Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки». Лекции судовые электроприводы


Введение. Судовая энергетическая установка — Мегаобучалка

Классификация СЭУ. Назначение и требования к СЭУ.

 

Введение. Современное развитие транспортного флота характеризуется созданием высокопроизводительных грузовых, буксирных и пассажирских судов; повышением их мощности и скорости хода; оборудованием высокоэффективными и экономичными механизмами, устройствами, системами, средствами автоматизации и механизации; стандартизацией и унификацией отдельных механизмов и судовых энергетических установок в целом.

С ростом грузоподъёмности и скорости хода судов увеличивается их энергооснащённость и мощность главных двигателей. В связи с этим судовые энергетические установки, затраты на которые составляют около 35% общей строительной стоимости судов, оказывают большое влияние на технико-эксплуатационные и экономические показатели флота. Большое значение в повышении эффективности работы морского транспорта имеет техническая эксплуатация флота; на неё приходится около 50% расходов, отнесённых на себестоимость перевозок грузов.

Классификация СЭУ. Судовая энергетическая установка представляет собой комплекс технических средств (тепловых двигателей, агрегатов, механизмов и систем), предназначенных для автономного обеспечения судна всеми видами энергии, необходимыми для его использования по назначению.

Судовые энергетические установки классифицируются как по роду используемого топлива (с органическим и ядерным топли­вом), так и по типу двигателя - двигатели внутреннего сгорания (ДВС), паротурбинные установки (ПТУ) и газотурбинные (ГТУ), а также комбинированные, состоящие из двигателей различных типов.

Состав СЭУ. В состав СЭУ входят главные и вспомогательные энергетические установки.

Главная энергетическая установка включает в себя главный двигатель, главную судовую передачу, валопровод и движитель. Эти элементы главной СЭУ составляют судовой машинно-движительный комплекс (МДК), энергия которого используется для движения судна, а на траулерах и для привода в действие валогенераторов.

Для работы главной СЭУ необходимы:

- непрерывная подача топлива и воздуха к главным двигателям;

- подача смазки к узлам трения двигателя, главной передачи и судового валопровода;

- постоянный отвод теплоты от деталей, работающих в зоне высоких ­ температур, масла, воспринимающего теплоту трения, охлаждаю­щих жидкостей, непосредственно соприкасающихся с горячими деталями двигателя и выпускными газами;

— специальные средства для запуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и отвода от них продуктов сгорания топлива.

Эти функции выполняют системы энергетической установки: топливная, масляная, охлаждения, сжатого воздуха и газовоздушная. Каждая из систем включает вспомогательные механизмы, обеспечива­ющие циркуляцию (перемещение) рабочих тел, емкости для их хране­ния, теплообменные аппараты, трубопроводы, арматуру, средства контроля и управления.

Для привода в действие вспомогательных механизмов нужна электрическая энергия, а для подогрева топлива - пар низких пара­метров. Источниками энергии для этих целей служат судовые электри­ческие станции (СЭС) и вспомогательные котельные установки (ВКУ).

Агрегаты СЭС и ВКУ со своими системами составляют вспомогатель­ные энергетические установки. Системы, обеспечивающие работу дизель-генераторов (ДГ), подобны системам главной СЭУ. Работу ВКУ обеспечивают топливная, конденсатно-питательная и газовоздушная системы.

Вспомогательные энергетические установки лишь формально считают вспомогательными. Они играют важную роль в обеспечении безопасности мореплавания, живучести судна и его функционировании по своему назначению. Вспомогательные энергетические установ­ки снабжают все потребители электроэнергией и паром низких пара­метров на судне, в том числе механизмы и оборудование систем главной энергетической установки.

Судовую энергетическую установку, как и само судно, собирают на верфи. Тепловые двигатели, паровые котлы, насосы, теплообменни­ки, средства управления и автоматики и множество других комплек­тующих изделий, даже находясь на складах судоверфи, еще не пред­ставляет собой судовой энергетической установки. Только смонтиро­ванное в энергетическом отсеке судна и надлежащим образом соеди­ненное между собой трубопроводами и электрическими кабелями оно обретает технические свойства судовой энергетической установки.

Судовая энергетическая установка состоит из комплекса оборудования (тепловых двигателей, механизмов, аппаратов, магистралей, систем), предназначенного для преобразования энергии топлива в механическую, электрическую и тепловую энергию и транспортировки её к потребителям.

Указанные виды энергии обеспечивают: движение судна с заданной скоростью; безопасность и надёжность плавания; работу механизмов машинного помещения, палубных механизмов и устройств; электрическое освещение; действие средств судовождения, управления механизмами, сигнализации и автоматики; общесудовые и бытовые нужды экипажа; выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения.

Требования к СЭУ.Судовая энергетическая установка должна удовлетворять следующим основным технико-экономическим и эксплуатационным требованиям:

– быть экономичной, т. е. строительная стоимость и эксплуатационные затраты на неё должны быть оптимальными;

– ГСЭУ должна обеспечивать заданную скорость хода судна, обладать достаточными маневренными качествами на всех режимах его движения и иметь высокий моторесурс;

– снабжать потребителей различными видами энергии и холодом при высокой экономичности процессов превращения тепловой энергии в механическую и электрическую;

– процессы управления и регулирования должны быть автоматизированы;

– быть надёжной, т.е. иметь оптимальную вероятность безотказной работы, требовать минимальное время на устранение неисправностей и сохранять работоспособность в аварийных ситуациях;

– при работе не оказывать вредного воздействия на обслуживающий персонал, пассажиров и не загрязнять окружающую среду;

– иметь малые габариты и массу.

В качестве главных и вспомогательных двигателей в ДЭУ применяются поршневые ДВС – дизели, работающие по открытому циклу.

Дизельные энергетические установки получили широкое распространение на судах различного назначения вследствие ряда положительных особенностей:

– возможности создания большого диапазона агрегатных мощностей на базе стандартных типоразмеров цилиндров;

– доступности использования различных типов передач;

– сравнительно высокой экономичности;

– относительной простоты автоматизации управления.

На транспортных судах новой постройки в качестве главных и вспомогательных двигателей устанавливают исключительно дизели.

На флоте в большинстве случаев в качестве главных применяют четырёхтактные дизели с наддувом, реверсивные среднеоборотные и нереверсивные повышенной оборотности.

В качестве вспомогательных обычно устанавливаются четырёхтактные дизели без наддува повышенной оборотности.

Широкому распространению дизелей в СЭУ способствует непрерывное улучшение их технико-экономических показателей путём совершенствования наддува и рабочего процесса, применения тяжёлых сортов топлива, использования двухконтурной системы охлаждения, повышения надёжности и моторесурса, автоматизации процессов управления, контроля и диагностирования.

