроля уровня шума, излучае-
мого машинами.
7. ГОСТ 27409-97. Шум. Нормирование шумовых характерис-
тик стационарного оборудования. Основные положения.
Взамен ГОСТ 27409-87.
8. ГОСТ 30530-97. Шум. Методы расчета предельно допусти-
мых шумовых характеристик стационарных машин. Взамен
ГОСТ 12.1.023-80.
9. ГОСТ 30683-2000 (ИСО 11204-95). Шум машин. Измерение
уровней звукового излучения на рабочем месте и в других
контрольных точках. Метод с коррекциями на акустичес-
кие условия.
10. ГОСТ 30691-2001 (ИСО 4871-96). Шум машин. Заявление и
контроль значений шумовых характеристик.
11. ГОСТ 30720-2001 (ИСО 11203-95). Шум машин. Определе-
ние уровней звукового давления излучения на рабочем мес-
те и в других контрольных точках по уровню звуковой мощ-
ности.
12. ГОСТ Р51401-99 (ИСО 3744-94). Шум машин. Определение
уровней звуковой мощности источников шума по звуково-
му давлению. Технический метод в существенно свободном
звуковом поле над звукоотражающей плоскостью.
13. ГОСТ 30575-98. Дизели судовые, тепловозные и промыш-
ленные. Методы измерения и оценки воздушного шума.
14. ГОСТ 4.304-85. СПКП. Аппаратура и приборы для измере-
ния вибрации. Номенклатура показателей.
15. ГОСТ 26043-83. Вибрация. Динамические характеристики
стационарных машин. Основные положения.
16. ГОСТ ИСО 2954-97. Вибрация машин с возвратно-поступа-
тельным и вращательным движением. Требования к сред-
ствам измерений.
17. ГОСТ 24346-80. Вибрация. Термины и определения.
18. ГОСТ 24347-80. Вибрация. Обозначения и единицы вели-
чин.
9.1. Понятие о шуме и вибрации и их воздействие на человека
453
9.2. Параметры шума и вибрации
Определяющими характеристиками источника колебаний яв-
ляются частота f и интенсивность колебаний. Когда оценивают
шум, то под интенсивностью подразумевают звуковое давление р,
а в применении к оценке вибрации — амплитуды перемещения,
скорости или ускорения колебательного процесса. Кроме того,
звуковая волна характеризуется длиной л и периодом Т:
f=a/X=l/T,
где а — скорость распространения звукового колебания в иссле-
дуемой среде (скорость звука).
При исследовании вопросов излучения, отражения и распрос-
транения звука в разных средах важную роль играют акустическое
сопротивление среды ра и такая энергетическая его характеристи-
ка, как сила звука I.
При прохождении звуковой волны создается звуковое давле-
ние р, которое равно разности давлений среды при присутствии и
при отсутствии волны.
Для оценки интенсивности акустической волны (силы звука)
нужно учитывать ее энергию. Под силой звука понимается коли-
чество звуковой энергии, переносимое волной в единицу времени
через единичную площадку, перпендикулярную направлению
распространению волн. За единицу силы звука принимается такая
интенсивность звука, при которой сквозь поверхность 1 м2 пере-
дается звуковая мощность 1 Вт.
Однако ощущение звука ухом не пропорционально силе зву-
ка. Поэтому в качестве единицы измерения звука был введен де-
цибел (дБ). Это логарифмическая единица, равная десяти деся-
тичных логарифмов отношения фактической интенсивности зву-
ка J к эталонному значению Jo.
А так как сила звука пропорциональна квадрату звукового дав-
ления, то уровень силы звука определяется также через величины
звукового давления:
где J, Р — измеряемые величины;
Jo — пороговое значение силы интенсивности звука;
Ро — звуковое давление, условно принятое за порог чувстви-
тельности уха человека.
454
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Международная организация стандартов (ISO) определила
значение Jo = 10"12 Вт/м2, Ро = 2»10 5 Па при частоте f = 1000 Гц.
Эти эталонные значения представляют собой интенсивность и
давление звука на самых низких уровнях, ощутимых для челове-
ческого уха.
На основании изложенного интенсивность звука 10"12 Вт/м2
соответствует нулевому уровню звукового давления, а 1 Вт/м2 со-
ответствует 120 дБ, так как:
-Лт 1=120 дБ.
10"12 J
Нормальный разговор обычно ведется примерно при 55 дБ, а
Z = 101g — =101g
при 120 дБ ухо начинает чувствовать боль.
Чувствительность человеческого уха тесно связана с частотой
звука. По частотной характеристике различают шумы: низкочас-
тотный до 350 Гц, среднечастотный — 350—800 Гц и высокочас-
тотный — свыше 800 Гц.
На слух как более громкие воспринимаются среднечастотные
звуки, при низких частотах звук слабее, поэтому замеры произво-
дят в различных диапазонах частот, так называемых «октавных
полосах». Октавные полосы — диапазон частот, в котором верх-
няя граница частоты вдвое больше нижней, например 40—80, 80—
160 Гц и т.д. Для обозначения октавной полосы обычно берут не
диапазон частот, а так называемые среднегеометрические часто-
ты — 31,5; 63; 125; 250 и т.д. до 16 000 Гц. Значения этих частот
установлены ISO.
Звуки одинакового уровня звукового давления, но с разными
частотами воспринимаются органами слуха как звуки неодинако-
вой громкости. Поэтому для сравнения громкости звуковых волн
различных частот пользуются величиной уровня громкости звука
(уровня звука):
L\ =^lg(p*/p),
где р* — давление звука стандартной частота / = 1000 Гц, равно-
громкого с исследуемым звуком, к — коэффициент пропорцио-
нальности.
Мерой уровня громкости звука является фон. Уровень громкос-
ти звука равен 1 фону, если уровень звукового давления равногром-
кого с ним «эталонного звука» (при частоте 1000 Гц) равен 1 дБ.
В связи с изменяющейся чувствительностью уха к сочетаниям
различных частот и звуковых уровней, ИСО (ISO) ввела специ-
альные диаграммы предельных спектров шума NR (рис. 9.1), в ко-
торых уровни звукового давления октавной полосы отнесены к
эталонному уровню Ро = 2 * 10"5 Па.
9.2. Параметры шума и вибрации
455
Рис. 9.1. Диаграммы пре-
дельных спектров шума
Группы кривых NR более или менее соответствуют слуховым
характеристикам, причем звуковой уровень октавной полосы 1000
Гц используется как эталон. Так, кривая NR60 показывает, что
чувствительность уха к 60 дБ в октавной полосе 1000 Гц (точка А)
приблизительно соответствует чувствительности 75 дБ в октавной
полосе 125 Гц (точка В).
Если уровень звукового давления различных октавных полос
для данного замера шума нанести на диаграмму, то ближайшая ок-
тавная полоса с наибольшим NR покажет, какой диапазон частот
должен понижаться для обеспечения допустимого уровня шума.
Чтобы компенсировать зависящую от частоты чувствитель-
ность уха при различных уровнях громкости, пользуются графи-
ками коррекции А, В, С и Д (рис. 9.2). Эти фильтрационные кри-
вые шумомеров корректируют фактические линейные (неотфиль-
трованные) уровни шума относительно 1000 Гц. Характеристика Л
имеет небольшой «завал» на низких частотах и соответствует кри-
вой чувствительности уха при малых уровнях громкости шума.
При использовании корректирующей схемы А показания шумо-
мера будут ниже, чем с применением схемы В и тем более С, вслед-
ствие уменьшения коэффициента усиления в области низких час-
456 Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
частоты октавных полос
Рис. 9.2. Корректировочные графики шумомеров
тот. Результаты измерений с использованием корректирующей
схемы А обозначаются в дБ(А) (уровень звука). Фильтр А особен-
но часто применяют для получения окончательных результатов
замера звука одиночного значения. Аналогичные обозначения ре-
комендованы международным соглашением при использовании
корректирующих характеристик В (расширена в области низких
частот), С и Д (малая зависимость от частот в широком их диапа-
зоне). Линейная характеристика Д обеспечивает линейность ко-
эффициента усиления прибора при частотах 2...40 000 Гц и ис-
пользуется для измерения вибрации и при работе прибора в режи-
ме измерителя звукового давления.
Интегрирующим показателем шума является акустическая
мощность W\ которая выражает общее количество энергии, излу-
чаемой двигателем в окружающее пространство в виде звука и
прошедшей через поверхность полусферы радиуса г в единицу
времени. По величине W определяется уровень акустической
мощности:
z^ioig^/^),
где = 10~12 Вт — пороговое значение ее.
9.2. Параметры шума и вибрации
457
Уровень мощности связан с уровнем шума выражением:
Lw = £ + 201g г + 10 lg Q-10 1g Ф,
где Q — телесный угол, в который осуществляется излучение.
Для полусферы 10 1g Q « 8;
Ф = р2 /р^, — фактор направленности излучения.
Здесь р* — звуковое давление в произвольной точке полусферы
радиуса г;
р — звуковое давление, осредненное по всем точкам измере-
ния на поверхности полусферы.
Измеряемыми параметрами вибраций являются вибросмеще-
ние 5, виброскорость v и виброускорение j. Для гармонического
колебания амплитудные значения Sa, va,ja (или их средние квадра-
тические значения) связаны соотношением:
Л = V2l^= ^W)2,
где f — частота колебаний.
Уровни вибросмещения Ls, виброскорости Zv и виброускоре-
ния Lj находятся по формулам
£5=201g(y/5o); £v=201g(y/vo); Zy =20 lg(j/X),
где So = 8 • 10-6 мкм, vo = 5 • 10-6 см/с, jQ = 3 • 10“4 м/с2 — нулевые
пороги и обозначение единиц измерения соответствующих пара-
метров.
Основным показателем интенсивности вибрации является
уровень виброскорости, так как скорость определяет импульс и
кинетическую энергию.
По сумме уровней £у виброскорости, определенной в каждой
z-й полосе октавного или третьоктавного фильтра, находится общий
средний квадратический уровень для одной из точек измерения:
Ьш =101gfl0’^ ,
i=l
где j — число полос фильтров.
Для измерения параметров вибрации применяют щумомеры с
линейной характеристикой (ЛИН, Д), которая обеспечивает ли-
нейность коэффициента усиления прибора в широком диапазоне
частот.
9.3. Измерение шума и вибрации двигателя
Спектры шумов и вибрацию исследуют с помощью шумоме-
ров и виброметров, состоящих из датчика (микрофона или аксе-
лерометра), воспринимающего звуковое давление или вибрацию,
458
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
измерительного звена, выполняемого в виде усилителя и называе-
мого обычно шумомером, или виброметром, и выходного звена-
указателя, проградуированного в дБ.
Применяются две основные группы аппаратуры:
1) переносная малогабаритная аппаратура;
2) сложные стационарные системы для исследовательских ла-
бораторий.
Переносная аппаратура имеет микрофон, предусилитель, вы-
ход которого связан со входом измерительного усилителя, частот-
ный спектрометр, регистрирующее устройство (самописец и др.)
Стационарные системы, помимо указанных аппаратов, имеют
осциллограф, вычислительную машину, телетайп. Кроме того, эти
системы могут выдавать информацию в реальном времени, т.е. в
темпе испытаний.
Промышленностью страны выпускается универсальная аппа-
ратура, позволяющая использовать ее для измерения как шума,
так и вибрации. На рис. 9.3 показана структурная схема виброшу-
моизмерительной аппаратуры. При измерении шума использует-
ся цепь с микрофоном, а при измерении вибрации — цепь с виб-
ропреобразователем. Микрофон преобразует механические коле-
бания воздуха в эквивалентные электрические сигналы.
Микрофоны применяют с достаточно широким рабочим час-
тотным диапазоном, с высокой и стабильной чувствительностью
и возможно меньшими размерами. При внесении в звуковое поле
они не должны его искажать. Обычно используют конденсатор-
ные, электродинамические, пьезоэлектрические и керамические
Рис. 9.3. Схема трактов для измерения шума и вибрации
Осцилло-
граф
9.3. Измерение шума и вибрации двигателя
459
микрофоны. Лучшими из них считают конденсаторные и пьезоэ-
лектрические. Так, конденсаторные микрофоны фирмы «Брюль и
Къер» (Дания) типов 4145, 4133, 4136 и 4138 позволяют измерять
звуки с частотами 2... 18 000; 5...40 ООО; 8...70 000 и 30... 140 000 Гц и
соответственно в динамическом диапазоне 10... 146; 32... 160;
70...180 и 76...184 дБ.
Под действием звукового давления в конденсаторном микро-
фоне (см. рис. 9.3) изменяется воздушный зазор 8 между мембра-
ной (никелевая фольга) и никелевым электродом, а значит, и ем-
кость конденсатора, включенного в цепь источника постоянного
тока с нагрузочным сопротивлением R. Электрическая схема
обеспечивает пропорциональность напряжения на выходе Идых от
смещения мембраны.
Конденсаторный микрофон имеет постоянную чувствитель-
ность в широком диапазоне частот, малый уровень шума и малую
зависимость чувствительности от температуры.
При измерении параметров вибрации к измерительной схеме
подключается цепь вибропреобразователя. Его назначение — пре-
образование механических колебаний в электрические сигналы,
пропорциональные ускорению колеблющейся массы. Вибропре-
образователь состоит из двух пьезоэлементов и инерционной мас-
сы, поджатой пружиной. На основании вибропреобразователя
есть резьбовое отверстие для крепления его к объекту. Принцип
работы вибропреобразователя основан на прямом пьезоэффекте.
При воздействии механических колебаний силы инерции инер-
ционной массы вызывают деформации сжатия-растяжения пье-
зоэлементов и образование электрических зарядов на их гранях,
пропорциональных действующим силам. Наряду с пьезоэлектри-
ческими вибропреобразователями применяются механические,
индуктивные, тензометричеекие, оптические и др. Для измерений
в ДВС наибольшее распространение получили пьезокварцевые
преобразователи, имеющие высокую надежность и возможность
исследования высоких частот. Один и тот же тип вибропреобразо-
вателя может использоваться для измерений вибросмещений,
виброскорости и виброускорений, применяя дифференцирующие
или интегрирующие контуры. Показанный на рис. 9.3 вибропре-
образователь с инерционной массой предназначен для измерения
виброускорений (акселерометр). Однако основным показателем
интенсивности вибрации является уровень виброскорости, т.к.
скорость определяет импульс силы и кинетическую энергию. По-
этому в измерительной цепи после вибропреобразователя следует
интегратор, позволяющий путем электрического интегрирования
получить параметры виброскорости (v = \jdx). Он представляет
460
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
собой цепочку специально подобранных омического сопротивле-
ния R и емкости С со снятием выходного напряжения с емкости.
Вибродатчики (вибропреобразователи) в зависимости от на-
значения позволяют измерять как относительные, так и абсолют-
ные параметры колебательных процессов (перемещения, скорос-
ти, ускорения). В настоящее время исключительное распростра-
нение получили датчики ускорения, другие параметры вибрации
определяют с помощью специальных интеграторов, позволяющих
преобразовывать ускорения в нужные выходные параметры.
Обычно используют емкостные, индуктивные, тензорезисторные
и пьезоэлектрические датчики. Последние наиболее распростра-
нены, поскольку они обладают высокой чувствительностью и ши-
роким диапазоном измеряемых частот.
Датчики типа ДЮ завода «Виброприбор» (г. Таганрог) имеют,
например, чувствительность 28 мВ/g, диапазон частот 1...20 ООО Гц
и массу 30 г, а наибольшие ускорения для них составляют 1000 g;
датчики фирмы «Брюль и Къер» типа 4330 и 4336 обладают соот-
ветственно чувствительностью 35...70 и 4...6 мВ/g; диапазонами
частот 5...10 000 и 0...40 000 Гц, имеют массу 33 и 2 г и рассчитаны
на ускорения 500 и 1400 g.
Предусилитель предназначен для согласования высокоомного
сопротивления микрофона с входным сопротивлением измери-
тельного усилителя. Имеет увеличенное входное сопротивление и
уменьшенную входную емкость.
