— автоматические клапаны спу* ска конденсата из ресивера проду- вочного воздуха; 15 — датчик мф кенмального уровня; 16 — терм# регулирующие клапаны; 17 — по* догреватель воды; 18 — компресс соры сжатого воздуха; 19 — охла­дители пресной воды; 20 — дров* сельный клапан с дифференциаль­ным манометром; 21 — вакуумный опреснитель; 22 — датчик выключат яия ОУ при снижении температуры охлаждающей воды ГД; 23 — тру* бопровод в танк пресной водь^

1. X Ъ)

2. X

S

вг

X

0,2—0,3 МПа и разрежении на всасывании не более 0,05—0,06 МПа. Конструк­ционное исполнение насосов аналогично насосам в системе забортной воды.

Охладители пресной воды. Охладители в системе охлаждения применяются такого же типа, как и в масляной системе — кожухотрубные с круглыми или плоскими трубками и пластинчатые (см. § 6.5).

Для обеспечения хороших габаритных показателей охладителей желательно, чтобы температура охлаждающей жидкости была ниже температуры охлаждае­мой не менее чем на 10—12 °С. Охладители могут быть включены последова­тельно или параллельно, что влияет на гидравлическое сопротивление системы и характеристики подачи насосов. При параллельном включении охладителей сопротивление уменьшается, производительность растет. При последовательном включении охладителей увеличивается общее сопротивление, требуется увели­чение напора, а следовательно, мощности привода и мощности судовой электро­станции. Кроме этого, при высокой начальной температуре забортной воды (~32°С) вода на выходе из последнего охладителя может иметь температуру выше 45—50°С. При последовательном включении первым располагается охладитель, где охлаждается рабочее тело с наименьшей теплоемкостью (например, вначале охладители воздуха, затем масла, и, наконец, пресной воды).

На судах с дизелями фирмы «Бурмейстер и Вайн» применяется последова­тельное расположение воздухо-, масло- и водоохладителей, на судах с дизелями фирмы «Зульцер» — последовательно-параллельное расположение. Недостаток параллельного расположения — необходимость «шайбования» трубопроводов для обеспечения требуемых расходов воды в параллельных ветвях. Схема, изоб­раженная на рис. 7.11, является наиболее рациональной по расположению охла­дителей в СДУ.

Для охлаждения циркуляционной воды дизеля можно использовать внут­реннюю поверхность бортовой обшивки судна, выполнив ее в определенных местах в виде смежных плоских труб, через которые прокачивается горячая пресная вода. Широкое внедрение обшивочных охладителей до сих пор сдер­живается отсутствием конструкционного, технологического и эксплуатационного опыта, а также очевидной необходимостью иметь наряду с обшивочными и тра­диционные охладители для обеспечения надежной работы дизелей на стоянке.

На известном морском судне «Шинху Мару» (DW = 200 тыс. т, Япония) использован естественный проток морской воды для охлаждения и конденсации отработавшего пара, что показало хорошие результаты, но в этом случае конден­сатор работает лишь на ходу судна.

^Расширительная цистерна. На уровне, превышающем самую высокую точку дизеля,' охлаждаемую пресной водой, устанавливают расширительную цистерну. Ее объем на 30 % больше объема пресной воды, находящейся в ней, количество которой определяется из расчета 0,14—0,28 л/кВт и составляет 10—20 % общего объема воды в системе. Пароотводные трубы располагают таким образом, чтобы обеспечить непрерывный подъем нагретой воды и пара до расширительной ци­стерны. Расширительная (уравнительная) цистерна предназначена для удаления воздуха и пара из охлаждающей пресной воды, пополнения утечек, контроля герметичности системы охлаждения и компенсации теплового объемного расши­рения воды в системе.

од-m .йя-г-^fi*>Л ,&Д и я * г* ft у-

со

о*

«и

со со

Централизованные системы охлаждения. ЦСО позволяют значительно (на 80—90 %) .сократить длину трубопроводов забортной воды и соответственно уменьшить расход дефицитных материалов, из которых изготовляют трубы для систем забортной воды. В этих системах охлаждение наддувочного воздуха и смазочного масла производится пресной, а не забортной водой. Поэтому для изготовления этих охладителей можно использовать дешевые материалы, угле­родистую сталь вместо алюминиевой бронзы или медно-никелевых сплавов. Высокая первоначальная стоимость централизованных систем (из-за процесса двойной передачи теплоты) окупается в короткий срок уменьшением эксплуата­ционных расходов, связанных с ремонтами и очистками трубопроводов, арма­туры и теплообменных аппаратов. В централизованных системах охлаждения различают три контура: забортной воды (КЗВ), высокотемпературный и низко­температурный пресной воды (ВКО и НКО).