Дальнейшее повышение экономичности судовых дизелей в основном должно происходить за счёт утилизации теплоты выпускных газов и охлаждающей дизель воды. Теплота, получаемая в утилизационном котле, работающем на выпускных газах, и охлаждающей дизель воды может быть использована в системе теплоснабжения судна или для получения искусственного холода. На теплоходах с большими агрегатными мощностями, работающих длительное время на постоянном режиме и потребляющих большое количество электроэнергии, пар, получаемый в утилизационных котлах, можно использовать в паровой турбине турбоэлектрогенератора.

Повышение экономичности ДЭУ тесно связано с увеличением уровня их надёжности и ресурса. Поэтому на перспективу предусматривается увеличение ресурса дизелей, приближение сроков службы дизеля к срокам службы судна, резкое увеличение сроков службы до первой переборки, сроков необслуживаемой работы, что позволит значительно снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт.

Эффективное использование ДЭУ, надёжная их эксплуатация и высокая производительность труда обслуживающего персонала обеспечиваются комплексной автоматизацией установки.

 

Вопросы для самопроверки

Состав судовой энергетической установки.

Виды энергии, обеспечивающие движение судна.

Технико-экономические показатели судовой энергетической установки.

 

megaobuchalka.ru

Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки»

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Судовые энергетические установки»для специальности 1180100 «Кораблестроение»

Составитель

Якунчиков В. В.

МОСКВА 2006

Оглавление

п/п

Название темы стр
Назначение СЭУ. История развития, классификация и состав СЭУ. Газотурбинные, паровые, атомные СЭУ. 2
Современные ДЭУ речных и река-море судов. Заводы – производители. Главные показатели современных ДЭУ. 22
Мощность СЭУ (эмпирическая зависимость). Мощность СДВС (расчетная формула). Турбонаддув. Требования РРР к судовым дизелям (по частоте вращения). Работа СДВС по винтовой характеристике. Тяжелый и легкий винт. 23
Выбор главных двигателей. Технико – экономическое обоснование выбора ГД. 27
Главные судовые передачи и муфты, судовой валопровод. Определение диаметра валопровода по формуле Регистра. 29
Топлива и масла. Физико-химические свойства топлива и смазочных материалов, применяемых в СЭУ. Браковочные параметры масел. 35
Системы СЭУ. Системы: топливная, смазки, охлаждения, газовыпуска, пуска ДВС, принципиальные схемы. 43
Запасы СЭУ. Автономность по различным системам СЭУ. Расчет запаса топлива и масла. Расчет запасов питьевой воды, сточных емкостей. Судовые емкости (цистерны), конструкция. 51
Вспомогательные СЭУ.

Расчет судовой электростанции (СЭС), выбор мощности дизель - генераторов.

55
Управление энергетической установкой и её автоматизация.

Уровни автоматизации МКО.

67
Нормирование вредных выбросов отработавших газов СДВС, методы снижения ВВ ОГ. 71
Судовые средства защиты окружающей среды (станции очистки нефтесодержащих и сточных вод). 77
Основные сведения о перспективах развития судовых энергетических установок. Перспективные топлива. 84
Расположение ЭУ на судне (ко­рабле).

Проектирование МО. Учет требований РРР, СанПиН при проектировании МО. Расчет весовой нагрузки и определение центра тяжести МО.

92
Понятие САПР. Общие сведения о CAD/CAM/CAE-системах.

Применение систем автоматизированного проектирования при проектировании и создании судна на примере среды САПР Solid Works.

96
Практические вопросы использования среды Solid Works. Особенности, функциональные возможности. Типы представления модели. Интерфейс пользователя. Режим эскиза. Режим детали. Режим сборки. Получение чертежа из 3D модели. 106
Элементы CAE – COSMOS Works. Основные понятия. МКЭ. Граничные условия. Прочностные расчеты. Примеры. 115
ЛИТЕРАТУРА 119

^ 1.1 Назначение И классификация СЭУ

Судовая энергетическая установка (СЭУ) служит для сообщения хода судну, а также для обеспечения судовых потребителей необходимыми видами энергии (тепловой, электрической и пр.).

Судовые энергетические установки классифицируются как по роду используемого топлива (с органическим или ядерным топливом), так и по типу двигателя — двигатели внутреннего сгорания (ДВС), паротурбинные установки (ПТУ) и газотурбинные (ГТУ), а также комбинированные, состоящие из двигателей различных типов. ^

1.2.1 Век пара

История СЭУ начинается с веком пара. Подобно тому, как парус позволил в 10 раз уменьшить экипаж на судне, первые паровые машины позволили добиться того же, и на 100 лет завоевали море. В 1769 Джеймс Уатт получает патент на свое изобретение - двигатель, рабочий ход которого обеспечивался не созданием разряжения, как на существующих с XVI века поршневых насосах, а избыточным давлением, подаваемым в цилиндр. Начало эпохи транспортного машиностроения относится к 1781 г., когда Уатт создает двигатель с вращающимся моментом на валу, на котором впервые применяются планетарный механизм преобразования поступательного движения, регулятор частоты вращения и водомерное стекло на котле.

В 1784 г. Уатт создает первый двигатель двойного действия с кривошипно-шатунным механизмом, который на долгие годы стал главной энергетической установкой морских паровых судов.

Практическая эксплуатация пароходов началась в США благодаря выдающемуся американскому инженеру и изобретателю Дж. Фитчу (John Fitchs, 1743-1798), создавшему первые в истории флота линейные паровые суда. В схеме своего первого парохода (1787 г.) Дж. Фитч применил паровую машину в качестве движителя весла, но уже на втором паровом судне (1788 г.) Дж. Фитч объединил три весла в круг, воссоздав в Новом Свете гребное колесо.

В 1796 г. Дж.Фитч строит паровой катер с гребным винтом "Collect" и начинает его испытания в Нью - Йоркской гавани, намного опередив свое время. К сожалению, несмотря на то, что он отработал на пробных рейсах более 1000 км, изобретение оказалось потерянным после смерти его автора.

Первый российский пароход "Елизавета" был построен на заводе Ч. Берда в С.-Петербурге на базе тихвинской речной баржи (длина 18,3 м, ширина 4,5 м, осадка 0,61 м, водоизмещение 30 т), на которую были установлены бортовые гребные колеса диаметром 2,4 м и шириной 1,2 м и балансирная паровая машина Уатта мощностью 4 л. с., что позволяло судну развивать скорость до 6 узлов. Первый официальный рейс пароход совершил 3 ноября 1815 г. из Петербурга в Кронштадт.

В 1820 г. в России работало пятнадцать судов данного типа с паровыми машинами от 12 до 32 л.с.

В 1836 г. русский академик Борис Семенович Якоби создает первый в мире электроход – катер с гребными колесами, которые вращал электродвигатель, питавшийся от батареи гальванических элементов, однако скорость судна в силу малой эффективности колесного движителя и низкой энергоемкости первых аккумуляторов составила менее 1,5 узла. Гребной винт был изобретен только в следующем году и получил признание на флоте лишь через 7 лет, а практически пригодные для электродвижения аккумуляторы появились только в 70-х годах XIX века.