Усилитель (прибор) измерительный с набором фильтров обес-
печивают измерение параметров шума (вибрации) в отдельных
точках околодвигательного пространства (ГОСТ 30547-88) с полу-
чением амплитудно-частотных характеристик (спектрограмм) ис-
следуемых сигналов.
Измерительные усилители обычно содержат корректирующие
схемы А, В, С и Д (см. рис. 9.2), отличающиеся частотным диапа-
зоном измеряемых сигналов.
Для получения информации о частотном составе исследуемо-
го шума выполняется спектральный анализ при помощи октав-
ных или третьокгавных фильтров. Спектральным анализом назы-
вается определение амплитуд и частот колебаний, входящих в со-
став измеряемого сигнала. Анализаторы состоят из набора элект-
рических фильтров, каждый из которых пропускает определенную
полосу частот (октавных, третьокгавных). При этом применяются
анализаторы со ступенчатым переключением фильтров (последо-
вательный анализ) или с одновременным включением фильтров с
выходом на осциллограф или самописец. Последний способ тре-
бует меньше времени на анализ, но сложнее конструктивно и име-
ет меньшую точность анализа.
9.3. Измерение шума и вибрации двигателя
461
В стационарных системах широко применяется запись шума
на магнитную ленту при помощи измерительных магнитофонов.
Для точных измерений уровней шума и их частотного анализа
применяются анализаторы в реальном масштабе времени с визуаль-
ным наблюдением спектра шума на экране осциллографа. При этом
используются ЭВМ и телетайп с записью спектра в цифровом виде.
Шумомеры и виброметры являются измерительным звеном в
рассматриваемых устройствах. Основаны они на использовании
усилителей, имеющих характеристики для трех определенных
значений частот, позволяющих измерять уровень громкости чис-
тых тонов в диапазонах: 25—55 фон — характеристика А, 55—85
фон — В и от 85 фон — С. Характеристика С имеет прямолиней-
ный участок и дает уровень звукового давления в децибелах.
Общий вид шумомера и его характеристик показан на рис. 9.4.
Результаты измерений такими шумомерами предопределяются
частотными составляющими шума. Если уровень исследуемого
шума предопределяется составляющими в полосе частот 800...4000
Гц, то показания прибора на всех трех частотных характеристиках
должны быть примерно одинаковы. Когда доминирующие состав-
ляющие находятся в зонах частот ниже 800 и выше 4000 Гц, пока-
зания шумомера при использовании характеристики С оказыва-
ются выше, чем с характеристиками В и тем более А из-за умень-
шения при этом коэффициента усиления в области низких и вы-
соких частот.
В современных шумомерах предусматривают еще линейную
характеристику Д, обеспечивающую линейность коэффициента
прибора при частотах от 2...10 до 20...40 кГц (рис. 9.4, б). Линей-
Рис. 9.4. Полупроводниковый прецизионный шумомер типа 2203
фирмы «Брюль и Къер» (а) и его частотные характеристики (б)
462
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
ные характеристики имеют также шумомеры типа 1409 фирмы
ДОУ (Англия), типа PSI 201 фирмы РФТ и др.
Шумомеры с линейной характеристикой используют и в каче-
стве виброметров, для которых необходима именно линейная ха-
рактеристика в широком частотном диапазоне.
Кроме указанных шумомеров и виброметров, для исследова-
ния шума и вибраций применяют многоканальные усилители-
анализаторы, позволяющие одновременно получать необходимые
характеристики исследуемых процессов в различных точках ис-
пытуемого объекта. Это особенно важно при оценке звукоизоля-
ции, определении направлений распространения шума и вибра-
ций при исследовании случайных процессов и особенно неуста-
новившихся режимов работы двигателей.
Анализаторы шума подразделяют на фильтровые и гетеродин-
ные. Фильтровые состоят из набора электрических фильтров,
каждый из которых пропускает определенную полосу частот, на-
пример октавных, полу-, треть-, четвертьоктавных и т.д.
Когда спектр виброакустического процесса получают спосо-
бом последовательного переключения фильтров, анализ называ-
ют последовательным. Если же фильтры включают одновременно,
то такой способ анализа называют параллельным. Преимущество
последнего заключается в том, что с меньшей затратой времени
удается наблюдать изменение частотных составляющих для всего
исследуемого процесса.
В гетеродинных анализаторах получение определенной поло-
сы пропускания обеспечивают с помощью узкополосных кварце-
вых фильтров. Разрешающая способность гетеродинных анализа-
торов достигает 1...2 Гц. Однако эти особенности полностью мож-
но использовать только в исследованиях так называемых тональ-
ных шумов и вибраций, когда анализатор позволяет весьма де-
тально изучать частотный состав процесса. При исследовании не-
установившихся или случайных процессов применение гетеро-
динных анализаторов не всегда возможно.
Таким образом, при выборе аппаратуры следует учитывать
особенности спектра исследуемого сигнала. Различают следую-
щие типовые виды сложных сигналов: периодические сложной
формы, имеющие спектр из ряда дискретных частотных составля-
ющих; случайные стационарные, содержащие широкий набор ча-
стотных составляющих со случайными амплитудами и фазами;
сумму периодических и случайных сигналов (шумы и вибрации,
создаваемые двигателями внутреннего сгорания в условиях эксп-
луатации); нестационарные (процессы однократного действия,
изменяющиеся во времени).
9.3. Измерение шума и вибрации двигателя
463
В зависимости от цели исследования определяют необходи-
мую полосу пропускания фильтра. Так, при выявлении источника
шума или вибрации целесообразно применять анализ с постоян-
ной полосой пропускания, ширина которой определяется харак-
тером спектра. При стационарных периодических процессах вы-
бирают узкую полосу фильтра, а для случайных процессов — бо-
лее широкую. При работах по шумоглушению и виброгашению и
сравнительной оценке виброакустических процессов целесообра-
зен анализ с постоянной относительной полосой пропускания,
несмотря на то, что с повышением частоты разрешающая способ-
ность фильтров снижается. Для выявления доли звучания отдель-
ных источников в общем шумообразовании двигателя обычно
применяют метод последовательного исключения источников
шума при одновременном измерении частотных спектров. Вслед-
ствие этого удается оценивать как количественные, так и каче-
ственные акустические особенности источников шума.
9.4. Шумовые и вибрационные характеристики
Спектры шума обусловливаются наличием в колебательном
процессе синусоид с различными амплитудами, фазами и длина-
ми волн, вследствие чего их делят на три вида: дискретные, или
линейчатые, сплошные и смешанные. Дискретные спектры харак-
теризуются наличием одной или нескольких частотных составля-
ющих с высшими для них гармониками (например, спектры шума
машин с вращающимися частями). Сплошные спектры — резуль-
тат статистического сочетания большого количества случайных
частотных составляющих (шумы ударного и взрывного происхож-
дения). Смешанные спектры шумов наиболее распространены на
практике и представляют собой сочетание дискретных составля-
ющих и сплошного шумового фона.
Спектры шума двигателей внутреннего сгорания, как прави-
ло, смешанные. Основными источниками возникновения шума в
дизелях являются системы впуска в цилиндры воздуха и выпуска
отработавших газов; интенсивность нарастания давления в про-
цессе сгорания рабочей смеси; удары поршней при перекладке;
газораспределительный механизм; цепной привод и навешенные
агрегаты; приборы топливоподачи. Совокупные действия назван-
ных источников шума вызывают интенсивное акустическое излу-
чение в окружающую среду и создают сложное звуковое поле око-
ло двигателя.
Шумовые характеристики могут быть получены методом:
464
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
1) свободного звукового поля;
2) отраженного звукового поля;
3) образцового источника шума;
4) определения шумовых характеристик на расстоянии 1 м от
наружного контура машины.
Шумовая характеристика при испытаниях двигателя опреде-
ляется четвертым методом на номинальном режиме работы и при
полной комплектности. Шум, создаваемый выпуском отработав-
ших газов, исключается отведением их по трубопроводам стендо-
вой или судовой системы выпуска. Для оценки этого шума отдель-
но снимается шумовая характеристика процесса выпуска отрабо-
тавших газов.
Точки замеров, в зависимости от размера двигателя, распола-
гаются на различной высоте вокруг двигателя и на расстоянии
приблизительно 1 м от его поверхности. Вдоль каждой стороны
двигателя число точек замера на каждом уровне должно равняться
половине числа цилиндров. На рис. 9.5 показано, где могут быть
расположены эти точки замера в соответствии с «Рекомендация-
ми CJMAC по замерам».
В соответствии с ГОСТ 30575-98 число и расположение мик-
рофонов на измерительной поверхности зависят от размеров оги-
бающего дизель параллелепипеда и определяются по табл. 9.1.
Расстояние от поверхности до микрофона d должно быть равно
1 м (d = 1 м).
Рис. 9.5. Пример расположения точек замера
30 СЭУ с две
9.4. Шумовые и вибрационные характеристики
465
Таблица 9.1
Размеры параллелепипеда и число микрофонов
Размеры параллелепипеда, м Число микрофонов
Длина, 1 Ширина, Ъ Высота, h
Не более 2,0 Не более 2,0 Не более 2,5 9
2,0—4,0 *) Не более 2,5 12
Более 4,0 Не более 2,5 15
*) Более 2,5 19
*) При измерении ориентировочным методом данный размер может
быть любым; для технического метода размер должен быть меньше или
равным 15 м
Примеры расположения микрофонов для девяти и двенадцати
точек измерения приведены на рис. 9.6 и 9.7. Размеры a, b, с, h для
построения измерительной поверхности и определения расположе-
ния девяти точек измерений рассчитываются следующим образом:
a = i + Z> = -^- + tZ; c-l3+d; h = ~',
2 2 3 2
при двенадцати точках:
+ b = l±+d\ c = l3+d; h = ~; l = ~; f = 2l+a.
2 2 2 2
Рис. 9.6. Размещение девяти точек на измерительной поверхности
466
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Рис. 9.7. Размещение двенадцати точек на измерительной
Рис. 9.8. Размещение точек измерений на измерительной повер-
хности при измерении шума во впускном трубопроводе (а) и в
выпускном (б)
Для измерения шума во впускном трубопроводе измеритель-
ная поверхность и расположение пяти микрофонов должны соот-
ветствовать рисунку 9.8, а, а выпускном — рисунку 9.8, б.
Во всех точках регистрируется уровень звукового давления LdJ
на каждой октавной полосе со среднегеометрическими частотами
63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц и уровень звука Ld]Ai.
По полученным данным вычисляется шумовая характеристика
двигателя по уровню звукового давления (для каждой октавной
полосы)
9.4. Шумовые и вибрационные характеристики
467
30*
Ldi =10 te xi0°,1Ldli -ю ig ir
i=l
и по уровню звука
k
Длл=юig ро"'™ ioigк.
i=l
Здесь k — число точек измерения; i — их порядковый номер.
Шумовая характеристика процесса выпуска отработавших га-
зов определяется измерением уровней звукового давления в тех
же октавных полосах, что и в характеристике двигателя, и измере-
нием уровня звука микрофоном, расположенным на расстоянии
1 м от края среза выпускной трубы под углом 30° от потока газа.
Вибрационная характеристика представляет собой третьоктав-
ные и общие уровни среднего квадратичного значения виброско-
рости в вертикальном Lb и горизонтальном Lr направлениях. Треть-
октавные уровни виброскорости определяются в полосах со сред-
негеометрическими частотами 12; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100;
125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600 и 2000 Гц.
Вибропреобразователи устанавливаются в вертикальной (2
точки) и горизонтальной (2...3 точки) плоскостях, проходящих
через ось коленчатого вала. При двух точках вибропреобразовате-
ли крепятся к передней и задней перегородкам блока. При трех
точках измерения в горизонтальном направлении они крепятся к
передней, средней и задней перегородкам блока.
В каждой точке измерения определяются средние квадрати-
ческие значения виброскорости в третьоктавных полосах с указан-
ными реднегеометрическими частотами (например, для точки 1):
т Л 1 г
Ьщ=Ю 1g ХЮ ? ДБ,
у=1
где L. — среднеквадратический уровень виброскорости в j-й
третьоктавной полосе;
т — число полос фильтров.
Далее вычисляются общие уровни среднего квадратического
значения виброскорости в вертикальном LB и горизонтальном Lr
направлениях:
LB =101g (10Шл1 +10°’U*2) -101g К в,
Lr=101g510°’1Lri-W *r.
i=l
В этих формулах LBX и — общие среднеквадратические 5
уровни в вертикальном и Lu — в горизонтальном направлениях.
468 Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей Ч
i
i
KB, Kr — число точек измерения в вертикальном и горизон-
тальном направлениях.
На основании замеров шума и анализа частоты установлено,
что главными источниками шума двухтактных крейцкопфных ма-
лооборотных дизелей являются турбокомпрессор, пульсации воз-
духа и газа, выпускные клапаны, топливоподающая аппаратура,
цепной привод и вибрация основания двигателя (рис. 9.9). Совре-
менные малооборотные дизели имеют систему турбонаддува при
постоянном давлении газов, в отличие от прежних двигателей с
импульсным турбонаддувом, и оснащены ресивером выпускных
газов большого объема. Ресивер расположен между выпуском газа
из цилиндров и турбокомпрессором. Поскольку ресивер располо-
жен близко к источнику шума, он действует как глушитель, ос-
лабляя низкочастотные пульсации газа.
На рис. 9.10 показаны графики NR ISO и уровни шума двига-
теля 6L80MC (6ДКРН 80/259,2) на МДМ 20850 кВт при частоте
вращения коленчатого вала 93 мин1. Шумовые и вибрационные
характеристики приведены в октавных полосах шума выпускного
газа без утилькотла и глушителя. Уровень шума определяется на
расстоянии 15 метров от верха выхлопной трубы до мостика. Ди-
Рис. 9.9. Основные источники шума от двигателя:
1 - шум от пульсации выхлопных газов; 2 - воздушный шум;
3 - вибрация фундаментной рамы
9.4. Шумовые и вибрационные характеристики
469
аграмма показывает, что уровень шума в частотах октавной поло-
сы между 125 и 1000 Гц является решающим для общего уровня
шума Л7?81 и что он соответствует 86 дБ(А).
Линия 2 показывает средний уровень шума приблизительно
АТ? 101 и 105 дБ(А) для двигателя с высокоэффективными турбо-
компрессором (линия 2А) и NR98 и 103 дБ(А) с обычным турбо-
компрессором (линия 2В). Чем выше КПД турбокомпрессора, тем
выше шум от него. Замеры показывают, что шум турбокомпрессо-
ра имеет доминирующее влияние на общий средний уровень воз-
душного шума и оно все возрастает в связи с форсированием ра-
бочего процесса.
Максимальный уровень шума, замеренный около турбокомп-
рессора, обычно примерно на 3—5 дБ(А) выше, чем средний уро-
вень шума двигателя. Именно максимальный уровень шума, заме-
ренный около двигателя, должен удовлетворять спецификацион-
ным требованиям предельных значений шума.
Энергия вибрации в двигателе распространяется через эле-
менты двигателя на фундаментную раму, а затем на корпус судна
и его надстройки, которые начинают вибрировать и излучать шум.
Источниками, вырабатывающими энергию вибрации, являются
импульсы, вызванные процессом сгорания в цилиндрах двигате-
ля, и возвратно-поступательное движение поршней.
Энергия вибрации, передаваемая фундаментной раме и кор-
пусу судна, в большой степени зависит от амплитуды вибрации, и
поэтому обычно виброскорость используется как единица изме-
рения. Как и уровень звукового давления, виброскорость выража-
ется в дБ.
Уровень виброскорости (дБ):
( V
/у = 20 log 10 — ,
где ^ТЙГ^-КГ8 м/с.
Используемая эталонная скорость Ко соответствует ранее при- '
нятым эталонным значениям интенсивности и звукового давле- [
ния. В соответствии с последним стандартом ISO в нем приводит- 1
ся эталонное значение = 10~9 м/с. •
На рис. 9.10 (линия 3) также показаны уровни возбуждения ;
структурного шума от вертикальной вибрации в основании двига- !