Можно выделить четыре наиболее целесообразных по ?ехнико-экономическим соображениям варианта компоновки ЦСО (рис. 7.13). Особенность варианта I — охлаждение пресной водой путем ее смешения с холодной водой из НКО и, соот­ветственно, отсутствие охладителя воды ВКО. Остальные три варианта основаны на охлаждении воды ВКО в специальном охладителе, причем этот охладитель включен в контур забортной воды таким образом, что через него прокачивается часть забортной воды и происходит полное разделение низко- и высокотемпера­турного контуров охлаждения. В вариантах III и IV охладитель воды ВКО включен в НКО и соответственно прокачивается водой из этого контура, при этом в варианте III (рис. 7.13, в) охладитель включен последовательно по отно­шению к остальным охладителям, входящим в НКО. В варианте IV охладитель воды ВКО включен в НКО параллельно остальным охладителям. Вариант II предпочтителен практически для всех морских транспортных судов с МОД. Оптимальная температура воды на входе в НКО должна находиться в весьма узком диапазоне 39—42 °С, что .обеспечивает наименьшие значения требуемых подач циркуляционных насосов и площадей теплопередающих поверхностей охладителей.

В табл. 7.12 приведены показатели этих вариантов ЦСО, отражающие изме­нения необходимых суммарных площадей F_x теплопередающих поверхностей водоохладителей и суммарных подач Q₂ охлаждающих насосов по пяти проектам ' судов различного назначения с мощностью ГД (МОД «Бурмейстер и Вайн» фир­менного и лицензионного производства) от N_e — 10000 кВт до N_e= 2Х X 17 000 кВт.

Особенности централизованной системы охлаждения следующие:

• система чистая, требует минимального обслуживания и ремонта;

• морской водой омывается только центральный охладитель, все остальные подготовленной пресной водой;

• стоимость капитальных вложений на трубопроводы морской воды меньше по сравнению со стоимостью общепринятых систем охлаждения (трубопроводы пресной воды могут иметь меньшие размеры и быть выполненными из более деше­вого материала). Возможности коррозии и эрозии можно свести до минимума;

• требуется меньшее количество устойчивых к морской воде клапанов и другой арматуры;

’ — обеспечивается надежный температурный режим дизеля (постоянный температурный уровень Охлаждающей пресной воды);

• исключается холодный запуск ГД, так как системы работают постоянно, даже если судно находится в порту;

• устойчивые постоянные условия эксплуатации для дизеля в отношении охлаждающей воды, смазочного масла и наддувочного воздуха повышают экс­плуатационную надежность СДУ;

• повышенная экономичность и надежность делают возможной эксплуата­цию такой системы без вахтенного обслуживания в МО.

Высокотемпературное охлаждение. ВТО дизелей с температурой охлаждаю­щей воды выше 100 °С позволяет уменьшить поверхности теплообмена водоох- ладителей, повысить экономичность дизелей и эффективно использовать тепло охлаждающей воды.

Системы ВТО могут быть разделены на две группы. Первая — с парообра­зованием внутри охлаждающих полостей (испарительное охлаждение с выходом пара непосредственно в атмосферу или с последующей его конденсацией, частич­ным парообразованием и кипящим охлаждением с получением пара давлением 0,2—0,3 МПа). При кипящем охлаждении коэффициент теплоотдачи существенно возрастает. В связи с этим оптимальной температурой ВТО следует считать такую, при которой наступает развитое поверхностное кипение. Вторая группа — без ■ парообразования внутри охлаждающих пространств, т. е. системы охлаждения jc последующим парообразованием.

Эффективность испарительного охлаждения с выходом пара непосредственно в атмосферу заключается в том, что теоретически при испарении 1 кг воды отво­дится от поверхности охлаждения то же количество теплоты, что и при проте­кании через дизель 77 кг воды с повышением температуры на 7 °С.