Самым большим колесным пароходом в истории флота стал "Великий восток" ("Great Eastern"), заложенный в Англии в 1854 и спущенный на воду в 1859, через год после смерти его создателя И. К. Брунеля. Длина судна составляла - 680 ft/207 м, ширина - 83 ft/25 м, осадка - 58 ft/18 м, высота надводной части - 28 ft/8,5 м, водоизмещение - 24000 т. Первоначальная сметная стоимость судна составляла £500 000, но заказчик - компания "Австралийские линии", потребовала снизить ее до £377 000. Судно строилось для грузоперевозок между Австралией и Великобританией и позволяло обеспечить транспортировку 4000 человек без захода в порты для пополнения запасов угля, продовольствия и воды.

В состав силовой установки входили четыре паровых двигателя с цилиндрами диаметром 74 дюйма/187 см и ходом поршня 14 ft/426 см. Общая поверхность нагрева паровых котлов составляла 44000 кв.ft/~4100 кв.м. В качестве ходового привода использовались гребные колеса диаметром 56 ft/57 м. При этом, в качестве резервного способа движения судна использовался гребной винт. Средняя скорость парохода при номинальной мощности СЭУ 10 000 л.с./7360 кВт составляла 16,5 узлов (30 км/час). ^

В Европе действие винта в жидкости было впервые изучено известным механиком древности - Архимедом (287-212 гг. до н.э.), а применить его в качестве судового движителя впервые предложил в 1681 г. доктор Р. Гук (Dr. Hooke, 1635-1703). Теоретическая база для расчета гребных винтов создана петербургскими академиками Д. Бернули (1752 г.) и Л. Эйлером (1764 г.), но востребованной она оказалась только после появления относительно быстроходных паровых машин.

Патент на первый гребной винт получил Джозеф Брамах (Joseph Bramah, UK) 9 мая 1785 г., но первая работающая конструкция винта была реализована в США на одно- и двухвинтовых паровых баркасах, построенных американцем Джоном Стевенсом (John Stevens) в 1804 и 1805 гг.

В Европе первый судовой кормовой гребной винт был спроектирован и установлен инженером из Богемии И. Ресселем (Joseph Ressel) в 1829 г. на п/х "Циветта" (Civetta) водоизмещением 48 т. На испытаниях, проведенных в Триесте, судно развило скорость 6 узлов, но ввиду несовершенства двигателя и активного противодействия морской администрации дальнейшие опыты не производились.

Начало практического применения винтов положили шведский инженер Джон Эриксон (John Ericsson) и английский фермер Ф. П. Смит (F.P.Smith). Оба получили в 1836 г. патенты на суда с винтовым движителем. Оба в 1837 г. построили в Англии небольшие паровые буксиры для Лондонского порта: Смит - 6-сильный буксир водоизмещением 6 т. и винтом Архимеда, а Эриксон - вдвое более мощный пароход, "Francis B. Ogden" (40x8 ft, 15 т.), оснащенный двухпропеллерным винтом с противоположным вращением лопастей.

На ходовых испытаниях судно Эриксона развило не очень большую скорость - всего 10 узлов, но самые удивительные результаты были получены при буксировке парусных судов по Темзе. Маленький пароход с 12-сильной машиной обеспечил буксировку 140-тонной шхуны со скоростью 7 узлов, а большого американского пакетбота "Toronto" (250 т.) со скоростью 5 узлов. В судостроении появилось понятие полезный упор движителя, который для винтов в десятки раз превышал эффективность колесного привода. Демонстрация очевидной эффективности гребного винта положила конец активному противоборству сторонников парусного и парового флотов, а 1838 г. считается концом эры парусного флота.^

В 1846 г. доктор Проспер Пейерн построил во Франции первую подводную лодку с механическим приводом винта (паровой машиной), разработанным в 1795 г. его соотечественником Арманом Мезьером. В оригинальной энергетической установке лодки, названной "Гидростат", пар к машине поступал от котла, в герметически закрытой топке которого сжигалось специально приготовленное топливо – спрессованные брикеты смеси селитры с углем, выделявшие при горении необходимый кислород. Одновременно в топку подавалась вода. Водяной пар и продукты сгорания топлива направлялись в паровую машину, откуда, после выполнения работы, отводились за борт через невозвратный клапан. Ненадежность и трудная управляемость системы не позволили применить это изобретение для практических целей.

В 1879 г. была построена подводная лодка с паровым котлом, рассчитанным на рабочее давление 10 кгс/кв.см и работавшим на пониженном давлении при надводном ходе. Перед погружением котел форсировался, и давление поднималось до рабочего. Затем горение прекращалось, и паровая машина продолжала работать за счет оставшегося в паросборнике котла пара. На испытаниях выяснилось, что запаса пара хватало на 12 миль плавания под водой. Лодка была признана непригодной для боевого применения из-за малой скорости, ограниченной дальности плавания в подводном положении и чрезмерной сложности перехода из надводного в подводное положение, требующего изменения режима работы парового котла.

В 1873-1877 гг. в России был разработан прототип свинцово-кислотного аккумулятора, который запатентовал французский ученый К. Фор, и по заказу Французского флота в 1884 г. организовал его промышленное производство. На флоте появился электропривод.

В 1888 г. во Франции был построен опытный образец полнофункциональной подводной лодки "Жимнот" водоизмещением 31 т. В качестве двигателя (единого для надводного и подводного хода) на ней был применен электромотор мощностью 50 л. с. с питанием от аккумуляторной батареи массой 9,5 т, что составило почти 30% от водоизмещения корабля.

На испытаниях, начавшихся в 1889 г., лодка показала в подводном положении скорость от 5 до 7 узлов при дальности плавания от 65 до 45 миль.1.2.4 Броненосцы

Почти сразу после Крымской войны Англия, Франция и Германия приняли программы строительства броненосного флота, но только британская промышленность, имевшая опыт строительства SS Great Britain, была готова приступить к постройке полностью железных боевых судов.

В 1859 г. был заложен первый полностью железный батарейный винтовой броненосец "Уорриер" ("Warrior" - воин), по современной классификации - фрегат, спущенный на воду в 1861 г. Англичане считают, что именно "Уорриер" был первым судном, обладающим основными характеристиками броненосных кораблей. Машинное и котельное отделение обслуживали 66 кочегаров и машинистов, 10 инженеров и два старших механика. За рейс в котельном отделении вручную перекидывали 850 т. угля и 50 т. золы. Это была грязная работа в тяжелых условиях - постоянная качка, угольная пыль, температура до 45°C. Именно эти факторы привели к тому, что работа кочегаров и машинистов оплачивалась на 50 % выше, чем у палубных матросов, а поиск более совершенных ЭУ для флота надолго стал приоритетом военного и гражданского судостроения.