теля. Эти уровни виброскорости могут использоваться в эмпири- I
ческих формулах для расчета уровней звукового давления в каю- |
тах судна. 1
470
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Рис. 9.10. Уровни шума:
А — высокоэффективный турбокомпрессор; В — обычный турбокомп-
рессор; 1 — шум выпускных газов; 2 — шум на всасывании воздуха в
турбокомпрессор; 3 — вертикальная вибрация
8S26MC
4S28MC
Рис. 9.11. Шум выпускных газов двигателя ДКРН 26/98
9.4. Шумовые и вибрационные характеристики
471
Уровень шума выпускных газов для двигателя S26MC (ДКРН
26/98) с числом цилиндров 8 и 4 характеризует рис. 9.11. Уровни
шума замерены на МДМ при частоте вращения 250 мин-1 и спра-
ведливы для газовыпускной системы без утилькотла и глушителя
на расстоянии 1 м от среза выхлопной трубы.
Из приведенных графиков следует, что с увеличением числа
цилиндров, при одной и той же частоте вращения коленчатого
вала без увеличения среднего эффективного давления, шум вы-
пускных газов возрастает с 94 до 99 дБ(А). Он также выше для
восьмицилиндрового двигателя на всех частотах октавных полос.
9.5. Пути снижения уровней шума и вибрации
и их предельно допустимые нормы
Повышение мощности ГД и общей энергонасыщенности МО
способствует повышению уровня шума и вибрации. В связи с
этим является актуальным поиск путей снижения виброакусти-
ческих характеристик СДУ и вспомогательных агрегатов.
Борьбу за снижение шума следует начинать с подавления
прежде всего частотных составляющих, имеющих наибольший
уровень в исследуемом спектре. Подавление уровня меньшей со-
ставляющей практически не снижает уровня суммарного шума.
Чтобы шум не превышал максимально допустимого уровня,
устанавливается объемный глушитель выпускных газов абсорбци-
онного (активного, см. рис. 7.32) типа, который снижает уровни
шума в доминирующих диапазонах частот. Типичное понижение
шума, достигаемое этим типом глушителя, показано на рис. 9.12.
Абсорбционный глушитель — это труба большого объема со зву-
коизолированными стенками — миниральной или со стекловатой.
Уровень шума снижается на 25 дБ(А).
Поскольку элементы конструкции газовыпускной системы,
например утилизационный котел выпускных газов, могут также
излучать шум, рекомендуется устанавливать глушитель выпускно-
го газа как можно ближе к верху выхлопной трубы.
Самый лучший способ снижения шума, связанного с двигате-
лем — это гашение энергии вибрации непосредственно у источ-
ника. Если это неосуществимо или нецелесообразно, то следует
снижать шум как можно ближе к его источнику.
Все дизелестроительные фирмы предусматривают в конструк-
ции двигателя элементы, снижающие шум до допустимого уров-
ня. Замеры, проведенные на испытательных стендах, это подтвер-
ждают. Но из-за ревербирации звука в машинном отделении за-
меренные на судне уровни шума могут быть выше на 1—5 дБ.
472
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Рис. 9.12. Снижение шума выпускных газов:
А — глушитель абсорбционного (активного) типа;
Б — снижение уровня шума
В некоторых случаях предельные значения шума для машинного
отделения могут не удовлетворяться, если не принимаются допол-
нительные меры по снижению шума. Иногда, в особенности на
высокофорсированных двигателях, могут потребоваться дополни-
тельные меры по снижению шума, чтобы удовлетворить требова-
ния по шуму в машинном отделении. Такими мерами могут быть:
1. Установка абсорбционного материала на корпус коллекто-
ра наддувочного воздуха.
2. Изоляция наружной поверхности холодильника наддувоч-
ного воздуха.
3. Установка дополнительного абсорбционного материала на
шумоизлучающих поверхностях двигателя.
4. Применение дополнительного глушителя шума воздуха на
входе в турбокомпрессор и шумоизоляция его смотровой крышки.
5. Ликвидация мостиков, передающих вибрацию от элемен-
тов конструкции двигателя на его остов и фундаментную раму ус-
тановкой виброизоляторов.
Предельно допустимые значения уровней шума определяются
или конкретно между судовладельцем/судоверфыо и изготовите-
лем двигателя, или косвенно, посредством ссылки на националь-
ное или международное законодательство по данному вопросу.
Кодекс ИМО (International Maritime Organisation — Междуна-
родная морская организация) по уровням шума на судах устанав-
ливает предельно допустимые значения уровней шума (табл. 9.2)
с целью обеспечения безопасности условий труда на судах
9.5. Пути снижения уровней шума и вибрации
473
(с учетом необходимости речевого общения и слухового восприя-
тия сигнализации). Кодексом предусматриваются предельные
уровни шума на судах, при соблюдении которых в течение 24 ч
члены экипажа не будут подвержены действию шума с эквивален-
тным уровнем более 80 дБА.
Таблица 9.2
Предельные нормы шума в судовых помещениях
Помещение Уровень шума не более, дБ(А)
Рабочие помещения Машинные помещения (постоянное обслуживание) ** 90
Машинные помещения (непостоянное обслуживание) ** 110
Центральный пост управления 75
Рабочие мастерские 85
Неуказанные рабочие помещения ** 90
Навигационные помещения Навигационный мостик и штурманские рубки 65
Слуховые посты, в том числе навигационные мостики и окна 70
Радиорубки (с радиооборудованием работающим, но не подающим сигналы) 60
Радарные помещения 65
Жилые помещения Каюты и госпиталь 60
Кают-компании 65
Комнаты отдыха 65
Открытые комнаты отдыха 75
Служебные помещения 65
** Должны надеваться наушники, когда уровень шума превышает 85
дБ (А), и ежедневное пребывание в зоне шума не должно превышать 4
часа подряд или 8 часов в целом.
Для снижения вредного воздействия шума кодекс в обязатель-
ном порядке рекомендует применять соответствующую индиви-
дуальную защиту и вводить ограничения времени пребывания в
шумовых помещениях. Члены экипажа не должны подвергаться
воздействию шума, превышающего указанные на рис. 9.13 уровни
допустимого ежедневного и случайного воздействия шума. В зоне
I никто из членов экипажа, в том числе и имеющие ушные про-
текторы, не должен находиться даже кратковременно (максималь-
но допустимый уровень 120 дБ А, при котором и выше которого
не допускается воздействие шума на человека из-за его чрезмер-
ной вредности). В зоне II допускается только случайное воздей-
ствие шума, при этом для защиты слуха должны использоваться
474
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Рис. 9.13. Зоны допустимого действия шума
совместно ушные вкладыши и ушные протекторы (под случайным
воздействием в кодексе понимается воздействие шума раз в неде-
лю или реже). В зоне III допускается ежедневная работа членов
экипажа при условии применения ушных протекторов, при этом
эквивалентный уровень шума Ьэкд 24 = 105 дБ А. В зоне ТУ допуска-
ется ежедневное воздействие шума при наличии наушников или
вкладышей. В зоне Киндивидуальная защита не требуется, но чле-
ны экипажа не должны находиться под воздействием шума с уров-
нем 85 дБА более 8 ч, эквивалентный уровень шума составляет
Ьэкв 24 = 60 дБА. В зоне VI также допускается только случайное
воздействие шума.
Продолжительность ежедневного воздействия на человека шума
с уровнями, при которых требуется обязательное применение ушных
протекторов, не должна превышать 4 ч непрерывного воздействия
или 8 ч за 1 сут. Для соблюдения норм кодекса необходимо знать, что
ушные протекторы обеспечивают приблизительно следующее ослаб-
ление звука: ушные вкладыши — 20 дБ(А), наушники — 30 дБ(А),
вкладыши и наушники — 35 дБА. Кодексом предусматривается обя-
зательное применение предупреждающих надписей у входа в поме-
щение с уровнями шума, превьпиающими 85 дБ (А).
Вибрация вызывает дополнительное утомление экипажа и
ухудшает условия его обитаемости (табл. 9.3), отрицательно влия-
ет на прочность механизмов и корпус судна, работу радионавига-
ционной аппаратуры. Снизить вибрацию можно повышением же-
сткости корпуса, что приводит к увеличению его массы, а также
уменьшением возмущающих пульсирующих сил от главных и
вспомогательных двигателей и работающих винтов.
9.5. Пути снижения уровней шума и вибрации
475
На двигателях этого можно добиться уравновешиванием вра-
щающихся и возвратно-поступательно движущихся масс. Пуль-
сирующие силы винтов снижаются увеличением зазоров между
винтом и корпусом судна, изменением числа его лопастей, уста-
новкой направляющих насадок и выравниванием поля скоростей
подходящей к винту воды.
Таблица 9.3
Зависимость условий обитаемости от параметров вибрации, дБ
Время действия Частота вибрации, Гц Результат
вибрации, ч 2 4 8 16 32 воздействия
24 110 101 95 94 93
8 117 108 102 102 102 Появление
4 122 112 106 106 106 усталости
1 129 119 115 113 113
24 100 91 85 84 83
8 4 107 112 98 102 92 96 92 96 92 96 Дискомфорт
1 119 109 105 103 103
24 116 107 101 100 99
8 123 114 108 108 108 Вред для
4 128 118 112 112 112 здоровья
1 135 125 121 119 119
Шум, создаваемый выпускными газами двигателя и его вибра-
цией, не высок и позволяет выдерживать требования по предель-
ному уровню шума в жилых помещениях судна и мостике. Однако
воздушный шум от двигателя в машинном отделении в некоторых
случаях не отвечает требованиям стандартов, если не принимают-
ся дополнительные меры по снижению уровня шума. Поэтому
при разработке новых конструкций высокофорсированных двига-
телей проектанты должны уделять особое внимание внедрению
мероприятий, направленных на снижение воздушного шума на
всем тракте его подачи в двигатель.
9.6. Влияние водного транспорта на экологию
окружающей среды
Все виды мирового транспорта являются источниками загряз-
нения окружающей среды. Долевое участие различных видов миро-
вого транспорта в загрязнении атмосферы показано на рис. 9.14.
Наибольший процент составляет морской мировой транспорт —
71%, а если учесть долю внутреннего водного транспорта — 2,5%,
476
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Морской
71.0%
Автомобильный
к 117%
Железно-
дорожный
— 10.9%
Авиационный Речной Трубопроводный
°-в/в 2.5% 3.3%
Рис. 9.14. Влияние различных видов мирового транспорта на
загрязнение окружающей среды
то общая доля загрязнений составит почти 3/4 от всех видов миро-
вого транспорта. Хотя мировой транспорт длительное время рабо-
тает в акваториях, где не сконцентрированы места проживания и
работы людей, он не создает повышенную концентрацию токси-
ческих веществ в окружающей среде. Однако при заходе в порт он
является источником экологической опасности для его жителей.
На рис. 9.15 показано влияние различных видов водного
транспорта на выделение (эмиссию) загрязняющих атмосферу ве-
ществ. Наибольшая эмиссия отмечается для контейнеровозов —
8,0%
Суда для
перевозки
сырой нефти
Грузовозы Универсальные
Контейнеровозы 2.0% сухогрузные
23.2%
двигатели
3.6%
буксиры
4.2%
Промысловые суда
и рыбозаводы
3.0%
Суда для
перевозки
генеральных
— грузов
24.8%
Танкера
10.7%'
Другие суда
3.3%
Рис. 9.15. Эмиссия водного транспорта
9.6. Влияние водного транспорта на экологию окружающей среды
477
23,2%, судов для перевозки генеральных грузов — 24,8% и универ-
сальных навалочных — 16,5%.
Эксплуатация судов неизбежно связана с возникновением и
решением экологических проблем. Как и все другие объекты дея-
тельности человека, морские и речные суда являются источником
экологической опасности для окружающей среды, и, следователь-
но, еще на этапе их проектирования должны решаться задачи пре-
дотвращения экологически опасной эксплуатации судов — недо-
пущения или минимизации количеств вредных веществ, выбра-
сываемых в окружающую среду.
Решению этой задачи способствуют разработанные российс-
кие, международные и местные законодательные акты, которые ус-
танавливают циклы испытаний двигателей на токсичность и дым-
ность, нормы и методы определения и ограничения на эмиссию:
1. ГОСТ 30574-98. Дизели судовые, тепловозные и промыш-
ленные. Измерение выбросов вредных веществ с отработавшими
газами. Циклы испытаний.
2. ГОСТ Р ИСО 8178-7-99. Двигатели внутреннего сгорания
поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами.
Часть 7. Определение семейства двигателей.
3. ГОСТ Р ИСО 8178-8-99. Двигатели внутреннего сгорания.
Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Часть 8. Оп-
ределение группы двигателей.
4. ГОСТ Р 51249-99. Дизели судовые, тепловозные и промыш-
ленные, Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нор-
мы и методы определения.
5. ГОСТ Р 51520-99. Дизели судовые, тепловозные и промыш-
ленные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы опреде-
ления.
6. ГОСТ Р 50761-95. Дизели судовые, тепловозные и промыш-
ленные. Общие требования безопасности.
7. Правила 1МО «Технический кодекс по контролю эмиссии
окислов азота судовыми дизельными двигателями».
8. Циркуляр 34IMO MERC.
9. Калифорнийские правила (CARB); финские, немецкие,
итальянские, японские и др. нормативы.
9.7.Основные компоненты отработавших газов
и их воздействие на организм человека
При сжигании углеводородных топлив в судовых дизелях, на-
ряду с безвредными для окружающей среды компонентами отра-
ботавших газов (кислородом, азотом и водяным паром), в атмос-
478
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Теплота
Отрада-
тавшие
газы
Работа
0г-13
Ъ-76,8
С0г-5,6
Н^О -5,35
9/оо
60,-1500
30, -600
СО -60
НС -180
Частицы
I (сажа,зала)
0,25мг/нмз
Рис. 9.16. Типичный состав отработавших газов судового МОД,
работающего на режиме 100%-ной нагрузки
феру выбрасываются также экологически вредные вещества. На
схеме рис. 9.16 слева показаны химические вещества, вводимые в
цилиндр с топливом, воздухом и смазочным маслом, а справа —
выбрасываемые в атмосферу в результате осуществления рабочих
процессов в цилиндрах. Безвредные или нейтральные (СО2) ве-
щества в сумме составляют 99,75% объема отработавших газов.
Остальные 0,25% (или 2500 частей на миллион — промилле %о)
включают в себя окислы азота NOX, серы SOX, окись углерода СО,
углеводороды СХНХ и частицы (сажа, зола). Содержание частиц
принято измерять в миллиграммах на кубический метр газа в нор-
мальных условиях (мг/нм3).
К категории наиболее опасных загрязнителей относятся газо-
образные вещества, образующиеся в процессе преобразования
потенциальной энергии топлива в энергетической установке и
выбрасываемые с выпускными газами: окислы азота NOX, образу-
ющиеся в цилиндрах дизеля при температуре выше 1500°С, когда
азот становится химически активным газом; окись СО и двуокись
углерода СО2, образующиеся в результате сгорания топлива; сер-
нистый и серный ангидриды SO2 и SO3, образующиеся в результа-
те окисления присутствующей в топливе серы (элементарной,
меркаптановой и др.); продукты неполного сгорания топлива
СНХ, агломерация мелких частиц не полностью сгоревшего топ-
лива, частицы не полностью сгоревшего масла, сажи и др.
Окись углерода, сажа и углеводороды являются результатом
неполного сгорания топлива. В связи с большим избытком возду-
ха в отработавших газах (ОГ) судовых дизелей их немного по срав-
нению с их количеством в высокооборотных автотракторных ди-
зелях и особенно бензиновых карбюраторных двигателях. Однако
некоторые углеводороды обладают сильными канцерогенными
9.7.Основные компоненты отработавших газов
479
свойствами, поэтому, несмотря на малую концентрацию, пробле-
ма снижения выброса этих компонентов актуальна. Такие хими-
ческие вещества, как NOX, СО, SOX и др., попадая в атмосферу,
нарушают ее естественный экологический баланс вследствие об-
разования слабых кислот.