Система охлаждения с последующим парообразованием предусматривает охлаждение дизеля водой температурой выше 100 °С за счет повышенного давле­ния, создаваемого циркуляционным насосом вследствие наличия дросселя на выходе воды из дизеля (пар, образующийся после дросселирования, отводится в сепаратор и конденсируется при давлении, близком к атмосферному). ВТО повышает КПД дизеля, уменьшает возможность охлаждения стенок цилиндра ниже температуры точки росы для рабочего газа и появления в связи с этим электрохимической коррозии, резко уменьшает (в 3—5 раз) размеры водяных охладителей, повышает износоустойчивость цилиндровых втулок. ВТО кипящего типа с энергетической точки зрения выгоднее любых других систем охлаждения.

Переход на ВТО естественно сопровождается некоторым ростом температуры деталей ЦПГ, что может нарушить качественную смазку цилиндров дизеля. Несколько ухудшается воздухоснабжение дизеля при работе с номинальной нагрузкой из-за уменьшения коэффициента наполнения цилиндров свежим заря­дом воздуха. Затрудняется обеспечение бескавита'ционной работы циркуляцион­ных насосов на воде с температурой выше 100 °С. При переводе на ВТО проис­ходит и перераспределение составляющих теплового баланса — увеличение по­терь с выпускными газами и уменьшение доли потерь с охлаждающей водой. Например, увеличение температуры воды на выходе из дизеля Д-70 от 80 до 120 °С приводит к уменьшению доли потерь теплоты на охлаждение почти в два раза.

Фирма «Сторк» произвела измерение температуры различных деталей ди­зеля 9ТМ4.10 при изменении температуры охлаждающей воды цилиндров в диапа­зоне от 80 до 130 °С. С повышением температуры охлаждающей воды не наблю­далось каких-либо нарушений нормальной работы поршневых колец, было за­мечено лишь снижение термических напряжений. Температура седел выпускных клапанов становится лимитирующим параметром, в связи с чем фирма рекомен­дует предусматривать отдельный контур охлаждения для седел выпускных кла­панов. Применение ВТО целесообразно для всех СОД в комплексе с системой ГУТ- выпускных газов (см. гл. 8) и охлаждающей воды.

§ 7.3. Автоматическое регулирование температуры

Особенности регулирования температуры. Для процессов и объектов регулирования температуры (пресной воды, масла, топлива, продувочного воздуха, забортной воды) в дизелях ха­рактерны следующие особенности: большая инерционность объ­ектов и измерителей, физическая сложность теплообмена; зави­симость распределения потоков охлаждающей жидкости от гидро­динамических характеристик системы охлаждения и регулирую­щего органа. На теплообмен и, следовательно, на работу терморе­гуляторов оказывает влияние большое число факторов: состояние и степень загрязненности поверхностей, конструкционные пока­затели дизеля и теплообменнных аппаратов, состояние и режим работы дизеля, состояние и плотность регулирующего органа (клапана), а также внешние условия и прежде всего температура забортной воды.

Как показывает опыт, температурный режим в системах ох­лаждения отражается на технико-экономических показателях ра­боты дизеля. Например, при полной нагрузке увеличение темпе­ратуры охлаждающей воды мало изменяет g_e, тогда как на ча­стичных нагрузках обнаруживается зона оптимальной темпера­туры, при которой величина g_e минимальна. Повышение темпера­туры охлаждающей воды до определенных пределов уменьшает износ ЦПГ. Верхний предел повышения температуры определяется условиями обеспечения безопасной работы дизеля, а именно от­сутствием паровых мешков в водяной полости дизеля и местных перегревов. Регулирование температуры масла осуществляется посредством изменения - потоков в контуре забортной воды при

установке чувствительного элемента температуры на входе масла в дизель.

Для регулирования температуры охлаждающей воды приме­няют регуляторы статического типа непрямого или прямого дей­ствия с изменяемым (настраиваемым) параметром регулиро­вания. Конструкция терморегуляторов должна предусматри­вать возможность ручного управления регулирующим органом. Терморегуляторы должны выдерживать йибрационные и ударные нагрузки, быть надежными в эксплуатации с ресурсом работы не менее 10 ООО ч.