^

Кардинальное повышение эффективности судовых энергетических установок было связано не с совершенствованием паровых двигателей, а с изобретением турбин, позволивших не только поднять к.п.д. СЭУ, но и на порядок уменьшить массогабаритные характеристики судового двигателя.

Термин турбина происходит от французкого слова - turbine, пришедшего из латинского turbo — вихрь, вращение с большой скоростью.

В 1882 г. шведский инженер Карл Густав Патрик де Лаваль (Carl Gustav Patric de Laval, 1845 -1913) создал первую импульсную паровую турбину, в 1883 г. построил и использовал морскую реверсивную турбину, запатентованную в 1883 г., частота вращения которой достигала 42 000 оборотов в минуту. Главная заслуга Лаваля в разработке паровых турбин заключалась в том, что конструкция его сопла позволила примерно в 5 раз увеличить возможность использования потенциальной энергии струи пара, повысив скорость его истечения c 800 ft/с (244 м/c) до 4000 ft/c (1220 м/c), но, несмотря на это, одноступенчатые паровые турбины не позволяли дать однозначного заключения об их преимуществе перед паровыми машинами.

Промышленное использование паровых турбин стало возможным лишь после того, как сэр Чалз А. Парсонс (Sir Charles Algernon Parsons, 1854-1931) создал в 1884 первую многоступенчатую паровую турбину мощностью 10 л.с. (18 000 об/мин). Турбины Парсонса использовались для привода электрогенераторов, мощность которых на первом этапе развития электроэнергетики составляла от 1 до 75 кВт.

В 1893 г. Ч. Парсонс основал компанию морских паровых турбин ("Marine Steam Turbine Company") и предложил Британскому Адмиралтейству построить турбоход. Первый турбоход "Турбиния" - длина 104 ft/37.8 м, максимальная ширина 9 ft/3.2м, водоизмещение 44,5 т., был заложен 2 августа 1894 г.

В 1896 турбоход был спущен на воду, и начались ходовые испытания. На первых испытаниях теплоход показал скорость всего 20 узлов при мощности турбины около 2000 л.с., что потребовало пересмотра сложившихся представлений к проектированию корпуса и винта, выработанных для пароходов.

После перехода на трехвинтовую схему пропульсивного комплекса, доводки обводов судна, решения проблем с кавитацией винтов и заменой одного турбоагрегата на три многоступенчатые турбины "Турбиния" была сдана заказчику, показав на испытаниях 1897 года максимальную скорость в 34.5 узла (61 км/час) при мощности ЭУ - 2300 л.с.

userdocs.ru

Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки»

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Судовые энергетические установки»для специальности 1180100 «Кораблестроение»

Составитель

Якунчиков В. В.

МОСКВА 2006

Оглавление

п/п

Название темы стр
Назначение СЭУ. История развития, классификация и состав СЭУ. Газотурбинные, паровые, атомные СЭУ. 2
Современные ДЭУ речных и река-море судов. Заводы – производители. Главные показатели современных ДЭУ. 22
Мощность СЭУ (эмпирическая зависимость). Мощность СДВС (расчетная формула). Турбонаддув. Требования РРР к судовым дизелям (по частоте вращения). Работа СДВС по винтовой характеристике. Тяжелый и легкий винт. 23
Выбор главных двигателей. Технико – экономическое обоснование выбора ГД. 27
Главные судовые передачи и муфты, судовой валопровод. Определение диаметра валопровода по формуле Регистра. 29
Топлива и масла. Физико-химические свойства топлива и смазочных материалов, применяемых в СЭУ. Браковочные параметры масел. 35
Системы СЭУ. Системы: топливная, смазки, охлаждения, газовыпуска, пуска ДВС, принципиальные схемы. 43
Запасы СЭУ. Автономность по различным системам СЭУ. Расчет запаса топлива и масла. Расчет запасов питьевой воды, сточных емкостей. Судовые емкости (цистерны), конструкция. 51
Вспомогательные СЭУ.

Расчет судовой электростанции (СЭС), выбор мощности дизель - генераторов.

55
Управление энергетической установкой и её автоматизация.

Уровни автоматизации МКО.

67
Нормирование вредных выбросов отработавших газов СДВС, методы снижения ВВ ОГ. 71
Судовые средства защиты окружающей среды (станции очистки нефтесодержащих и сточных вод). 77
Основные сведения о перспективах развития судовых энергетических установок. Перспективные топлива. 84
Расположение ЭУ на судне (ко­рабле).

Проектирование МО. Учет требований РРР, СанПиН при проектировании МО. Расчет весовой нагрузки и определение центра тяжести МО.

92
Понятие САПР. Общие сведения о CAD/CAM/CAE-системах.

Применение систем автоматизированного проектирования при проектировании и создании судна на примере среды САПР Solid Works.

96
Практические вопросы использования среды Solid Works. Особенности, функциональные возможности. Типы представления модели. Интерфейс пользователя. Режим эскиза. Режим детали. Режим сборки. Получение чертежа из 3D модели. 106
Элементы CAE – COSMOS Works. Основные понятия. МКЭ. Граничные условия. Прочностные расчеты. Примеры. 115
ЛИТЕРАТУРА 119

^ 1.1 Назначение И классификация СЭУ

Судовая энергетическая установка (СЭУ) служит для сообщения хода судну, а также для обеспечения судовых потребителей необходимыми видами энергии (тепловой, электрической и пр.).

Судовые энергетические установки классифицируются как по роду используемого топлива (с органическим или ядерным топливом), так и по типу двигателя — двигатели внутреннего сгорания (ДВС), паротурбинные установки (ПТУ) и газотурбинные (ГТУ), а также комбинированные, состоящие из двигателей различных типов. ^

1.2.1 Век пара

История СЭУ начинается с веком пара. Подобно тому, как парус позволил в 10 раз уменьшить экипаж на судне, первые паровые машины позволили добиться того же, и на 100 лет завоевали море. В 1769 Джеймс Уатт получает патент на свое изобретение - двигатель, рабочий ход которого обеспечивался не созданием разряжения, как на существующих с XVI века поршневых насосах, а избыточным давлением, подаваемым в цилиндр. Начало эпохи транспортного машиностроения относится к 1781 г., когда Уатт создает двигатель с вращающимся моментом на валу, на котором впервые применяются планетарный механизм преобразования поступательного движения, регулятор частоты вращения и водомерное стекло на котле.

В 1784 г. Уатт создает первый двигатель двойного действия с кривошипно-шатунным механизмом, который на долгие годы стал главной энергетической установкой морских паровых судов.

Практическая эксплуатация пароходов началась в США благодаря выдающемуся американскому инженеру и изобретателю Дж. Фитчу (John Fitchs, 1743-1798), создавшему первые в истории флота линейные паровые суда. В схеме своего первого парохода (1787 г.) Дж. Фитч применил паровую машину в качестве движителя весла, но уже на втором паровом судне (1788 г.) Дж. Фитч объединил три весла в круг, воссоздав в Новом Свете гребное колесо.