В табл. 9.4 приведен диапазон значений выброса вредных ком-
понентов с отработавшими газами дизелей, указаны их предельно
допустимые концентрации и характер воздействия на человека
(данные ИМО).
Таблица 9.4
Значения выбросов вредных веществ с отработавшими газами
Груп- па Примесь пдк Концент- рация примеси Концентрация^, и воздействие на человека
1. Азот N2, кислород О2, водород Н2, водяной пар Н2О, углекислый газ СО2
2. Окись углерода СО 0,0008 0,005-0,5 0,01 — хроническое отравление при длитель- ном воздействии; 0,05 — слабое отравление через 1ч; 1,0 — потеря сознания после нескольких вздохов
3. Окислы азота NO, no2 0,00009 в пересчете на N2O5 0,004-0,2 0,0013 — раздражение слизистых оболочек носа и глаз; 0,004-0,008 — отек легких
4. Углеводородные соединения СхНу — 0,013- 0,047 Раздражение слизистых оболочек, образование опухолей
5. Альдегиды — акролеин, СН2СНСНО (жидкость), формальдегид НСОН (газ) 0,00001 0,00001 0,001- 0,004 0,0005 — труднопереноси- мо; 0,007 — раздражение дыхательных путей и глаз
6. Сажа С 0,000038 0,01-0,5* Загрязнение воздуха и воды, ухудшение видимости
7 Сернистый ангидрид 0,000012 0,003-0,05 0,0017 — раздражение глаз; 0,004 — отравление через 3 мин
* Концентрация указана в миллиграммах на литр.
480
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Доля NOX и SO2 в отработавших газах дизелей составляет бо-
лее 80% объема всех вредных выбросов, поэтому задача снижения
эмиссии этих компонентов составляет основу проблемы создания
экологически чистых судовых дизелей. Содержание окислов серы
в отработавших газах обусловлено наличием серы в топливе. При
окислении серы в камере сгорания дизеля образуются SO2 и SO3.
причем преимущественно SO2 (соотношение 15:1). Образование
окислов азота в камере сгорания дизеля обусловлено наличием
больших количеств азота, кислорода и высокими температурами в
отдельных зонах расслоенного заряда. Окисление азота начинает-
ся при температуре выше 1227°С, а при 2027°С и более реакция
протекает достаточно быстро (время реакции около 10-2-10~6 с).
Окись азота образуется в зонах топливного факела, где смесь
приближается по составу к стехиометрической, а локальная тем-
пература может достигать 2227°С. И, хотя максимальная темпера-
тура в дизелях не превышает 1727°С, указанное обстоятельство
обусловливает высокие значения эмиссии NOX. Окислы азота об-
разуются также из-за наличия азота в топливе. Как показали ис-
следования, этот азот значительно более активен в химических
реакциях окисления по сравнению с атмосферным азотом.
9.8. Дымность отработавших газов
Отработавшие газы, образующие цветной шлейф по выходе из
двигателя, выносят в атмосферу некоторое количество сажистых
и других дисперсных частиц, вследствие чего они утрачивают при-
сущую им прозрачность, свидетельствуя о неудовлетворительнос-
ти протекания рабочих процессов. Голубовато-синеватые оттенки
газы приобретают, когда содержат преимущественно аэрозоли
масла и топлива, а черную окраску им придают частицы сажи.
Черный дым свойствен в основном дизелям, смесеобразование в
которых значительно хуже качества смесеобразования в карбюра-
торных двигателях. Голубовато-синий более присущ двухтактным
карбюраторным двигателям, работающим на смеси бензина с мас-
лом, а также четырехтактным, когда излишне много проникает
масла в их камеры сгорания или при работе на обогащенных
смесях.
Большая дымность отработавших газов недопустима, как и
повышенное содержание других токсичных компонентов. Поэто-
му нормированию дымности и методам ее оценки в настоящее
время уделяют исключительное внимание. Как правило, норми-
руют дымность дизелей, для которых определенная степень за-
дымленности газов является характерным показателем, особенно
9.8. Дымность отработавших газов
481
на режимах полных нагрузок. Дымность дизелей в значительной
мере предопределяется техническим состоянием двигателя и топ-
ливной аппаратуры, а также фракционным и групповым составом
топлива. Преобладание в топливе тяжелых фракций и аромати-
ческих углеводородов повышает дымность отработавших газов.
9.8.1. Режимы испытаний и методы измерений
Испытанию на дымность следует подвергать дизели при про-
ведении сертификационных, приемо-сдаточных, квалификаци-
онных, периодических и типовых испытаний в соответствии с
требованиями ГОСТ 10448 и технических условий на дизели кон-
кретного типа.
С целью сокращения объема измерений в условиях стабиль-
ного производства допускается проведение измерений дымности
только для характерного представителя семейства или группы ди-
зелей. Концепция отбора характерного представителя серийных
дизелей должна быть согласована с разработчиком стандарта.
Режимы испытаний дизеля при определении дымности отра-
ботавших газов должны соответствовать условиям его примене-
ния. Показатели, характеризующие режим работы дизеля, долж-
ны соответствовать приведенным в табл. 9.5.
Существующие приборы-дымомеры по принципу их действия
разделяют на две группы, основанные на фильтрации газа или на
просвечивании его. Из приборов первой группы широко извест-
ны дымомеры «Бош» и ИД-1 конструкции НАМИ; из второй —
дымомеры типа «Картридж» и СИДА-107.
При измерении дымности оптическим методом испытания
проводят с отбором или без отбора проб ОГ. При испытаниях без
отбора проб просвечивают часть потока или весь поток ОГ внутри
или на срезе выпускной трубы дизеля с помощью полнопоточных
дымомеров.
При испытаниях с отбором проб из выпускной трубы с помо-
щью газоотборного зонда и пробной трубы отводят часть потока
ОГ и просвечивают ее в измерительном контуре частично-поточ-
ного дымомера.
Кроме дымомера, испытательный моторный стенд должен быть
оборудован, как минимум, измерительными приборами для опреде-
ления мощности (крутящего момента) и частоты вращения коленча-
того вала дизеля, состояния окружающей среды (температуры, дав-
ления) и расходов топлива и воздуха. Погрешность измерительных
приборов должна соответствовать требованиям ГОСТ 10448.
При проведении сертификационных испытаний дизелей обя-
зателен оптический метод измерения дымности.
482
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Режимы испытаний
Таблица 9.5
Назначение дизеля Характерис- тика Отношение частоты вращения коленча- того вала к номи- нальной частоте вращения Отношение эффективной мощности к ее номинальному значению
Промышленный Нагрузочная 1,000* 0,05
(дизель-генератор, в 1,000* 0,25
том числе главные 1,000* 0,50
судовые установки с 1,000* 0,75
валогенератором) 1,000 1,00
Судовой (кроме Винтовая 0,368 0,05
дизелей судов на 0,630 0,25
подводных крыльях) 0,794 0,50
0,908 0,75
1,000 1,00
Тепловозный Тепловозная 1,000 1,00
Промежуточ ное 0,75
То же 0,50
>> 0,25
» 0,05
* Допускается отклонение в пределах наклона регуляторной характе-
ристики дизеля.
Схема установки дымомера оптического типа для измерения
параметров дымности с отбором проб ОГ показана на рис. 9.17.
Для дымомеров оптического типа внутренний диаметр d газо-
отборного зонда должен быть, при диаметре выпускной трубы
D = 100 мм, не менее 0,225 D и при любых Л — не более 25 мм.
Газоотборный зонд должен быть установлен по оси выпуск-
ной трубы с внутренним диаметром D таким образом, чтобы его
открытый конец был направлен навстречу потоку газов и чтобы
он располагался на прямолинейном участке трубы длиной не ме-
нее 6Л против направления потока газов и длиной ЗЛ — по на-
правлению потока газов.
Газоподводяшая труба, соединяющая газотборный зонд с ды-
момером (см. рис. 9.17), должна иметь длину не более 2 м и распо-
лагаться, по возможности, с подъемом в сторону дымомера. Газо-
подводящая труба должна быть герметичной, без резких изгибов.
Для настройки надлежащего перепала давлений Р в газовой
трассе дымомера рекомендуется устанавливать регулируемую зас-
лонку в выпускной трубе за газоотборным зондом по направле-
нию потока газов на расстоянии не менее ЗЛ.
9.8. Дымность отработавших газов
483
Рис. 9.17. Схема установки дымомера оптического типа:
1 — выпускная труба; 2 — газоотборный зонд; 3 — дифференциальный
манометр; 4 — газоподводящая труба; 5 — теплообменник; 6 —
байпасный клапан; 7— дымомер частичнопоточный; 8 — газоотводя-
щие трубы; 9 — регулируемая заслонка; 10 — источник света; 11 —
собирательная линза; 12 —- дымомер полнопоточный (на срезе выпуск-
ной трубы); 13 — разделительная перегородка; 14 — приемник света
Схема оптического измерителя данности показана на рис.
9.18. Отработавшие газы из выпускной трубы через зонд, направ-
ленный навстречу потоку, поступают в теплообменник 8 со змее-
виком с охлаждающей водой и нагревателем, что позволяет под-
держивать температуру газов в измерительной камере 5 70... 150 °C.
В камере теплообменника 8 имеется клапан давления, поддержи-
вающий избыточное давление в камере 50...75 мм вод. ст. Из ка-
меры теплообменника отработавшие газы двумя разветвляющими
потоками поступают в измерительную камеру и удаляются из нее
через патрубки 4. Во избежание соприкосновения и загрязнения
отработавшими газами защитных стекол 3 предусмотрена их аэро-
динамическая защита воздухом, поступавшим из вентилятора че-
рез патрубки 7 в измерительную камеру и далее через патрубки 4 в
смеси с отработавшими газами воздух удаляется. Этот воздух со-
здает защитную стенку между отработавшими газами и защитны-
ми стеклами, а также используется для эжекции отработавших га-
зов в патрубках 4. Эжекторы обеспечивают в камере небольшие
разрежение, достаточное для ее вентиляции после прекращения
подачи отработавших газов.
Оптическая система включает осветительную дампу 1 для со-
здания светового потока, объектив 2 для формирования парал-
лельного пучка света, защитные стекла 3, столб отработавших га-
484
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
УС
Рис. 9.18. Принципиальная схема оптического измерителя
дымности СИДА-107
зов на длине А измерительной камеры и фотодиод 6, с которого
снимается сигнал, пропорциональный изменению светового по-
тока. Чем больше дымность отработавших газов, тем в большей
мере световой поток будет поглощаться газами, тем меньше его
сигнал. Это приведет к уменьшению коэффициента ослабления
светового потока N и к увеличению показателя дымности — опти-
ческой плотности отработавших газов К.
Сигнал с фотодиода поступает через предусилитель ПУ и уси-
литель У на измерительный прибор ИП. Предусмотрен вывод уни-
фицированного сигнала УС в автоматизированную систему регист-
рации результатов испытаний. Питание электрической системы
обеспечивается стабилизированным блоком питания БП. В суще-
ствующих конструкциях измерителей дымности предусмотрено ди-
станционное управление и полуавтоматическая настройка нуля.
Сущность оптического метода определения дьшности ОГ зак-
лючается в измерении их непрозрачности, а именно коэффици-
ента ослабления светового потока с вычислением значений нату-
рального показателя ослабления светового потока при просвечи-
вании столба ОГ дизеля в измерительной камере дымомера с из-
вестной эффективной базой.
9.8. Дымность отработавших газов
485
Коэффициент ослабления светового потока N,%, при измере-
нии непрозрачности рассчитывают по формуле
# = 1-— 100,
, фо )
(9.1)
где Ф — световой поток, достигший приемника света после про-
свечивания столба ОГ, лм;
Фо — световой поток, достигший приемника света после про-
свечивания чистого воздуха, лм.
Из закона Бугера-Ламберта-Бера для дисперсной среды следует
—— = ехр(-КЕ),
(9.2)
где L — эффективная база дымомера оптического типа, м.
Из формул (9.1) и (9.2) устанавливают зависимость натураль-
ного показателя ослабления светового потока К от коэффициента
ослабления светового потока N по формуле
Основным нормируемым параметром дымности ОГ является
натуральный показатель ослабления светового потока К, вычис-
ленный по формуле (9.3) и приведенный к базовым условиям.
Вспомогательным нормируемым параметром дымности явля-
ется измеряемый коэффициент ослабления светового потока по
формуле (9.1), приведенный к измерительной базе L = 0,43 м.
Если измерительная база дымомера L отличается от 0,43 м, то
вспомогательный нормируемый параметр N, %, рассчитывают по
формуле
2V043=’l-exp ——1 >100.
°’43 L 100
(9.4)
Измерение параметров дымности на каждом режиме дизеля
следует проводить не менее трех раз с промежутками между двумя
последующими измерениями не более 1 мин.
После каждого измерения следует проверять нулевое положе-
ние стрелки индикатора дымности и при необходимости приво-
дить ее в нулевое положение.
Измерения считают действительными, если расхождения
между двумя последними показаниями по шкале N не превышают
2%, а результаты трех измерений не образуют монотонно убываю-
щей или возрастающей последовательности. Если эти условия не
486
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
выполняются, то серию измерений следует продолжать до полу-
чения трех последовательных показаний, удовлетворяющих по-
ставленным условиям.
За результат измерений принимают среднее арифметическое
трех показаний.
Давление и температура в дымомере во время испытаний дол-
жны соответствовать требованиям пункта 8.4. ГОСТ Р 51250-99.
При невозможности проведения измерений при базовом (ат-
мосферном) давлении и температуре (например, полнопоточным
дымомером внутри выпускной системы дизеля и в удалении от ее
выходного отверстия) натуральный показатель ослабления свето-
вого потока К приводят к атмосферному давлению Ра по формуле
к = ки^-,
где Рд — измеренное статистическое давление в дымовой камере;
Ки — измеренный [вычисленный по формуле (9.3)] натуральный
показатель ослабления светового потока, м-1.
Если средняя температура ОГ в дымовой камере Тт отличает-
ся от базовой (373 К), то показатель К следует привести к указан-
ной температуре по формуле
К = КИ—.
т
J m
373’
Расход отработавших газов Vexh, дм3/с, рассчитывают по формуле
^=775^+^),
где Gair — расход воздуха, кг/с;
Gj — расход топлива, кг/с.
Фильтрационный метод измерения дымности. Сущность фильт-
рационного метода измерения дымности ОГ заключается в изме-
рении почернения фильтра после пропускания через него строго
определенного количества газов. Поверхность фильтра темнеет,
окрашиваясь всеми компонентами дисперсной фазы. Почернение
фильтра оценивают по степени его оптического отражения в срав-
нении с чистым фильтром и измеряют оптико-электрическим
рефлектометром.
Рефлектометры дымомеров могут быть проградуированы в
единицах измеряемого показателя отражения светового потока R
от 0% до 100% или в условных единицах поглощения светового
потока фильтром, как, например, в приборах типа Бош.
При измерении дымности фильтрационным методом испыта-
ния проводят только с отбором дозированной части ОГ с помо-
щью газоотборного зонда.
9.8. Дымность отработавших газов
487
Рис. 9.19. Схема установки дымомера фильтрационного типа:
1 — прямолинейный участок трубы дизеля; 2 — газоотоборный зонд;
3 — линия отбора; 4 — дымомер; 5 — зажимное устройство; 6 —
фильтр; 7 — поршень; 8 — пружина; 9 — пневматическое устройство;
10 — охладитель
В системе пробоотбора для дымомера фильтрационного типа,
схема которого показана на рис. 9.19, не допускается затекание
газов в открытый конец зонда, за исключением периода отбора
проб.
Внутренний диаметр d газоотборного зонда на всем протяже-
нии системы отбора проб от входа до фильтра должен быть не ме-
нее 3 мм.
Мертвый объем VD — общий объем от входа в газоотборный
зонд до поверхности фильтра — не должен превышать 15% номи-
нального объема всасывания VN. Лишь при многократном пропус-
кании проб (не менее 3) через один фильтр, эквивалентный соот-
ветствующему увеличению VN и допустимый при измерениях на
крупных дизелях, зонд может быть удлинен, но значение VD долж-
но быть не более 40% от VN.