Системы автоматического регулирования температуры охла­ждающей воды и терморегуляторы должны удовлетворять сле­дующим технико-эксплуатационным требованиям:

• поддержание температуры воды на выходе из дизеля должно осуществляться с неравномерностью не более 1—2 °С;

• нечувствительность САРТ должна быть не более 1 °С;

• заброс регулируемой температуры в переходных режимах при изменении нагрузки от 100 % до холостого хода не должен превышать 6 °С;

• время переходного процесса при полном сбросе или набросе нагрузки должно быть не более 20 мин для ГД и 10 мин для ВД;

• поддержание ГД в прогретом состоянии должно обеспечи­ваться за счет теплоты работающих ДГ;

• САРТ контура охлаждения цилиндров должна предусма­тривать обслуживание и ВД;

• при утилизации теплоты измерительный элемент термо­регулятора охлаждения цилиндров должен устанавливаться пе­ред вакуумным испарителем.

Схемы САРТ и терморегуляторов (рис. 7.14). В схеме рис. 7.14, а используется принцип регулирования по отклонению параметра регулирования — температуры охлаждающей жидкости на вы­ходе из дизеля t_z. В САРТ по схеме, изображенной на рис. 7.14, б, регулирование осуществляется комбинированным способом по отклонению температуры охлаждающей жидкости на выходе из дизеля и по отклонению температуры t_x охлаждающей жидкости на входе в дизель. По схеме, изображенной на рис. 7.14, в, наиболее перспективной, регулирование осуществляется комби­нированным способом по отклонению температуры стенки цилин­дра в среднем поясе втулки t_cr со стороны подвода охлаждаю­щей жидкости в дизель и по отклонению температуры потока после охладителя во внешнем контуре охлаждения (применены два статических терморегулятора прямого действия, один из ко­торых — основной 12, а другой — корректирующий 13). Системы включают в себя внутренний и внешний контуры охлаждения ГД.

Статической характеристикой САРТ называется аналити­ческая или графическая зависимость регулируемого параметра — температуры охлаждающей воды на выходе из дизеля или на входе в него /_Рег от нагрузки системы q (количество отводимой и подво­димой теплоты), т. е. t_per = f (q). В действительности — это за­висимость от параметров, характеризующих нагрузку дизеля ^per ~ / (fpi h_T, М_е) ИЛИ /р_ет = / (N_e).

По быстродействию САРТ, показанные на рис. 7.14, 6 и в, равноценны и превосходят САРТ, изображенные на рис. 7.14, а, за счет использования комбинированного принципа регулирования. Наибольшая эффективность по экономии топлива обеспечивается комбинированной САРТ (см. рис. 7.14, в), которая в сопоставлении с исходной традиционной САРТ (см. рис. 7.14, а) на нагрузке 25 % N„ составляет 10 — 15, на нагрузке 50 % N_eaом —

Рис. 7.14. Схемы САРТ: а— перепуском; б, в — комбинированным способом.

I — маслоохладитель; 2 — BO; 3 — охлаждающий насос; 4, 10—13 — терморегуля­торы; S — внутренний контур охлаждения; 6 — водоохладитель; 7 — внешний контур охлаждения; S — насос внешнего контура; 9 — ГД.

4—б г/(кВт. ч). Неравномерность регулирования непосредственно температуры стенки равна 10 °С при работе дизеля во всем на­грузочном диапазоне.

Основной терморегулятор выполняется дистанционным на ос­нове тепловой трубы (ТТ), которая своей тепловоспринимающей частью установлена в среднем поясе втулки цилиндра дизеля со стороны подвода охлаждающей жидкости в дизель. Исполнитель­ная часть ТТ воздействует на регулирующий орган в виде трех­ходового делителя потоков. Корректирующий терморегулятор, имеющий датчик с твердым воскообразным наполнителем типа ТД6, выполнен в едином корпусе с регулирующим органом.

В терморегуляторе с ТТ малому изменению температуры соот­ветствует значительное изменение давления рабочего тела (0,02— 0,04 МПа/°С). Относительное перемещение исполнительной части датчиков ТТ на современном уровне их развития во много раз превышает относительное перемещение дилатометрических (би­металлических) датчиков температуры, но в 2,5—4 раза меньше, чем для датчиков температуры с твердым наполнителем, что сдер­живает их широкое применение в конструкциях терморегуляторов прямого действия.