В 1796 г. Дж.Фитч строит паровой катер с гребным винтом "Collect" и начинает его испытания в Нью - Йоркской гавани, намного опередив свое время. К сожалению, несмотря на то, что он отработал на пробных рейсах более 1000 км, изобретение оказалось потерянным после смерти его автора.

Первый российский пароход "Елизавета" был построен на заводе Ч. Берда в С.-Петербурге на базе тихвинской речной баржи (длина 18,3 м, ширина 4,5 м, осадка 0,61 м, водоизмещение 30 т), на которую были установлены бортовые гребные колеса диаметром 2,4 м и шириной 1,2 м и балансирная паровая машина Уатта мощностью 4 л. с., что позволяло судну развивать скорость до 6 узлов. Первый официальный рейс пароход совершил 3 ноября 1815 г. из Петербурга в Кронштадт.

В 1820 г. в России работало пятнадцать судов данного типа с паровыми машинами от 12 до 32 л.с.

В 1836 г. русский академик Борис Семенович Якоби создает первый в мире электроход – катер с гребными колесами, которые вращал электродвигатель, питавшийся от батареи гальванических элементов, однако скорость судна в силу малой эффективности колесного движителя и низкой энергоемкости первых аккумуляторов составила менее 1,5 узла. Гребной винт был изобретен только в следующем году и получил признание на флоте лишь через 7 лет, а практически пригодные для электродвижения аккумуляторы появились только в 70-х годах XIX века.

Самым большим колесным пароходом в истории флота стал "Великий восток" ("Great Eastern"), заложенный в Англии в 1854 и спущенный на воду в 1859, через год после смерти его создателя И. К. Брунеля. Длина судна составляла - 680 ft/207 м, ширина - 83 ft/25 м, осадка - 58 ft/18 м, высота надводной части - 28 ft/8,5 м, водоизмещение - 24000 т. Первоначальная сметная стоимость судна составляла £500 000, но заказчик - компания "Австралийские линии", потребовала снизить ее до £377 000. Судно строилось для грузоперевозок между Австралией и Великобританией и позволяло обеспечить транспортировку 4000 человек без захода в порты для пополнения запасов угля, продовольствия и воды.

В состав силовой установки входили четыре паровых двигателя с цилиндрами диаметром 74 дюйма/187 см и ходом поршня 14 ft/426 см. Общая поверхность нагрева паровых котлов составляла 44000 кв.ft/~4100 кв.м. В качестве ходового привода использовались гребные колеса диаметром 56 ft/57 м. При этом, в качестве резервного способа движения судна использовался гребной винт. Средняя скорость парохода при номинальной мощности СЭУ 10 000 л.с./7360 кВт составляла 16,5 узлов (30 км/час). ^

В Европе действие винта в жидкости было впервые изучено известным механиком древности - Архимедом (287-212 гг. до н.э.), а применить его в качестве судового движителя впервые предложил в 1681 г. доктор Р. Гук (Dr. Hooke, 1635-1703). Теоретическая база для расчета гребных винтов создана петербургскими академиками Д. Бернули (1752 г.) и Л. Эйлером (1764 г.), но востребованной она оказалась только после появления относительно быстроходных паровых машин.

Патент на первый гребной винт получил Джозеф Брамах (Joseph Bramah, UK) 9 мая 1785 г., но первая работающая конструкция винта была реализована в США на одно- и двухвинтовых паровых баркасах, построенных американцем Джоном Стевенсом (John Stevens) в 1804 и 1805 гг.

В Европе первый судовой кормовой гребной винт был спроектирован и установлен инженером из Богемии И. Ресселем (Joseph Ressel) в 1829 г. на п/х "Циветта" (Civetta) водоизмещением 48 т. На испытаниях, проведенных в Триесте, судно развило скорость 6 узлов, но ввиду несовершенства двигателя и активного противодействия морской администрации дальнейшие опыты не производились.

Начало практического применения винтов положили шведский инженер Джон Эриксон (John Ericsson) и английский фермер Ф. П. Смит (F.P.Smith). Оба получили в 1836 г. патенты на суда с винтовым движителем. Оба в 1837 г. построили в Англии небольшие паровые буксиры для Лондонского порта: Смит - 6-сильный буксир водоизмещением 6 т. и винтом Архимеда, а Эриксон - вдвое более мощный пароход, "Francis B. Ogden" (40x8 ft, 15 т.), оснащенный двухпропеллерным винтом с противоположным вращением лопастей.

На ходовых испытаниях судно Эриксона развило не очень большую скорость - всего 10 узлов, но самые удивительные результаты были получены при буксировке парусных судов по Темзе. Маленький пароход с 12-сильной машиной обеспечил буксировку 140-тонной шхуны со скоростью 7 узлов, а большого американского пакетбота "Toronto" (250 т.) со скоростью 5 узлов. В судостроении появилось понятие полезный упор движителя, который для винтов в десятки раз превышал эффективность колесного привода. Демонстрация очевидной эффективности гребного винта положила конец активному противоборству сторонников парусного и парового флотов, а 1838 г. считается концом эры парусного флота.^

В 1846 г. доктор Проспер Пейерн построил во Франции первую подводную лодку с механическим приводом винта (паровой машиной), разработанным в 1795 г. его соотечественником Арманом Мезьером. В оригинальной энергетической установке лодки, названной "Гидростат", пар к машине поступал от котла, в герметически закрытой топке которого сжигалось специально приготовленное топливо – спрессованные брикеты смеси селитры с углем, выделявшие при горении необходимый кислород. Одновременно в топку подавалась вода. Водяной пар и продукты сгорания топлива направлялись в паровую машину, откуда, после выполнения работы, отводились за борт через невозвратный клапан. Ненадежность и трудная управляемость системы не позволили применить это изобретение для практических целей.

В 1879 г. была построена подводная лодка с паровым котлом, рассчитанным на рабочее давление 10 кгс/кв.см и работавшим на пониженном давлении при надводном ходе. Перед погружением котел форсировался, и давление поднималось до рабочего. Затем горение прекращалось, и паровая машина продолжала работать за счет оставшегося в паросборнике котла пара. На испытаниях выяснилось, что запаса пара хватало на 12 миль плавания под водой. Лодка была признана непригодной для боевого применения из-за малой скорости, ограниченной дальности плавания в подводном положении и чрезмерной сложности перехода из надводного в подводное положение, требующего изменения режима работы парового котла.

В 1873-1877 гг. в России был разработан прототип свинцово-кислотного аккумулятора, который запатентовал французский ученый К. Фор, и по заказу Французского флота в 1884 г. организовал его промышленное производство. На флоте появился электропривод.