Во всех случаях перед отбором мертвый объем должен быть
заполнен чистым воздухом.
Внутренний диаметр верхней по потоку части зажимного уст-
ройства для фильтра рассматривается как размер, определяющий
488
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
эффективную поверхность фильтра Ар Он должен находиться в
диапазоне 15...35 мм. Внутренний диаметр нижней по потоку час-
ти зажимного устройства должен быть таким же или не более чем
на 0,5 мм большим, а несоосность этих диаметров не более 0,2 мм,
или 0,7% от внутреннего диаметра верхней по потоку части за-
жимного устройства.
Относительный показатель отражения затемненного фильтра
R, %, оценивают по формуле
R' =
100,
А
где R, Rq — показатели отражения, измеренные рефлектометром,
от затемненного и чистого фильтра соответственно.
Тогда дымовое число фильтра как основную характеристику дым-
ности, измеренную фильтрационным дымомером FSN (Filter Smoke
Number) в усл. ед. 10-балльной шкалы рассчитывают по формуле
FStfUl-—|10. (9.5)
100 J v
Дымовое число фильтра FSN отсчитывают по шкале рефлек-
тометра (с соответствующей градуировкой) при условии установ-
ки на О его показаний при отражении от чистого фильтра.
Формула справедлива при эффективной длине дымовой ко-
лонки дымомера 0,405 м, при атмосферном давлении и темпера-
туре (298 + 4) К.
При использовании дымомера с фильтрационной колонкой,
эффективная длина которой отличается от 0,405 м, измеренное
значение FSN приводят к указанной длине по формуле
rev -.nR Го,405. Л FSAfiT
FS7VO,4O5=10 U-exp ——In 1—— -
Ly I lu j
(9.6)
где FSN, Lf — параметры применяемого дымомера.
Основным нормируемым показателем дымности ОГ дизеля
при измерениях фильтрационным методом служит дымовое чис-
ло фильтра FSN.
При использовании дымомеров со 100-балльной шкалой усл.
ед. дымности в формулах (9.5) и (9.6) коэффициент размерности
10 необходимо заменить на 100, а дымовое число FSN по табл. 9.6
(см. ниже) умножить на 10.
Запрещается пересчет показаний дымомера оптического типа в
показания фильтрационного дымомера, за исключением случаев
одновременного проведения измерений дымомерами обоих типов.
9.8. Дымность отработавших газов
489
9.8.2. Нормы дымности отработавших газов
Нормы дымности определяют в зависимости от расхода ОГ
V^, дм3/с, приведенного к нормальным условиям (температура
273К и давление 101,3 кПа).
Для новых дизелей при измерении дымности оптическим методом
максимально допустимые значения натурального показателя ослабле-
ния светового потока и соответствующие им значения коэффициента
ослабления светового потока, приведенные к шкале дымомера с базой
L = 0,43 м, а также при измерении дымности фильтрационным мето-
дом прибором с длиной колонки Lf = 0,405 м предельно допустимые
значения дымового числа фильтра FSN в зависимости от расхода ОГ
должны соответствовать приведенным в табл. 9.6.
Дизель считают соответствующим требованиям стандарта,
если каждое измеренное значение натурального показателя ослаб-
Таблица 9.6
Нормы дымности для новых дизелей
Расход ОГ Vexh, ДМ3/с Натуральный показатель ослабления светового потока Кд, м-1, не более Коэффициент ослабления светового потока N, приведенный к шкале дымомера оптического типа (L = 0,43 м)%, не более Дымовое число FSN фильтра, приведенное к шкале дымомера фильтрационного типа (Lf = 0,405 м), условных единиц, не более
До 75 вкл. 1,857 55 4,2
Св. 75 до 85 вкл. 1,707 52 4,0
» 85 » 95 » 1,612 50 3,9
» 95 » НО » 1,521 48 3,8
» 110 » 125 » 1,433 46 3,7
» 125 » 140 » 1,348 44 3,6
» 140 » 160 » 1,267 42 3,5
» 160 » 185 » 1,188 40 3,4
» 185 » 210 » 1,112 38 3,3
» 210 » 250 » 1,038 36 3,2
» 250 » 290 » 0,966 34 3,0
» 290 » 350 » 0,897 32 2,9
» 350 » 400 » 0,829 30 2,8
» 400 » 500 » 0,764 28 2,7
» 500 * 600 » 0,700 26 2,5
» 600 » 700 » 0,638 24 2,3
» 700 » 900 » 0,578 22 2,2
» 900 » 1150» 0,519 20 2,0
» 1150 » 1500 » 0,461 18 1,8
» 1500 » 2000 » 0,405 16 1,7
» 2000 » 3000 » 0,351 14 1,5
Св. 3000 0,297 12 1,3
490
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
ления светового потока или дымового числа фильтра меньше или
равно соответствующему предельно допускаемому значению на-
турального показателя ослабления светового потока или дымово-
го числа фильтра.
Максимально допустимые нормы дымности для дизелей пос-
ле капитального ремонта увеличивают на 20% по отношению к
значениям, установленным табл. 9.6.
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими
газами
В настоящее время наблюдается всеобщая обеспокоенность
загрязнением окружающей среды от выбросов вредных веществ с
отработавшими газами судовыми дизелями. В связи с этим меж-
дународной организацией IMO разработаны предложения по ог-
раничению вредных выбросов отработавшими газами.
Ограничения по NOX и SOX вступят в силу, когда минимум 15
стран, входящих в IMO и владеющих по меньшей мере 50% тон-
нажа, ратифицируют правила. «Правила 1МО», или «Технический
кодекс по контролю эмиссии окислов азота судовыми дизельны-
ми двигателями» на данный момент не ратифицированы, но всту-
пил в силу циркуляр 34 IMO MERC (Морской комитет экологи-
ческой защиты), в соответствии с которым дизели, предназначен-
ные для судов с датой закладки киля после 1-го января 2000 года
подлежат экологической сертификации с выдачей промежуточно-
го (или временного) сертификата. После вступления в силу пра-
вила IMO по ограничению выбросов промежуточные сертифика-
ты будут переоформлены в международные EJAPP-сертификаты
и все суда должны будут соответствовать правилам по выбросам
не только по окислам азота NOX, но и по окислам серы SOX. Пра-
вила IMO накладывают ограничения пока только на эмиссию
окислов азота.
Выброс NOX в атмосферу при сгорании топлива наносит наи-
больший ущерб, нарушая в природе равновесие. Именно поэтому
экологи и законодатели настаивают на контроле, в первую оче-
редь, выбросов NOX.
Во избежание испытаний каждого двигателя для выдачи сер-
тификата EJAPP на соответствие пределам эмиссии NOX разрабо-
таны ГОСТ Р ИСО 8178-7-79 и ГОСТ Р ИСО 8179-8-79, позволя-
ющие выбрать базовый двигатель из семейства или группы двига-
телей для проведения испытаний. Измерения, проведенные на
базовом двигателе, могут использоваться для двигателей всего се-
мейства или группы.
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
491
Семейство образуется из серийно выпускаемых двигателей,
объединенных изготовителем, которые вследствие единства их
конструкции имеют подобные технические характеристики и ха-
рактеристики выбросов вредных веществ с отработавшими газа-
ми, при условии, что уровень выбросов, производимых двигате-
лями, включенными в семейство, соответствует установленным
нормам.
Группа двигателей — это объединенные изготовителем двига-
тели единого конструктивного исполнения (типа или модели),
производимые малыми сериями, используемые, как правило, для
главной пропульсивной установки, которые могут быть подверг-
нуты незначительным конструктивным изменениям и регулиров-
кам для соответствия условиям работы на месте установки, если
эти изменения и регулировки не приведут к превышению норм
выбросов вредных веществ с отработавшими газами и обеспечат
сохранение основных технических характеристик
Базовый двигатель выбирается из семейства или сформиро-
ванной группы таким образом, что он объединяет все конструк-
тивные особенности, технические характеристики и регулировки,
которые соответствуют наибольшему уровню выбросов нормиру-
емых компонентов отработавших газов.
Базовый двигатель регулируется в пределах его характеристик
так, чтобы создать наибольший уровень эмиссии NOX, и испыты-
вается на испытательном стенде для подтверждения соответствия
нормам выбросов.
Основные параметры для выбора семейства или группы двига-
телей практически одни и те же за исключением некоторых. Для
двигателей, объединяемых в группу, должны быть общими следую-
щие конструктивные особенности и основные технические харак-
теристики: рабочий цикл, охлаждающая среда, параметры цилинд-
ров, метод воздухоснабжения и охлаждения воздушного заряда, вид
топлива, вид камеры сгорания и топливной системы и др.
Базовый двигатель из семейства может быть выбран двумя ме-
тодами.
Первый метод основан на выборе двигателя, объединяющего
все конструктивные особенности и характеристики двигателей,
которые обеспечивают наиболее высокий уровень выбросов вред-
ных веществ с отработавшими газами. Этот метод, требующий де-
тального изучения всех двигателей в семействе, наиболее точен в
выборе базового двигателя семейства.
Второй метод основан на выборе двигателя, имеющего наи-
большую скорость подачи топлива при промежуточной и номи-
нальной частотах вращения коленчатого вала. Этот метод более
492
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
прост для применения, но не может обеспечить выбор двигателя с
наибольшими выбросами так же точно, как предыдущий метод.
Для двигателей, производимых малыми сериями, не всегда воз-
можно выбрать базовый двигатель таким же способом, который
является приемлемым для двигателей массового или серийного
производства. Поэтому метод выбора базового двигателя, представ-
ляющего группу, должен быть предложен изготовителем, согласо-
ван с заинтересованными сторонами и одобрен организацией, осу-
ществляющей надзор за эксплуатацией установок с двигателями.
Второй шаг сертификации IMO заключается в испытании дви-
гателя на борту судна для проверки того, что двигатель вступает в
эксплуатацию в точном соответствии с сертификатом, выданным
при испытании на стенде завода-изготовителя. При соответствии
по выбросам NOX выдается сертификат JAPP. В дальнейшем судо-
владелец отвечает за то, чтобы двигатель в отношении регулировки
и конструкции компонентов оставался в том же состоянии: и на
испытательном стенде, и при ходовых испытаниях. В процессе эк-
сплуатации осуществляется периодический надзор на борту судна с
перевыпуском сертификата JAPP.
9.9.1. Нормы и методы определения выбросов вредных
веществ с отработавшими газами
Нормируемым параметром является удельный средневзве-
р
шенный выброс z'-го вредного вещества с ОГ дизеля е, , выража-
ющий количество этого вредного вещества в граммах, приходя-
щееся на 1 кВт • ч эффективной работы дизеля, совершенной им
при выполнении полного испытательного цикла, имитирующего
типовые условия эксплуатации.
Устанавливают следующую номенклатуру нормируемых пара-
метров:
— удельный средневзвешенный выброс оксида углерода е^0;
— удельный средневзвешенный выброс оксидов азота е^0 ;
— удельный средневзвешенный выброс суммы углеводородов е?н.
Предельно допустимые значения удельных средневзвешенных
выбросов вредных веществ для вновь изготовленных дизелей су-
довых, промышленных и тепловозных при их стендовых испыта-
ниях должны соответствовать приведенным в табл. 9.7, а для дизе-
лей, прошедших капитальный ремонт [ef]peM; устанавливают на
основе данных табл. 9.7 с использованием корректирующих ко-
эффициентов Арем по формуле
]рем ~ Крем * •
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
493
Таблица 9.7
Предельно допустимые значения удельных
средневзвешенных выбросов, ГОСТ Р 51249-99
Нормируемый параметр Обозна- чение Назначение дизеля Норма удельных средневзвешен- ных выбросов
Выпуск до 2000 г. Выпуск с 2000 г.
Удельный средневзвешен- ный выброс видов азота (NOX) в приведении к NO2, г/(кВт • ч) ехох Тепловозный 18,0 12,0
Промышленный 16,0 10,0
Судовой 17,0 (17,0- 9,8)*
Удельный средневзвешен- ный выброс оксида углерода (СО), г/(кВт*ч) $0 Любое 6,0 3,0
Удельный средневзвешен- ный выброс углеводородов (СН) в приведении к СНХ g5, (кВт • ч) есн Любое 2,4 1,0
* Удельный средневзвешенный выброс оксидов азота для судовых
дизелей: при частоте вращения п < 130 мин-1 — eN0x = 17 г/(кВт*ч);
в диапазоне частот 130 < п < 2000 мин-1 рассчитывают по формуле
eN0x = 45гг0’2 г/(кВт*ч);
при частоте вращения п > 2000 мин-1 — eNOx - 9,8 г/(кВт*ч).
Значения допустимых средневзвешенных выбросов для судо-
вых дизелей по ГОСТ Р 51249-99 соответствуют нормативам Under
Marpol 73/78 IMO по окислам азота.
В связи с тем, что стандарт IMO по нормам вредных выбросов
с отработавшими газами пока не ратифицирован, некоторые стра-
ны вводят местные правила по эмиссии от судов. Такими страна-
ми являются Швеция, Норвегия, Япония и др. Требования подоб-
ных правил в некоторых случаях оказываются очень жесткими для
судов, эксплуатирующихся в акваториальных водах.
Значения корректирующих коэффициентов в зависимости от
вредного вещества устанавливают по табл. 9.8.
При определении удельных средневзвешенных выбросов
вредных веществ с отработавшими газами на каждом режиме ис-
пытаний дизеля подлежат измерению следующие показатели:
— эффективная мощность Ре, кВт;
— частота вращения коленчатого вала п, мин-1;
494
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Таблица 9.8
Значения корректирующих элементов
Вредное вещество Значение корректирующего коэффициента
Оксид углерода Оксид азота Углеводороды 1,20 0,95 1,25
Точность измерений
Таблица 9.9
Измеряемый компонент ОГ Обозначение компонента Предел основной приведенной погрешнос- ти измерений, %
Концентрации оксида углерода Ссо ±5,0
Концентрация оксида азота к приведенной NO2 Cnox ±10,0
Концентрация углево- дородов в приведении к СН1>85 Ссн ±5,0
— расход воздуха, приведенный к нормальным атмосферным
условиям (PQ = 101,3 кПа, То = 273К) — Vair, м3/ч;
— концентрация в ОГ оксида углерода Ссо, об.%; — концентра-
ция в ОГ оксидов азота (в приведении к NO2) — CNOx, об. %;
— концентрация в ОГ суммы углеводородов (в приведении к
СН185) - Ссн, об. %.
Концентрация углеводородов, приведенных к CHj 85, —
объемная доля в ОГ суммы углеводородов, которую они занимали
бы при условной трансформации в эквивалентный объем идеаль-
ного газа с молекулярной массой 13,85 и энергией ионизации мо-
лекул, равной энергии ионизации пропана С3Н8 в об. %.
Применяемые оборудование и приборы для проведения изме-
рений состава газов должны обеспечить точность не ниже указан-
ной в табл. 9.9, а режимы испытаний в зависимости от назначения
дизеля приведены в табл. 9.10, в которой весовой коэффициент
режима испытаний W — условная величина, отражающая статис-
тическую долю времени работы дизеля данного назначения в экс-
плуатации в окрестностях данного режима.
Удельный средневзвешенный выброс z-го вредного вещества
рассчитывают по формуле
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
495
Таблица 9.10
Состав режимов испытаний
Назначение дизеля Обо- значе- ние режи- ма Отношение частоты вращения коленчатого вала к номиналь- ной частоте вращения п Отношение эффективной мощности к ее номиналь- ному значению Ре Весовой коэффициент режима W
Промышленный D1 1,000 1,00 0,30
(дизель-генератор 1,000 0,75 0,50
стационарный) 1,000 0,50 0,20
Судовой главный (кроме ЕЗ 1,000 1,00 0,20
дизелей судов на подвод- 0,908 0,75 0,50
ных крыльях), работаю- 0,794 0,50 0,15
щий по винтовой 0,630 0,25 0,15
характеристике
Тепловозный F 1,000 1,00 0,20
Промежуточное 0,50 0,10
То же 0,25 0,10
» 0,05 0,60
т
ef =0,44gf 7=1 т-_--,
PenlPe
/=1
где g; — молекулярная масса 1-го вредного вещества либо его эк-
вивалента по приведению (pN02 = 46, )ico — 28, ц,СН] 8S = 13,85), кг/
кмоль;
т — число режимов испытаний в испытательном цикле;
j — порядковый номер режима испытаний в испытательном
цикле;
i — индекс вредного вещества;
Су — измеренная при испытаниях в у-м заданном режиме кон-
центрация /-го вредного вещества в ОГ, об.%;
Кхй/ ~’ объемный расход ОГ, приведенный к нормальным ат-
мосферным условиям (70 = 273 К, Ро = 101,3 кПа), м3/ч, во «влаж-
ном» или «сухом» состоянии;
Pej- — отношение эффективной мощности дизеля на данном
режиме испытаний к номинальной эффективной мощности;
Wj — весовой коэффициент режима;
Реп — номинальная эффективная мощность дизеля, кВт.
496
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Объемный расход ОГ Kexh, м3/ч, измеряют любым прямым
способом с последующим приведением к стандартным атмосфер-
ным условиям либо рассчитывают по измеренным значениям рас-
хода воздуха и топлива на каждом режиме испытаний по формуле
Vexh =Vair+Ff*Bf’
где Vair — объемный расход воздуха, приведенный к нормальным
атмосферным условиям (То = 273 К, Ро - 101,3 кПа), м3/ч;
Ту — коэффициент приведения к нормальным атмосферным
условиям расхода неразбавленных продуктов сгорания различных
топлив(м3/кг), принимаемый по табл. 9.11 для «сухого» или
«влажного» состояния ОГ (или коэффициент состава топлива);
— массовый расход топлива, кг/ч.
Таблица 9.11
Значение коэффициента Ff
Вид топлива Значение коэффициента состава топлива /у м3/кг, для состояния отработавших газов
влажного сухого
Дизельное 0,75 -0,77
Моторное 0,72 -0,74
Мазут 0,69 -0,71
Природный газ 1,33 -1,34
Пропан-бутан 0,98 -1,00
Метанол 1,05 -0,35
Этанол 0,97 -0,49
Примечание. При применении в судовых дизелях зарубежного топ-
лива допускается использование соответствующего коэффициента Ту из
данной таблицы для дизельного топлива, моторного топлива или мазута
в зависимости от вязкости применяемого топлива.
«Влажное» состояние ОГ принимают для случаев, когда изме-
рение концентрации вредного вещества осуществляется при тем-
пературе выше 298 К.
Для остальных случаев принимают «сухое» состояние ОГ.
9.9.2. Газоанализаторы и оборудование
испытательного стенда
Для непосредственного измерения концентрации вредного
вещества в ОГ применяются газоанализаторы. Газоанализаторы
(ГОСТ 13320) должны быть проградуированы в объемных процен-
тах (об. %) и иметь стандартный унифицированный выходной
сигнал для возможности подключения самописца или измери-
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
497
тельного комплекса. По быстродействию различают автоматичес-
кие газоанализаторы непрерывного действия и автоматические.
Классификация газоанализаторов для определения концентрации
вредного вещества основана на физико-химических свойствах,
положенных в основу измерения.
Газоанализатор оксида углерода должен иметь не дисперсион-
ный инфракрасный детектор и обеспечивать измерение концент-
рации СО в диапазоне от 0,01 до 0,5%. Действие инфракрасного
оптико-акустического газоанализатора основано на разной ин-
тенсивности поглощения инфракрасной радиации отдельных га-
зов, молекулы которых содержат два и более разнородных атома
(СО, СО2, СН4 и т.д.).
Исследуемый газ в рабочей камере периодически освещается
инфракрасным излучением (хромоникелевые нити) при враще-
нии обтюратора с отверстиями с частотой 5...6 Гц (рис. 9.20). Та-
ким образом, после светофильтра из синтетического корунда или
другого материала, пропускающего инфракрасную радиацию, на-
блюдается пульсирующее монохроматическое излучение. Анали-
зируемый компонент газа, находящегося (циркулирующего) в ра-
бочей камере, поглощает периодическое излучение, при этом в
камере возникают пульсации температуры, а следовательно, и
давления Ар, показанные на рис. 9.20. Пульсации давления в ра-
бочей камере воспринимаются микрофоном, представляющим
собой конденсатор, образованный подвижной мембраной и не-
подвижной пластиной. Под действием переменного давления
мембрана перемещается, вызывая изменение емкости конденса-
тора С вследствие изменения зазора 5. Колебания емкости преоб-
разуются в соответствующие изменения параметров переменного
тока, амплитуда которого и является мерой концентрации иссле-
дуемого компонента (например, СО) в газовой смеси. Сигнал уси-
ливается электронным усилителем.
Для повышения точности измерения применяются двухка-
нальные оптические системы, дополненные сравнительными и
фильтрующими камерами, которые позволяют исключать влия-
ние мешающих компонентов, если их спектры поглощения на-
кладываются на спектры поглощения определяемого компонента.
Наибольшее распространение получили так называемые недис-
персионные инфракрасные оптико-акустические анализаторы,
работающие без разложения пучка света.
Для определения содержания в отработавших газах углеводо-
родов СН служит плазменно-ионизационный газоанализатор, он
должен иметь плазменно-ионизационный детектор, нагреваемый
до температуры (453±1) К, и обеспечивать измерение концентра-
498
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
i
излучатель
Обтюратор
Светофильтр
РоЬоюя номера
Др
Микрофон
Рис. 9.20. Схема инфракрасного лучеприемника
ции углеводородов по эквиваленту CH] 85 в диапазоне от 0,001%
до 0,2%. Действие его основано на изменении сопротивления пла-
мени водорода при введении в него компонентов анализируемой
смеси. В камеру сгорания КС (рис. 9.21) подводится водород Н2.
Пламя чистого водорода обладает большим сопротивлением, а его
температура достигает 800...900°С. При введении в камеру сгора-
ния отработавших газов содержащееся в них органическое веще-
ство — углеводороды СН — вызывают ионизацию молекул и со-
противление пламени резко снижается. Изменение сопротивления
регистрируется измерительной цепью, куда входит усилитель У с
электрометрическим входом (с большим входным сопротивлени-
ем) и регистрирующий прибор РП. В состав многих хроматогра-
фов входит пламенно-ионизационный детектор.
Газоанализатор оксидов азота должен иметь хемилюминес-
центный детектор или нагреваемый хемилюминесцентный детек-
РП
Рис. 9.21. Схема пламенно-ионизационного газоанализатора
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
499
тор (при «влажном» состоянии пробы ОГ) с преобразователем
NOX в NO. Измеряемым компонентом должна быть сумма всех ок-
сидов азота NOX, выраженная через эквивалентную объемную
долю оксидов вида NO2. Газоанализатор должен обеспечивать из-
мерения от 0,005 до 0,5% по эквиваленту NO2 при любом составе
индивидуальных оксидов.
Действие его основано на явлении химической люминесцен-
ции окиси азота NO с озоном О3, которая сопровождается излуче-
нием, регистрируемым измерительной цепью.
Блок-схема и принцип действия анализатора поясняется на
рис. 9.22. Проба отработавших газов ОГ, в составе которой содер-
жится двуокись азота NO2, предварительно направляется в кон-
вертор КВ, где в результате нагрева пробы газа до 600°С происхо-
дит превращение NO2 в NO
2 NO2 2 NO + О2.
Далее отработавшие газы, содержащие окислы азота только в
виде окиси NO, поступают в реактор Р, куда поступает также озон
О3. Это сопровождается реакцией
NO + О3 -> NO2 + О2.
В процессе образования оксида азота NO2 в реакторе около
10% его выходит в возбужденном состоянии. Из этого состояния
он легко переходит в нормальное, порождая излучение с длиной
волны до 2500 нм (1 нанометр — 10-9 м) в ближайшей инфракрас-
ной области (явление хемилюминесценции). Это излучение про-
пускается через светофильтр СФ для исключения из реакции ме-
Рис. 9.22. Блок-схема хемилюми-
несцентного газоанализатора
500
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
шающих компонентов, склонных к хемилюминесценции с озоном
(СО и др.). В результате на фотоэлектронный умножитель ФУ,
являющийся лучеприемником системы, попадают лучи только с
длиной волны менее 590 нм.
Выход фототока имеет линейную зависимость от потока ради-
ации и после усилителя У поступает на прибор РП регистрации
NOx. Устройство анализатора позволяет автоматизировать про-
цесс измерения при непрерывном вводе анализируемого газа и
озона в реактор. Продукты химической реакции из реактора от-
сасываются через резервуар «Рез» насосом «Нас» в атмосферу.
Схема подключения газоанализаторов с приспособлениями
для дополнительной регистрации концентраций СО2 и О2, необ-
ходимых для случаев определения расхода газов Kexh по методу уг-
леродного или кислородного баланса, приведена на рис. 9.23.
Рис. 9.23. Схема установки для анализа выбросов вредных
веществ:
1 — пробоотборный зонд; 2 — нагретая линия отбора проб; 3 —
регулирующий клапан; 4 — предварительный фильтр; 5 — фильтр;
6 — насос; 1-6 — система пробоотбора; 2-6 — пробоотборная магист-
раль с устройствами пробоподготовки; 7 — селективный клапан для
подвода поверочных газовых смесей; 8 — хемилюминесцентный
газоанализатор; 9 — контроль потока через газоанализатор; 10 —
контроль байпасного потока; 11 — газоанализатор плазменно-иониза-
ционного типа; 12 — регулятор давления; 13 — газоанализатор недис-
персного типа с поглощением в инфракрасной области спектра; 14 —
охладитель-конденсатор; 15 — линия отбора проб для анализа СО,
СО2, О2; 16 — термометр; 17-- манометр
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
501
9.9.3. Характеристики вредных веществ
Концентрацию отдельных компонентов в газовой смеси выра-
жают в единицах массы, содержащейся в единице объема, или в
процентах по объему, т.е. в объемных процентах (% об.), что более
удобно. Действительно, объемная доля отдельных компонентов в
общем объеме при изменении внешних условий остается неиз-
менной, тогда как число частиц в единице объема изменяется вме-
сте с изменением давления и температуры смеси.
Концентрацию по массе измеряют в г/л, мг/л, г/м3 и мг/м3, а
также числом граммов вещества в 100 г смеси (% массовые). Очень
малые количества измеряют в гаммах у, 1у = 10-3 мг и, следова-
тельно, 1 мг/м3 = 1 у/л.
Концентрацию канцерогенных веществ выражают в у/м3 или
у/100 м3.
Концентрацию в объемных единицах измеряют числом мил-
лилитров вещества в 100 мл смеси, т.е. в процентах по объему, или
же в мл/л (10-1 %) и мл/м3 (10—4 %).
Малые концентрации выражают иногда числом частиц, при-
ходящихся на миллион частиц всей смеси (чнм) или ppm (parts per
million), %о.
1%0 = 1 ppm = 1/106 = 10~4% об.
Оценка токсичности газов в единицах ppm (чнм) удобна тем,
что она всегда может быть выражена целыми числами, например
300, 800 чнм (частиц на миллион) и т.д.
В соответствии с международным стандартом ИСО использу-
ются следующие характеристики для измерения эмиссии вредных
выбросов ДВС: состав газообразных выбросов Cj,%; скорость вы-
деления выбросов Ер кг/ч; удельный выброс кг/(кВт • ч); выброс
вредного компонента на 1 кг топлива ер кг/кг топлива.
Характеристики вредных выбросов связаны между собой сле-
дующими соотношениями:
E^f^Gy, e^EJN',
ei=^iSe\ Cj= к^-100,
Gr
где GT — расход топлива на двигатель, кг/ч;
Ne — эффективная мощность двигателя, кВт;
ge — удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт-ч);
Gr — массовый расход газов, кг/ч;
к — коэффициент, равный отношению молекулярной массы
газов к молекулярной массе вредного компонента, т.е. к = Цу/ц,.
Так, для окислов азота цг = 29,3; llnox = 44,4, тогда к = 0,66;
502
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
c,VOl=o,66^ioa
Расход газов через двигатель можно представить следующим
образом:
Gr ~ (ФйаА) + (9.7)
где срй — коэффициент продувки;
а — коэффициент избытка воздуха при сгорании;
Lq теоретическая масса воздуха, необходимая для сгорания
1 кг топлива.
После подстановки формулы (9.7) в уравнение для Ц и несложных
преобразований получим
Ц = te/(a(p/0 + 1)(7Г. (9.8)
Из формулы (9.8) следует, что объемная концентрация вред-
ных компонентов в отработавших газах зависит от степени раз-
бавления воздухом, поэтому для сравнения уровня их эмиссии для
различных дизелей величину С, приводят (пересчитывают) к кон-
центрации избыточного кислорода в сухих отработавших газах
(после конденсации паров Н2О), равной 15%.
9.9.4. Методы снижения выбросов вредных веществ
с отработавшими газами
Снижение дымности. Традиционной оценкой качества сгора-
ния является визуальное наблюдение или измерение дымности.
Выпускные газы, выходящие из выпускной трубы, могут стать
видимыми по различным причинам, например, из-за содержания
в них твердых частиц (сажи) и двуокиси азота NO2, который имеет
желто-коричневый цвет, или сконденсированных паров воды.
При рассмотрении дымности необходимо учитывать, что у
мощных судовых дизелей появление видимой струи выпускных
газов более вероятно, чем у маломощных дизелей не судового на-
значения. Это происходит потому, что при одном и том же числе
Боша увеличенный диаметр выхлопных газов будет абсорбировать
больше света. Для большинства судовых дизелей выхлопные газы
невидимы, кроме случая конденсации водяных паров, образую-
щих серый или белый цвет, или присутствия NO2, который при-
дает выхлопным газам желтый цвет.
Дымность выпускных газов может порождаться следующими
причинами:
— концентрацией очень малых частиц при неполном сгорании
топлива;
— частично сгоревшим смазочным (лубрикаторным) маслом;
— содержанием золы в топливе и цилиндровом масле;
— наличием сульфатов и воды.
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
503
В процессе сгорания очень малая часть углеводородов покидает
камеру сгорания несгоревшей, образуя другие углеводороды. Они
рассматриваются как несгоревшие углеводороды и определяются в
единицах, эквивалентных содержанию CHt 85. Содержание углево-
дородов в выпускных газах мощных дизелей зависит от типа топли-
ва, конструкции и регулировании двигателя. Даже при использова-
нии тяжелого топлива несгоревшие частицы меньше 1 мкм, за ис-
ключением отложений, отслаивающихся от стенок камеры сгора-
ния или элементов выпускной системы. Сажа от двигателя, осо-
бенно если она «смочена» маслом, создает отложения в утилизаци-
онном котле, что увеличивает противодавление на выхлопе и пожа-
роопасность котла. Контроль за процессом сгорания в дизеле и бо-
лее частые чистки котла снижают дымность выхлопных газов.
Содержание серы в топливе оказывает большое влияние на уро-
вень дымности. Испытания и анализ выпускных газов показывает, что
высокосернистые тяжелые топлива обусловливают более высокие
уровни дымности, чем двигатели, работающие на дизельном топливе.
Величина подачи цилиндрового масла также оказывает влия-
ние на эмиссию частиц. Испытания показывают, что с уменьше-
нием величины подачи цилиндрового масла эмиссия частиц так-
же уменьшается.
На дымность топлива значительное влияние оказывает конст-
рукция форсунки. Чем меньше объем топлива, находящегося око-
ло впрыскивающих отверстий после посадки иглы на седло (ме-
шочек), тем ниже содержание СН в выпускных газах (рис. 9.24).
При работе дизеля 7S50MC-C с золотниковыми форсунками
на нагрузках (20-40)% NH0M дымность снижается в 6—7 раз, а на
номинальной мощности в ~4 раза, по сравнению с работой на
обычных форсунках.