В 1888 г. во Франции был построен опытный образец полнофункциональной подводной лодки "Жимнот" водоизмещением 31 т. В качестве двигателя (единого для надводного и подводного хода) на ней был применен электромотор мощностью 50 л. с. с питанием от аккумуляторной батареи массой 9,5 т, что составило почти 30% от водоизмещения корабля.

На испытаниях, начавшихся в 1889 г., лодка показала в подводном положении скорость от 5 до 7 узлов при дальности плавания от 65 до 45 миль.1.2.4 Броненосцы

Почти сразу после Крымской войны Англия, Франция и Германия приняли программы строительства броненосного флота, но только британская промышленность, имевшая опыт строительства SS Great Britain, была готова приступить к постройке полностью железных боевых судов.

В 1859 г. был заложен первый полностью железный батарейный винтовой броненосец "Уорриер" ("Warrior" - воин), по современной классификации - фрегат, спущенный на воду в 1861 г. Англичане считают, что именно "Уорриер" был первым судном, обладающим основными характеристиками броненосных кораблей. Машинное и котельное отделение обслуживали 66 кочегаров и машинистов, 10 инженеров и два старших механика. За рейс в котельном отделении вручную перекидывали 850 т. угля и 50 т. золы. Это была грязная работа в тяжелых условиях - постоянная качка, угольная пыль, температура до 45°C. Именно эти факторы привели к тому, что работа кочегаров и машинистов оплачивалась на 50 % выше, чем у палубных матросов, а поиск более совершенных ЭУ для флота надолго стал приоритетом военного и гражданского судостроения.

^

Кардинальное повышение эффективности судовых энергетических установок было связано не с совершенствованием паровых двигателей, а с изобретением турбин, позволивших не только поднять к.п.д. СЭУ, но и на порядок уменьшить массогабаритные характеристики судового двигателя.

Термин турбина происходит от французкого слова - turbine, пришедшего из латинского turbo — вихрь, вращение с большой скоростью.

В 1882 г. шведский инженер Карл Густав Патрик де Лаваль (Carl Gustav Patric de Laval, 1845 -1913) создал первую импульсную паровую турбину, в 1883 г. построил и использовал морскую реверсивную турбину, запатентованную в 1883 г., частота вращения которой достигала 42 000 оборотов в минуту. Главная заслуга Лаваля в разработке паровых турбин заключалась в том, что конструкция его сопла позволила примерно в 5 раз увеличить возможность использования потенциальной энергии струи пара, повысив скорость его истечения c 800 ft/с (244 м/c) до 4000 ft/c (1220 м/c), но, несмотря на это, одноступенчатые паровые турбины не позволяли дать однозначного заключения об их преимуществе перед паровыми машинами.

Промышленное использование паровых турбин стало возможным лишь после того, как сэр Чалз А. Парсонс (Sir Charles Algernon Parsons, 1854-1931) создал в 1884 первую многоступенчатую паровую турбину мощностью 10 л.с. (18 000 об/мин). Турбины Парсонса использовались для привода электрогенераторов, мощность которых на первом этапе развития электроэнергетики составляла от 1 до 75 кВт.

В 1893 г. Ч. Парсонс основал компанию морских паровых турбин ("Marine Steam Turbine Company") и предложил Британскому Адмиралтейству построить турбоход. Первый турбоход "Турбиния" - длина 104 ft/37.8 м, максимальная ширина 9 ft/3.2м, водоизмещение 44,5 т., был заложен 2 августа 1894 г.

В 1896 турбоход был спущен на воду, и начались ходовые испытания. На первых испытаниях теплоход показал скорость всего 20 узлов при мощности турбины около 2000 л.с., что потребовало пересмотра сложившихся представлений к проектированию корпуса и винта, выработанных для пароходов.

После перехода на трехвинтовую схему пропульсивного комплекса, доводки обводов судна, решения проблем с кавитацией винтов и заменой одного турбоагрегата на три многоступенчатые турбины "Турбиния" была сдана заказчику, показав на испытаниях 1897 года максимальную скорость в 34.5 узла (61 км/час) при мощности ЭУ - 2300 л.с.

www.userdocs.ru

Лекция 2. ТЕМА: Показатели СЭУ — Мегаобучалка

Мощностные показатели. Показатели массы. Габаритные показатели СЭУ. Показатели маневренности. Показатели надежности.

 

Для оценки тех или иных качеств СЭУ используют систему технико-экономических показателей. При выборе теплового двигателя важнейшим критерием его пригодности является мощность.

Мощностные показатели. Известно, что мощность представляет собой работу, совершаемую двигателями за секунду. В Международ­ной системе единиц СИ за единицу мощности принят 1 Ватт (Вт): 1 Вт = 1 Дж/с = 1 Н∙м/с.

Вращающий момент двигателя Мвр, Н • м, при угловой скорости , 1/с, развивает мощность

(2.1)

где п – частота вращения рабочего вала двигателя, с

 

Для измерения мощности СЭУ единица мощности 1 Ватт малопри­годна. Обычно пользуются величиной, в 103 раз большей – 1 киловатт (кВт).

За механическую мощность теплового двигателя принимают мощность на выходном фланце рабочего вала; ее называют эффектив­ной мощностью, при этом предполагается, что номинальная эффектив­ная мощность развивается тепловым двигателем при номинальном вращающем моменте Мври номинальной частоте вращения п.

Агрегатная мощность любого типа современных двигателей превы­шает реальную потребную мощность не только промысловых судов, но и любого транспортного судна, т. Е. практически любое судно может быть оборудовано только одним главным двигателем любого типа.

Показатели тепловой экономичности главных двигателей. К таким показателям относятся удельный расход топлива gеи эффективный КПД .

Удельный расход топлива представляет собой отношение часового расхода топлива G к мощности двигателя Nе, развиваемый на фланце рабочего вала

 

gе= G/ Nе. (2.2)

 

Эффективный КПД двигателя и удельный расход топлива связаны cоотношением

 

=3600/( gе Q ). (2.3)

 

В современных ДВС удельный расход топлива составляет 0,16…0,195 кг/кВт, эффективный КПД – 0,44 … 0,52.

Экономичность судовых паротурбинных установок (ПТУ) значи­тельно ниже, чем дизельных ( = 0,33…0,35). Газотурбинные установ­ки (ГТУ) по экономичности занимают промежуточное место между дизельными и паротурбинными энергетическими установками.