Снижение оксидов азота NOX, углерода СО и SOX. В ближайшие
годы только NOx и SOX будут компонентами, на которые для судо-
вых дизелей будут установлены международные предельно допус-
тимые нормы.
Выбросы SOX обусловлены содержанием серы в топливе. Сни-
зить этот выброс можно, снизив содержание серы в топливе путем
очистки топлива или очисткой отработавших газов.
Несмотря на то, что очистка топлива от серы на перерабаты-
вающих заводах ведет к его удорожанию, этот вариант, по-види-
мому, будет использоваться как основной. Это обусловлено тем
обстоятельством, что удаление SOX из отработавших газов путем
пропуска через устройства мокрой очистки (скрубберы) потребу-
ет очень больших капитальных вложений. Возникают также про-
блемы в связи с необходимостью хранения и сдачи на берег сер-
504
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
a)
Обычная форсунка
Объем мешочка 16S0 мм’
Форсунка с мини-мешочком
Мешочек 520 мм1
Форсунка золотникового типа
Объем мешочка 0 мм’
Мощность двигателе-%
Рис. 9.24. Влияние конструкции топливной форсунки на выбросы
углеводородов с выхлопными газами:
а — конструкция форсунок;
б — эмиссия углеводородов двигателем 7S50MC-C
ной кислоты слабой концентрации (большие объемы жидкости
потребуют достаточных емкостей), а следовательно, приведут к
повышению эксплуатационных расходов.
При введении международных норм на выброс NOX возникнет
необходимость выбрать достаточно эффективный метод сниже-
ния эмиссии окислов азота. Борьбу с выбросом можно вести пер-
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
505
вичными методами, воздействуя на рабочие процессы дизелей та-
ким образом, чтобы уменьшить количество образующихся NOX в
цилиндрах, и вторичными.
Первичные методы можно разделить на две группы:
— требующие изменения конструкции дизеля или отдельных его
элементов, реализуемые при разработке новых дизелей (совер-
шенствование системы впрыска и смесеобразования дизеля,
системы турбонаддува; выбор оптимальных газораспределения,
степени сжатия, частоты вращения коленчатого вала; организа-
ция вихревого движения заряда в камере сгорания и др.);
— не требующие существенного изменения конструкции, реали-
зация которых возможна при незначительной модернизации
дизеля (перевод дизеля на работу на ВТЭ, изменение фаз топ-
ливоподачи, рециркуляции части отработавших газов и др.).
Физический смысл влияния этих факторов на эмиссию NOx
состоит в том, что в обоих случаях уменьшается температура газов
при сгорании топлива, определяющая скорость образования NOX
в цилиндре.
Некоторые из этих мероприятий реализованы фирмой «МАН —
Бурмейстер и Вайн».
На рис. 9.25 приведены результаты испытаний судовых МОД
на ВТЭ полученной с помощью механического и ультразвукового
Рис. 9.25. Влияние содержания воды в ВТЭ на эмиссию оксидов
азота:
♦ Ультразвуковой гомогенизатор
Механический гомогенизатор
506
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
гомогенизатора при работе дизеля на 100% нагрузке. С целью оп-
тимального распыливания в камере сгорания желательно, чтобы
капли воды в топливе после эмульгирования не превышали раз-
мера 5 мкм. Опыт испытаний и дальнейшая эксплуатация двух-
тактных МОД фирмы «МАН — Бурмейстер и Вайн» показал, что
NOX снижается примерно на 10% на каждые 10% добавленной
воды по отношению к количеству топлива по массе.
Механизм снижения NOX в результате эмульгирования топли-
ва водой и впрыска его в камеру сгорания состоит в том, что вода,
испаряясь, снижает пик максимальной температуры в процессе
сгорания и тем самым понижает эмиссию NOX. При работе дизеля
на ВТЭ несколько увеличивается удельный эффективный расход
топлива из-за увеличения продолжительности впрыска топлива и
снижения температуры и давления сгорания.
Штриховой линией на рис. 9.25 показан уровень NOX в соот-
ветствии с Калифорнийскими нормами (США), при которых пла-
теж владельца судна составляет 10% от полного платежа при пре-
дельном значении NOX.
Аналогичного эффекта по снижению выбросов оксида азота
можно добиться впрыском воды на входе в компрессор турбоком-
прессора (рис. 9.26). Исследования, проведенные фирмой «МАН-
Б и В Дизель» на опытном дизеле 4ТМЕ-Х, показали, что при
Абсолютная влажность продувочного воздуха
Рис. 9.26. Влияние влажности продувочного воздуха на эмиссию
выпускных газов
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
507
влажности продувочного воздуха 8% NOX снижается со 100 до 70%
при одновременном снижении углеводородов на 10% и значитель-
ном повышении оксида углерода.
Еще более существенный эффект может быть достигнут при
рециркуляции части отработавших газов из выпускной системы
на всасывание центробежного компрессора (рис. 9.27). При этом
уменьшается концентрация кислорода в смеси газов в цилиндре,
возрастают теплоемкость и газовая постоянная рабочего тела и,
как следствие, уменьшается температура газов в цилиндре при
сгорании топлива. Оба фактора обусловливают уменьшение ко-
личества NOX, образующихся в цилиндре. Однако перепуск газов
ведет к снижению коэффициента избытка воздуха при сгорании,
поэтому такой способ применим, когда имеется достаточный за-
пас по воздуху (например, на малых нагрузках).
Этим объясняется и повышение содержания оксидов углерода
из-за неполного сгорания топлива. В дизелях, работающих на вы-
сокосернистых топливах, этот способ неприемлем, так как в отра-
ботавших газах, перепускаемых на всасывание, содержится зна-
чительное количество SOX.
При наличии значительного количества паров воды в надду-
вочном воздухе будет происходить интенсивное образование сер-
ной кислоты в воздушном тракте и цилиндрах при продувке. Ана-
логичные проблемы возникают и при работе дизелей на ВТЭ и
Рис. 9.27. Влияние рециркуляции отработавших газов на содер-
жание вредных веществ при работе дизеля на 75% нагрузке
508
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
увлажнении продувочного воздуха, что приводит к интенсивному
коррозионному разрушению газовыпускного тракта.
В настоящее время фирма «МАН-Б и В Дизель» разработала
МОД серии МЕ-С с управляемым рабочим процессом. В этих дви-
гателях при изменении режимов работы автоматически устанав-
ливаются оптимальные фазы открытия выпускного клапана и угол
опережения впрыска топлива, т.е. принципиально изменяется ра-
бочий процесс в цилиндре дизеля. Поэтому эту серию двигателей
можно рассматривать как первичный метод воздействия на рабо-
чий процесс, относящийся к первой группе с целью снижения
вредных выбросов с отработавшими газами. Эффективность дизе-
лей серии МЕ-С, по отношению к МС-С, показана на рис. 9.28.
В зависимости от конкретных обстоятельств дизели серии ME
могут быть оптимизированы или на экономичный режим работы
при увеличенном значении NOX, или на режим с меньшим выбро-
сом NOX путем увеличения удельного эффективного расхода топ-
лива ge.
Рис. 9.28. Относительные изменения экономичности и эмиссии
NOX для мощных МОД серий МС и ME
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
509
В целом путем применения первичных методов реально дос-
тичь снижения эмиссии NOX на 30-50%. В том случае, если меж-
дународным законодательством будут введены более жесткие тре-
бования по ограничению выбросов, первичных методов будет не-
достаточно и будет необходимо использовать вторичные методы
или их комбинацию с первичными.
В настоящее время предлагается лишь одна технология вторич-
ного метода для сокращения выбросов NOX — селективная катали-
тическая очистка отработавших газов (SCR — Selective Catalytic
Reduction). Суть ее заключается в том, что отработавшие газы про-
пускаются через реактор, содержащий катализатор. В реактор по-
дается газообразный аммиак NH3. При температуре отработавших
газов 350-450°С в реакторе протекают химические реакции между
NOX и NH3, результатом которых являются безвредные продук-
ты — азот и водяной пар. Снижение NOX может достигать 98%. Схе-
ма потоков воздуха и выпускных газов показана рис. 9.29.
В реакторе SCR выпускные газы смешиваются с аммиаком пе-
ред прохождением через слой специального катализатора при тем-
пературе 300-400°С, в результате чего NOX распадается на N2 и
Н2О (рис. 9.30).
Снижение NOX с помощью SCR может быть только в опреде-
ленном температурном окне, так как, если температура слишком
велика, NH3 будет сгорать раньше, чем вступит в реакцию с
NO/NO2. При слишком низкой температуре реакция будет проте-
кать слишком медленно и конденсация сульфатов аммония будет
разрушать катализатор.
Рис. 9.29. Схема потока в SCR
510
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
Воздух
Кемпьюгвр
Рис. 9.30. Схема системы SCR
Количество NH3, впрыскиваемого в газовыпускной патрубок,
контролируется процессором компьютера, дозирующим NH3 про-
порционально количеству NOX, образующемуся в двигателе, в за-
висимости от нагрузки двигателя. Взаимосвязь между образую-
щимся NOX и нагрузкой двигателя устанавливается во время ис-
пытаний двигателя на стенде. Полученная взаимосвязь вводится в
виде программы в процессор компьютера и используется для уп-
равления дозировкой NH3. Впоследствии дозировка аммиака
уточняется по показаниям системы обратной связи на основе за-
меренного сигнала выхода NOx.
Катализатор представляет собой монолитную структуру, т.е.
состоит из каталитических блоков с большим количеством парал-
лельных каналов, стенки которых каталитически активны. Диа-
метр каналов влияет на перепад давлений потока через катализа-
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
511
тор, а также на опасность отложений в нем. Диаметр каналов оп-
тимизируется после изучения объема патрубков, состава выпуск-
ных газов и допустимого перепада давлений в реакторе SCR.
В эксплуатации находятся 8 судов с дизелями фирмы «МАН- Б
и В Дизель» различной размерности, оборудованных системой
SCR. Снижение NOx лежит в пределах 93—98%. Первое судно было
введено в эксплуатацию в 1989 году, последнее — в 1994 году, сис-
темы хорошо работают до сих пор. Реактор SCR сконструирован
как полупрямоугольный котел, работающий под давлением для го-
ризонтальной или вертикальной установки (рис. 9.31) со следую-
щими размерами для двигателя 11К90МС: диаметр 2,4 м, высота
4,5 м, длина 15 м, вес, включая катализатор, 42 тонны.
Конструкция и размеры реактора SCR зависят от расхода вы-
пускных газов, их температуры и степени снижения NOX. В ма-
шинном отделении судна для блока SCR требуется значительное
пространство для размещения трубопроводов, смесителя и бака с
аммиаком.
Рис. 9.31. Варианты расположения системы SCR на дизеле
512
Глава 9. Экологические параметры судовых дизелей
В связи с тем, что температура отработавших газов СОД доста-
точно высока, SCR-реактор размещают после турбины. В мало-
оборотных дизелях приходится устанавливать их до ГТН, что вы-
зывает ряд проблем в эксплуатации: из-за большого объема реак-
тора ухудшаются характеристики системы наддува, понижается
надежность турбины из-за утечек непрореагировавшего аммиака
и катализаторной пыли; не решена проблема загрязнения катали-
затора сажей и золой. В связи с этим на МОД с SCR необходимо
устанавливать высокоэффективный турбокомпрессор.
На основании обобщения опыта специалисты считают, что на
ближайшие годы для судовых установок предпочтительно сокра-
щение выбросов NOx с помощью первичных методов. Вторичные
методы, в виде системы SCR, из-за его высокой стоимости и гро-
моздкости, могут использоваться в необходимых случаях для судов,
эксплуатирующихся в акваториях морей с повышенными требова-
ниями к предельно допустимому содержанию оксидов азота.
9.9. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами
313
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акимов П.П. История развития судовых энергетических ус-
тановок. — Л.: Судостроение, 1966. — 188 с.
2. Акладная Г.С. Методы проектирования судовых энергети-
ческих установок. — М.: Московская государственная ака-
демия водного транспорта, 2000. — 77 с.
3. Алексеев А., Арсеньев Ю., Баракан Г. Новым судам — ди-
зельную энергетику отечественного производства//Морс-
кой флот. — 1996. — № 6. — С. 15—18.
4. Андерсен М. Чистота воздушного бассейна над акваторией//
Двигатель. — 2000. — № 4 (10). — С. 4-6.
5. Артемов Г.А., Волошин В.П., Захаров Ю.В., Шквар А.Я.
Судовые энергетические установки. — Л.: Судостроение,
1987. - 480 с.
6. Бережков В., Никитин Е., Никонов Г. Дизели типа ЧН30/38
марок 30ДГМ и ЗДРА превосходят японские аналоги//Мор-
ской флот. — 1997. — № 7. — С. 23-25.
7. Блинов К.Э., Жихарев В.Н., Петухов В.А. Главные судовые
средне-оборотные двигатели фирмы MAN — В&\¥//Двига-
телестроение. — 1989. N° 1. — С. 47-50.
8. Буденный М.М., Зайончковский В.Н., Ковалев В.Ю. и др.
90 лет производства среднеоборотных двигателей на ГП
«Завод имени Малышева»//Двигателестроение. — 2001. —
№ 4. - С. 43-46.
9. Ваншейдт В.А., Гордеев П.А., Захаренко Б.А. и др. Судовые
установки с двигателями внутреннего сгорания. — Л.: Судо-
строение, 1978. — 368 с.
10. Васильев А.М., Логачев С.И., Майданов О.П. и др. История
отечественного судостроения. Т5: Судостроение в послево-
енный период (1946-1991 гг.)/Под редакцией И.Д.Спасско-
го. — СПб.: Судостроение. 1996. — 544 с.
11. Васюков Е.С., Алыпиц Л.Г. Применение дизелей типа
S50MC-C на танкерном флоте//Дизелестроение. — 2001. —
№ 4. - С. 9-12.
514
12. Горячев Р.И., Жихарев В.Н., Петухов В.А. Развитие судо-
вых среднеоборотных дизелей фирмы МАК//Двигателест-
роение. — 1989. -№ 2. - С. 51—54.
13. Давыдов Г.А., Шелков С.М., Пахомов Ю.А., Пирогов Д.Н.
Эталонные модели функционального диагностирования де-
талей ЦПГ судовых малооборотных дизелей//Двигателест-
роение. — 1988. № 6. — С. 55-57.
14. ГОСТ 10150-88. Дизели судовые, тепловозные и промыш-
ленные. Общие технические условия.
15. Камкин С.В., Возницкий И.В., Большаков В.Ф. и др. Эксп-
луатация судовых дизельных энергетических установок. —
М.: Транспорт, 1996. — 432 с.
16. Коробков Ю.П., Кайков Л.В. 40-летие судового дизелестро-
ения на ОАО «Брянский машиностроительный завод»//
Двигателестроение. — 2001. - № 4.- С. 3-6.
17. Королев А., Кулабухов В., Никитин Е. Для российского
флота//Двигатель. — 2000. — № 4(10). — С. 8-11.
18. Махмудов А.М., Иванов Р.А., Васильков Э.К. Судострое-
нию — современную дизельную энергетику//Двигателест-
роение. — 2003. — № 4. — С. 13—15.
19. Никитин Д.П., Новиков Ю.В., Рощин А.В. и др. Справоч-
ник помощника санитарного врача и помощника эпидеми-
олога//Под редакцией Д.П.Никитина, А.И.Заиченко. — М.:
Медицина, 1990. — 512 с.
20. Обозов А.А. «Интеллектуальный двигатель» производства
ОАО «Брянский машиностроительный завод» — взгляд в
будущее//Двигателестроение. — 2003. -№ 4. - С. 31—34.
21. Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые автоматизирован-
ные энергетические установки. — М.: Транспорт, 1989. —
256 с.
22. Овсянников М.К., Петухов В.А. Дизели в пропульсивном
комплексе морских судов: Справ. — Л.: Судостроение,
1987. - 256 с.
23. Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные уста-
новки: Справ. — Л.: Судостроение, 1986. — 424 с.
24. Осадин В.А., Ишерский Л.В., Петровский А.Н. Судовой ре-
дуктор Г81//Двигателестроение. — 1984. — № 6. — С. 55-57.
25. Пахомов Ю.А., Хак Д.Л., Рогалев В.В., Пирогов Д.Н. Пла-
нирование эксперимента при построении универсальных
515
характеристик малооборотного дизеля//Двигателестроение.
— 1981.— №8. -С. 14—15.
26. Пахомов Ю.А., Коробков Ю.П., Дмитриевский Е.В., Васи-
льев Г.Л. Топливо и топливные системы судовых дизелей/
Под ред. Ю.А.Пахомова. — М.: РКонсульт, 2004. — 496 с.
27. Пахомов Ю.А., Красовский О.Г., Дмитриевский Е.В., Рога-
лев В.В. Эталонные модели параметров рабочего процесса
малооборотного дизеля для эксплуатационного контроля//
Двигателестроение. — 1983. — № 10. — С. 41—44.
28. Паюсов В.И. Новая дизельная продукция ОАО «Звезда»:
Тез. докл. на секциях конгресса «Двигателестроителей»//
Приложение к журналу «Двигателестроение». — 2003. —
№ 2. - С. 1-2.
29. Петухов В.А., Голубев В.С. Повышение экономичности су-
довых дизелей//Двигателестроение. — 1989. — № 6. — С. 36.
30. Расчет экономической эффективности новой техники:
Справ./Под общей ред. К.М.Великанова — Л.: Машино-
строение, 1990. — 480 с,
31. Речной регистр. Правила классификации и постройки су-
дов. — М.: Транспорт, 1995. — 467 с.
32. Рыжов В.А. Развитие и уровень параметров дизелей Коло-
менского завода. Создание необходимой научно-исследова-
тельской базы: Тез. докл. на секциях конгресса «Двигателе-
строителей»//Приложение к журналу «Двигателестрое-
ние». - 2003. - № 2. - С. 13.
33, Сенков Г.И. Судовые энергетические установки, их эксплу-
атация и ремонт. — Л.: Судостроение, 1986. — 328 с.
34. Семионичев С.Р., Румб В.К., Медведев В.В. Оценка пре-
дельных эксплуатационных параметров главного судового
дизеля/Морской вестник. — 2003. — № 1(1). — С. 80—82.
35. Сизых В.А. Судовые энергетические установки. — М.:
РКонсульт, 2003. — 264 с.
36. Технический кодекс по выбросам окислов азота от судовых
дизельных двигателей. MP/CONF. 3/WR. 4/Add. 1, 23 сен-
тября 1997 г.
37. Фарафонтов М.Ф. Испытания ДВС. Установки и приборы:
Учеб, пособие. — Челябинск: ЧГТУ, 1995. — 156 с.
516
38. Федышин В.И., Михайлов Л.И. Развитие среднеоборот-
ных дизелей за рубежом//Двигателестроение. — 1990. — №
1. - С. 53-59.
39. Федышин В.И., Михайлов Л.И. Развитие среднеоборотных
дизелей за рубежом//Двигателестроение. — 1990. - № 2. -
С. 48-53.
40. Фрид Е.Г. Устройство судна. — Л.: Судостроение, 1990. —
344 с.
41. Шелков С.М., Алейников С.К., Пахомов Ю.А., Рогалев В.В.
Улучшение топливной экономичности дизеля 6ДКРН 67/
140 — 4//Двигателестроение. — 1983. — № 12. — С. 38-40.
42. Aeberli К., Mikulicic N. The Sulzer RTA-Low Speed Engine
Range: Today and in the Future//CJMAC. — Hamburg, 2001. —
P. 1-16.
43. Basic Principles of Ship Propulsion — 3rd edition. — 2001. —
June 2001. — P. 254.
44. Das Entwicklungspotential grober Dieselmotoren. — Teii i.
Syassen Onno//MTZ: Motortechn Z. — 1990. — 51. — C. 9;
348-350; 352-353.
45. Disel and Gas Turbine Worldwinde. Emission Reduction
Technologies. — 2002. — May. — 48 p.
46. Emission control, two-stroke low-speed diesel engines. MAN
B&W A/S. — Copenhagen, 1996. — December.
47. Entwicklung des Schiffsmaschihenbaus 1864/1989//Hansa. —
1989. - 1/2. - P. 41-46.
48. Geist M. and Barrow S. Integrating Past, Present and Future:
How Owners and Operators can benefit from the latest
development even in older RTA engines//CJMAC. — Hamburg,
2001.
49. MAN B&W leads: Sulzer increasese Share//The Motor Ship. —
1993. - June. - P. 58.
50. MAN B&W Diesel Computerised Engine Application System.
Reg. № 24231. - 1999. - April.
51. MAN B&W Diesel A/S. Diesel Engines and the Environment —
Noise. — 1996. — August. — P. 327.
52. «NOX control in practice and demands made on owners and
engine builders», MAN B&W Diesel paper foe meeting at the
Maritime Museum in Bergen. 2000. — March.
517
53. Ole Grone, Kjeld Aaba. How to meet local and international
marine emission legislation, 2003.
54. Sakabe H., Okabe M. The UEC-LSII/LSE Engine Development
Program//CJMAC. - Hamburg, 2001. - P. 28-37.
55. Shipbuilding and marine engineering in Japan. 2001. — P. 252.
56. SMM’90 — Internationale Fachmesse Hamburg//MTZ:
Motortechn Z. - 1990. - 51. - № 9. - P. 395-396; 398-402.
518
ОГЛАВЛЕНИЕ
Условные обозначения................................3
От автора...........................................5
Глава 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СУДОВЫХ
ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.................................6
1.1. Исторические сведения о развитии судового
дизелестроения.................................6
1.2. Развитие теории судовых двигателей внутреннего
сгорания.......................................14
1.3. Основные тенденции развития современного
судового дизелестроения........................16
Глава 2. СУДОВЫЕ ДИЗЕЛИ...........................23
2.1. Технические требования к судовым дизелям....23
2.2. Типы и условные обозначения судовых дизелей.28
2.3. Параметры судовых дизелей...................34
2.3.1. Малооборотные дизели.................34
2.3.2. Среднеоборотные дизели...............40
2.3.3. Высокооборотные дизели...............52
2.4. Характеристики судовых дизелей..............58
Глава 3. ТИПЫ СУДОВ И ИХ ОСНОВНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ.....................................73
3.1. Общее понятие о судне и его устройстве......73
3.1.1. Признаки классификации судов.........79
3.2. Типы судов в зависимости от их назначения...80
3.2.1. Транспортные суда....................81
3.2.2. Промысловые суда.....................94
3.2.3. Служебно-вспомогательные суда........96
3.2.4. Суда технического флота..............98
519
3.3. Основные эксплуатационно-технические
и мореходные качества судов.......................98
3.3.1. Основные сечения корпуса...............98
3.3.2. Главные размерения................... 99
3.3.3. Грузоподъемность и грузовместимость....102
3.3.4. Скорость, мощность, дальность плавания
и автономность..........................105
3.3.5. Плавучесть, остойчивость и непотопляемость . 107
3.3.6. Управляемость.........................114
3.3.7. Натурные испытания судов..............115
Глава 4. СОСТАВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК............................118
4.1. Основные требования к СЭУ...................118
4.2. Основные элементы СЭУ.......................119
4.3. Классификация судовых дизельных энергетических
установок........................................126
4.4. Назначение и устройство судового валопровода.129
4.5. Судовые движители...........................134
4.5.1. Гребные винты фиксированного шага......135
4.5.2. Винты регулируемого шага..............139
4.5.3. Водометный и крыльчатый движители.
Гребные колеса..........................141
4.6. Основные конструктивные схемы передачи
мощности и рациональные области их применения ... 144
4.6.1. Дизельные установки с прямой передачей.....145
4.6.2. Дизель-редукторные установки..........150
4.6.3. Гидравлические передачи...............155
4.6.4. Электрические передачи................165
4.6.5. Комбинированные передачи..............168
4.6.6. Приводы валогенераторов...............170
4.7. Преимущества и недостатки различных типов
передач, влияние типа двигателя на
выбор передачи...................................176
4.7.1. Прямая передача.......................177
4.7.2. Механические передачи.................179
4.7.3. Преимущества и недостатки гидравлических
и электрических передач.................181
4.8. Влияние типа судна на выбор дизельной СЭУ....184
4.8.1. Дизельные энергетические установки судов
транспортного флота.....................185
520
4.8.2. Энергетические установки судов промыслового
и технического флота........................193
Глава 5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РЕЖИМЫ
ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ................................ 197
5.1. Характеристики пропульсивного комплекса.....198
5.1.1. Сопротивление корпуса судна..........198
5.1.2. Пропульсивные характеристики винтов..202
5.1.3. КПД винта............................205
5.1.4. Взаимодействие гребного винта с двигателем... 212
5.2. Диаграмма нагрузок главного двигателя......214
5.2.1. Терминология основных мощностей двигателя 214
5.2.2. Диаграммы выбора нагрузок главного двигателя221
5.3. Установившиеся режимы работы пропульсивного
комплекса.......................................225
5.3.1. Режимы совместной работы главного
двигателя с ВФШ при прямой передаче...........227
5.3.2. Режим работы двигателя с ВФШ при
редукторной передаче.........................233
5.3.3 Режим работы двигателя при наличии
в передаче муфт скольжения...................235
5.3.4. Особенности работы судового дизеля
в системе многовальных и многомашинных
установок...................................237
5.3.5. Режимы совместной работы двигателя
с винтом регулируемого шага..................241
5.3.6. Особенности работы пропульсивного
комплекса с ВРШ..............................247
5.3.7. Характеристики пропульсивного
комплекса с электрической передачей
мощности на гребной винт....................254
5.4. Неустановившиеся режимы работы
пропульсивного комплекса........................256
5.4.1. Страгивание судна и его разгон.......256
5.4.2. Реверсирование движительного
комплекса с ВФШ..............................262
5.4.3. Реверсирование движительного
комплекса с ВРШ..............................266
5.4.4. Реверсирование пропульсивного
комплекса с гидравлической передачей и
реверсивной муфтой..........................268
521
5.4.5. Особенности работы СЭУ при циркуляции
судна и плавании в штормовых условиях..271
5.4.6. Режимы маневрирования...............275
5.5. Выбор типа передач и главного двигателя...278
5.5.1. Типы муфт...........................278
5.5.2. Выбор типа муфты....................291
5.5.3. Типы редукторов и их выбор..........296
5.5.4. Выбор типа передачи................ 310
5.5.5. Выбор типа главного двигателя.......314
5.5.6. Выбор числа гребных валов и способа
реверсирования судна.......................322
Глава 6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ГЛАВНОГО
ДВИГАТЕЛЯ И ПЕРВДАЧ............................324
6.1. Показатели судовой дизельной установки....324
6.1.1. Энергетические показатели...........324
6.1.2. Показатели экономичности............327
6.1.3. Массогабаритные показатели..........329
6.1.4. Основные показатели надежности......334
6.2. Технико-экономическое обоснование проекта.335
6.2.1. Технико-экономический анализ выбора
главного двигателя из
существующего типажа.......................335
6.2.2. Расчет экономического эффекта от
производства и эксплуатации нового
двигателя..................................341
6.2.3. Технико-экономическая оценка СДУ....345
6.2.4. Метод чистого приведенного дохода...350
Глава 7. СИСТЕМЫ СУДОВОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ...................356
7.1. Назначение и общие требования к системам..356
7.2. Топливные системы.........................358
7.2.1. Расчет основных элементов судовой
топливной системы..........................368
7.3. Системы смазочного и охлаждающего масла...373
7.3.1. Системы смазывания распределительного
вала и цилиндро-поршневой группы...........378
7.3.2. Гравитационная системы..............381
522
7.3.3. Система маслоподачи малооборотного
крейцкопфного дизеля S26MC (ДКРН 26/98).... 383
7.3.4. Расчет системы маслоснабжения........385
7.4. Системы охлаждения..........................389
7.4.1. Проточная система охлаждения.........390
7.4.2. Замкнутая система охлаждения.........395
7.4.3. Центральная система охлаждения.......401
7.4.4. Основные параметры системы охлаждения.404
7.5. Система воздухоснабжения....................405
7.5.1. Система подачи воздуха для сгорания топлива ... 406
7.5.2. Система сжатого воздуха..............407
7.5.3. Получение и хранение сжатого воздуха.411
7.6. Системы выпускных газов.....................414
7.6.1. Система выпускных газов на главном двигателе 414
7.6.2. Система газоотвода...................415
Глава 8. РАЗМЕЩЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ
В МАШИННОМ ОТДЕЛЕНИИ
СЕРИЙНЫХ СУДОВ.....................................421
8.1. Расположение машинного отделения по
длине корпуса судна.............................421
8.2. Расположение главного двигателя и
вспомогательного оборудования
в машинном отделении...........................424
8.3. Требования к размещению оборудования систем.428
8.4. Фундаменты под установку механизмов.........432
8.5. Крепление энергетического оборудования
к фундаменту...................................434
8.6. Примеры размещения механизмов
энергетической установки в машинном отделении..441
Глава 9. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ....................................450
9.1. Понятие о шуме и вибрации и их воздействие
на человека....................................450
9.2. Параметры шума и вибрации...................454
9.3. Измерение шума и вибрации двигателя.........458
9.4. Шумовые и вибрационные характеристики.......464
9.5. Пути снижения уровней шума и вибрации
и их предельно допустимые нормы.................472
523
9.6. Влияние водного транспорта на экологию
окружающей среды..................................476
9.7. Основные компоненты отработавших газов и их
воздействие на организм человека.................478
9.8. Дымность отработавших газов..................481
9.8.1. Режимы испытаний и методы измерений...482
9.8.2. Нормы дымности отработавших газов.....490
9.9. Выбросы вредных веществ с
отработавшими газами..............................491
9.9.1. Нормы и методы определения выбросов
вредных веществ с отработавшими газами........493
9.9.2. Газоанализаторы и оборудование
испытательного стенда.........................497
9.9.3. Характеристики вредных веществ........502
9.9.4. Методы снижения выбросов вредных
веществ с отработавшими газами................503
Список литературы.................................514
524
Информация об авторе
Пахомов Юрий Алексеевич родился в 1939 г. Окончил Смолен-
ский энергетический техникум по специальности «Котельные и
паротурбинные установки электрических станций», Брянский
институт транспортного машиностроения (присвоена квалифика-
ция инженер-механик по двигателям внутреннего сгорания) и ас-
пирантуру Ленинградского кораблестроительного института
(присвоена ученая степень кандидата технических наук по специ-
альности «Тепловые двигатели»).
Работал около 16 лет в дизельном производстве Брянского
машиностроительного завода инженером, затем руководителем
группы экспериментального отдела и главным конструктором на
заводе тепловозных дизелей. Около 15 лет возглавлял в Централь-
ном научно-исследовательском дизельном институте вначале
группу, а затем и лабораторию при Брянском машиностроитель-
ном заводе. Около 20 лет работает доцентом на кафедре «Тепло-
вые двигатели» Брянского государственного технического уни-
верситета. Основные дисциплины, читаемые автором: «Энергети-
ческие установки с ДВС», «Основы научных исследований и ис-
пытаний двигателей», «Автоматическое регулирование и управле-
ние ДВС» и др. Ему присвоена ученая степень старшего научного
сотрудника и доцента.
Вся трудовая деятельность Ю.А.Пахомова по настоящее время
связана с изучением, исследованиями, испытаниями судовых дви-
гателей внутреннего сгорания и энергетических установок на их
базе. Ю.А.Пахомов опубликовал более 100 научных статей в жур-
налах «Двигателестроение», «Энергомашиностроение» и сборни-
ках ЛКИ, ЛВИМу, МВТУ им. Н.Э.Баумана, Министерства морс-
кого флота, БГТУ, ЮУрГУ и др. Им в соавторстве подготовлен
учебник «Топливо и топливные системы судовых дизелей».
525