Экономичность главной СЭУ в целом оказывается несколько ниже экономичности главных двигателей из-за потерь в главной передаче и подшипниках судового валопровода, а также из-за расхода энергии на привод в действие вспомогательных механизмов систем главных двигателей. КПД главной СЭУ будет равен

, (2.4)

а удельный расход топлива, отнесенный к ступице гребного винта,

(2.5)

где КПД главной передачи и судового валопровода, соответственно;

коэффициент, учитывающий дополнительные затраты энергии на привод вспомогательных механизмов

 

Общий термический эффективный КПД гребной установки с учетом КПД гребного винта и влияния корпуса судна на его работу будет иметь вид:

 

(2.6)

 

где - пропульсивный КПД гребного винта;

(2.7)

где КПД гребного винта, t- коэффициент засасывания; w- коэффициент попутного потока

 

Значение КПД элементов МДК, входящих в уравнения (1.4) и (1.6), зависят от его мощности. Ориентировочно их значения приведены ниже.

 

Элементы МДК

Редуктор одноступенчатый………………………..0,98 …0,99

Редуктор двухступенчатый ……………………….0,96…0,98

Электрическая передача переменного тока………0,90…0,94

Электро- и гидродинамическая муфты …………..0,96…0,98

 

КПД судового валопровода зависит от числа опорных подшипников: для дизельный установок ; для турбинных установок (j - число опорных подшипников).

Коэффициент, учитывающий дополнительные затраты энергии на привод в действие вспомогательных механизмов лежит в пределах 0,93…0,97 и зависит от мощности главных ДВС. Для СЭУ современных судов КПД составляет 0,32…0,40, в зависимости от типа главной передачи и мощности. Применение высокоэкономичных ДВС позволит повысить КПД энергетической установки до 0,38…0,46.

Экономичность вспомогательных дизель-генераторов на 10…20% ниже, чем главных ДВС. С учетом КПД генераторов ( 0,90…0,94) удельный расход топлива на 1 кВтч электрической энергии 0,215…0,225 кг\(кВтч), у лучших же образцов 0,200 кг/(кВт∙ч).

Агрегатированные вспомогательные паровые котлы (ВПК) отечественного производства с рабочим давлением пара 0,5…0,7 МПа имеют КПД 0,80…0,82.

Общепринятого показателя теплотехнического совершенства СЭУ в целом пока не существует. В свое время предпринимались попытки представить такой показатель в виде

(2.8)

где - мощность рабочих агрегатов судовой электростанции (СЭС), кВт; - паропроизводительность ВПК, кг\ч; - энтальпия свежего пара в котле и питательной воды соответственно; кДж/кг; - часовой расход топлива главными ДВС, агрегатами СЭС и ВКУ соответственно, кг/ч; - теплота сгорания топлива, используемого в главных двигателях, агркгатах СЭС и ВКУ соответственно, кДж/кг

 

В числителе выражения (2.8) представлена полезная работа, выполненная всеми элементами СЭУ в килоджоулях, а в знаменателе – суммарная теплота сгорания топлива, израсходованного главными двигателями, агрегатами СЭС и ВКУ. Таким образом, этот показатель отражает КПД СЭУ, однако он не может объективно отражать теплотехническое совершенство СЭУ.

Показатели массы. Масса СЭУ характеризуется тремя показателями: абсолютной массой, относительной массой и удельной массой отдельных элементов СЭУ – главных двигателей, агрегатов СЭС и ВКУ.

В массу СЭУ входят:

- МДК с механизмами и оборудованием систем, которые его обслуживают;

- агрегаты СЭС с главными распределительными щитами;

- ВПК и УПК с механизмами и оборудованием обслуживающих их систем;

- центральные и местные посты управления СЭУ и ее отдельных элементов;

- трубопроводы с арматурой, изоляцией и окраской для канализации рабочих тел, используемых в СЭУ.

Массы двигателей, котлов, механизмов и оборудования принима­ются в состоянии готовности к действию, но без запасов рабочих тел.

Масса СЭУ зависит от мощности ее основных элементов и степени форсировки рабочих процессов. Поэтому абсолютная масса СЭУ мало­показательна и чаще оперируют относительной массой, представляю­щей собой долю массы СЭУ в полном водоизмещении судна

 

, (2.9)

где D - полное водоизмещение судна, т; - абсолютная, т, и относительная массы энергетической установки

 

Относительная масса СЭУ сильно зависит от водоизмещения судна. Так, на малых судах , на средних рыболовных траулерах = 0,16 ... 0,18, на крупнотоннажных траулерах = 0,08... 0,10 и т. д. Удельная масса отдельных элементов СЭУ также не отличается стабильностью.

Например, масса главных ДВС, приходящаяся на 1 кВт их мощности, зависит от степени форсировки по среднеэффективному давлению и частоте вращения, тактности, а также и от конструктивных особенностей двигателей (тронковый, крейцкопфный, с рядным или V-образным расположением цилиндров и др.). Сказанное в полной мере относится и к дизель-генераторам. Представление об удельных массах главных ДВС и дизель-генераторов можно получить при рас­смотрении данных табл. 2.1.

Значительно большей стабильностью отличаются удельные массы ВПК. Например, удельные массы агрегатированых ВПК, выпускаемых отечественной промышленностью, составляют 1,7...4,0 кг пара в час на кг массы. Удельная масса главных паровых котлов меньше 1 кг • ч/кг.

 

Таблица 2.1. Удельные массы двигателей внутреннего сгорания

Тип двигателя Частота вращения, мин Удельная масса двигателей
рядного исполнения, кг/кВт V-образного исполнения, кг/кВт
Высокооборотные Среднеоборотные То же, мощностью менее 500 кВт Малооборотные 1000; 750; 500; 500;   200; 90; 9…11; 12…15; 14…18; 25…30;   20…30; 40…50; 7…8; 10…12; 12…17; 18…25   -

 

Габаритные показатели СЭУ. О размерах помещений, необходимых для размещения СЭУ, судят по показателям мощностей насыщенно­сти длины , кВт/м, площади , кВт/м2 и объема машинно-котельно­го отделения (МКО) , кВт/м3,

(2.10)

где - длина МКО между поперечными переборками, м; - площадь МКО, м ; - объем МКО, м3

Под площадью МКО понимают фактическую площадь на уровне настила трюма и площадь промежуточных палуб, а также платформ и цистерн, на которых размещены механизмы и оборудование и с кото­рых можно выполнять работы по их обслуживанию. В объем МКО включают геометрический объем отсека без учета объема размещен­ных в нем танков запаса топлива, смазки и пресной воды.

Иногда под площадью МКО подразумевают лишь площадь на уровне настила, хотя на крупных судах часть механизмов и оборудова­ния размещается и на платформах и промежуточных палубах, а в объем МКО включают также объем танков двойного дна, бортовых цистерн и машинных шахт. При такой трактовке площади и объема МКО заметно возрастает неопределенность показателей мощностной насыщенности площади и объема МКО.

 

Таблица 2.2. Характеристики мощностной насыщенности энергетических судов

Мощность главных двигателей, кВт Мощностная насыщенность МКО
длины, кВт/м площади, кВт/ м объема, кВт/ м3
До 1000 2000…3000 3000…4000 Более 6000 80…100 140…180 180…200 350…4000 12…15 16…20 22…25 22…26 3,9…4,2 4,7…5,0 4,9…5,6 4,3…5,0

В выражениях (2.10) мощность агрегатов СЭС не учитывается. Между тем на промысловых судах она составляет 30... 60 %, а то и 100 % мощности главного ДВС. Это снижает показатели мощностного насыще­ния МКО промысловых судов, расширяет возможный диапазон их значений и делает их несопоставимыми с соответствующими показате­лями не только судов морского флота, но и других судов ФРП. Дейст­вительно, показатели мощностной насыщенности СЭУ с валогенераторами будут при прочих равных условиях значительно выше, чем у СЭУ с автономными агрегатами СЭС, поскольку мощность главных ДВС в СЭУ с отбором мощности будет значительно выше. Поэтому при расчете показателей мощностной насыщенности МКО необходимо учитывать и мощность агрегатов СЭС. В табл. 2.2 приведены значения мощностной насыщенности МКО некоторых типов промысловых судов (с учетом мощности агрегатов СЭС).

Мощностная насыщенность МКО, размещение механизмов и оборудования не должно препятствовать выполнению регламентных и ремонтных работ и соответствовать требованиям охра­ны труда машинных команд.

Показатели маневренности. Маневренность СЭУ представляет собой совокупность свойств, отражающих способность СЭУ изменять свое состояние или режим работы за единицу времени под воздействи­ем внешних импульсов, а также способность работать при предельных значениях некоторых параметров рабочего процесса. В последнем случае численной мерой маневренности являются предельные значе­ния параметров рабочего процесса и допустимая продолжительность работы СЭУ с этими параметрами.

Наиболее важные показатели маневренности главной энергетиче­ской установки следующие.

Время, необходимое на подготовку главной энергетической установки к пуску после стоянки. Оно зависит от типа и мощности главного двигателя. Для дизельных энергетических установок время подготовки к пуску в действие составляют 1... 2 ч, для паротурбинных 3... 4 ч.

Время, необходимое для выхода главной энергетической установ­ки на режим номинальной нагрузки. Для дизельных установок оно составляет 0,25... 2 ч в зависимости от мощности; паротурбин­ных до 2 ч.

Продолжительность реверса. Время реверса отсчитывают с момента подачи команды «Назад» до начала вращения гребного вала в противо­положном направлении. Время реверса зависит от начальной скорости судна. Для энергетических установок с ДВС при v=0, оно равно 5…10с. На полной скорости процесс реверсирования может носить затяжной характер.

Мощность главной энергетической установки на заднем ходу судна. У дизельных установок мощность на заднем ходу составляет примерно 80% от . Мощность турбин заднего хода согласно требованию Регистра должна составлять не менее 40 % мощности главных турбин, при этом , а . Время перехода энергетической установки с одного режима на другой.

Способность к перегрузке. Главные ДВС допускают 10%-ю пере­грузку по мощности в течение часа.

Минимальная частого вращения рабочего вала главного двигателя. По механическим, термо- и газодинамическим условиям рабочего процесса ДВС в подавляющем большинстве работают устойчиво при частоте вращения, составляющей около 30 % номинальной. У ГТУ огра­ничиваются частотой вращения, исключающей помпаж в компрессоре.

Способность МДК к саморегулированию по вращающему моменту при изменении внешней нагрузки, т.е. изменять величину вращающе­го момента в сторону, соответствующую изменению внешнего нагру­зочного момента. Турбины и дизельные МДК с электропередачами постоянного тока обладают некоторой способностью к саморегулирова­нию по моменту.

Показатели надежности. Под надежностью СЭУ понимают ее спо­собность выполнять заданные функции, сохраняя сбои эксплуатацион­ные показатели в установленных пределах. Надежность СЭУ характе­ризуется безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью.

Безотказность - свойство СЭУ непрерывно сохранять работоспо­собность на протяжении некоторого времени без вынужденных пере­рывов. Количественно безотказность определяется вероятностью безотказной работы, средней наработкой на отказ, средним временем восстановления работоспособности и коэффициентом готовности. Перечисленные показатели носят вероятностный характер.

Долговечность - свойство СЭУ сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Состояние СЭУ, при котором дальнейшая ее эксплуатация становит­ся технически невозможной или нецелесообразной, называют предель­ным. Признаки предельного состояния СЭУ оговариваются в норматив­но-технической документации. К числу таких признаков можно отнести:

- ухудшение параметров рабочего процесса и уменьшение уровня безотказности;

- чрезмерные затраты на восстановление работоспособности, при которых дальнейшая эксплуатация экономически нецелесообразна;

- моральный износ, при наличии возможности замены элементов СЭУ более эффективными.

Мерой долговечности служит ресурс - наработка СЭУ до предель­ного состояния. Это так называемый полный ресурс. Кроме того, различают и ресурсы других видов:

- гарантированный, или наработка, до окончания которой постав­щик гарантирует безотказную работу элемента СЭУ и несет за это ответственность;

- до капитального ремонта - наработка восстанавливаемого элемента СЭУ до капитального ремонта;

- назначенный - наработка, по достижении которой эксплуатация элемента СЭУ должна быть прекращена независимо от его состояния в целях обеспечения высокого уровня безопасности эксплуатации СЭУ,

Ремонтопригодность - свойство СЭУ, заключающееся в ее приспо­собленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем технического обслуживания и ремонта.

Живучесть СЭУ — свойство, проявляющееся только в аварийных ситуациях (затопление отсеков, отказ части энергооборудования, пожар и т.п.) и заключающееся в приспособленности СЭУ сохранять при этом полностью или частично свою работоспособность.

Энергетическая установка, отличающаяся высокой надежностью в нормаль­ных условиях эксплуатации, может не обладать столь же высокой живучестью. Например, двухмашинная СЭУ (с двумя главными двигателями), имеющая низкие показатели надежности, оказывается более „живучей" в сравнении с энергетической установкой, оборудованной высоконадежным, но только одним главным ДВС. Ведь выход из строя единственного главного ДВС, как бы малове­роятен он ни был, лишает судно хода, в то время, как в двухмашинной СЭУ (с двумя двигателями) сохраняется возможность судна двигаться, хотя и с неполной скоростью.

Живучесть СЭУ можно существенно повысить за счет резервирования основного оборудования, а также амортизацией механического оборудования, рациональным размещением оборудования в соответствии с нормами проектиро­вания, уменьшающим вероятность возникновения аварийных ситуаций. Кроме того, живучесть обеспечивается на судах средствами противопожарной защиты, системами для выравнивания крена и дифферента при затоплении отсеков и средствами для выполнения аварийных работ.

Вопросы для самопроверки

Что представляет собой эффективная мощность?

Что представляет собой удельный расход топлива?

Какими свойствами характеризуются надежность СЭУ?

За счет чего можно повысит живучесть СЭУ?

megaobuchalka.ru


Смотрите также