Конструкции терморегуляторов. В регуляторах систем ох­лаждения применяют измерители: парожидкостные и объемные с жидким и твердым наполнителем, дилатометрические и электри­ческие. В парожидкостных измерителях используется принцип изменения давления насыщенных паров жидкости, находящейся в замкнутом объеме, при изменении ее температуры (причем тем­пература кипения жидкости, заполняющей замкнутый объем, должна быть ниже максимально возможной измеряемой темпера­туры). Объемные измерители температуры работают по принципу изменения объема жидкости или твердого аморфного тела (напри­мер, воска), заполняющих герметичный объем, при изменении температуры. Дилатометрические измерители используют раз­ность линейных расширений при нагревании двух разнородных стержней, имеющих различн'ые коэффициенты линейного расши­рения и скрепленных в одной точке (кварц или инвар, с одной сто­роны, и медь или латунь — с другой). Электрические измерители используют принцип действия термометров сопротивления, по­лупроводниковых термисторов и термопар.

В терморегуляторах прямого действия (изготовленных сов­местно с регулирующим органом — клапаном, золотником, за­движкой) в качестве наполнителей применяют: хлористый эти­лен, этиловый эфир, ацетон, метиловый эфир, этиловый спирт, диметиламин и др. Работоспособность такого регулятора с паро­жидкостным измерителем зависит от герметичности его измери­теля, нарушение которой приводит к выходу их из строя (регуля­торы типов РТП, «Ако-Опладен», «Волтен» и «Мертик»).

Недистанпионные регуляторы с измерителем объемного типа и твердым наполнителем принципиально действуют так же, как при жидком наполнителе. В качестве твердого наполнителя при­меняют аморфные тела — парафин и воск в смеси с красно-медной пылью.

Подстройка регулятора обеспечивается путем изменения уставки свободного хода (изменения зазора в органе задания и ручного управления). Изменение степени неравномерности воз­можно путем замены наполнителя или путем изменения геометри­ческих размеров измерителя. Регуляторы имеют две пружины (так же как и при жидком наполнителе): одна — возвратная, другая — предохранительная (пружины не служат элементами настройки).

На рис. 7.15 показана конструкционная схема дистанционного регулятора прямого действия (измеритель разделен на две части: чувствительный элемент и перестановочный механизм). Настройка регулятора на желаемую неравномерность возможна путем изме­нения жесткости пружины. Настройка регулятора с объемным измерителем — изменение уставки уровня поддерживаемой тем­пературы — осуществляется изменением объема, занимаемого силь-

фоном чувствительного элемента. Изменить наклон статической характеристики можно лишь путем замены термочувствительной системы, ее наполнителя или геометрических характеристик в ней.

Регуляторы типов «Волтен» и «Мертик» имеют объемный изме­ритель температуры с твердым наполнителем, состоящим из смеси воска с красно-медной пылью. Регулирующий орган выполнен в виде поворотной заслонки, расположенной в трехпроходном корпусе.

В регуляторах непрямого действия применяют дилатометри­ческие и объемные чувствительные элементы и сжатый воздух в качестве источника энергии. На рис. 7.16 изображена схема

Рис. 7.15. Конструхциоиная схема дистанционного регулятора прямо­го действия с парожидкостным из­мерителем.

I — чутстаательный алемеат (термо- баллон); 2 — капиллярная связь; 3 — сильфои аэмерателя; 4 — пружин» »• мернтеля (настроечная); 5 — шток; ( — орган аадания; 7 — регулирую­щая орган (клапан); р_а — давление а термобаялояе; р_в — даадеаа* а саль* ton.

непрямого действия с объемным элементом. Регулятор состоит из

Регуляторы непрямого действия (пневматические) ТРП, ТРНД, «Плайгер», GRW и другие применяют при комплексной автома­тизации ЭУ. В последнее время получают распространение элек­трические и электронные терморегуляторы типа «Плайгер» и «Сименс».

Для регулирования температуры воды и масла на отечествен­ных дизелях предназначены регуляторы ТРНД, серийно выпус-

каемые нашей промышленностью (пневматические, пропорци­ональные, с жидкостным объемным измерителем и регулируемой неравномерностью в пределах б—12 °С, диапазон настройки со­ставляет 35— 110 °С).

Пневматические регуляторы типа GRW установлены в систе­мах обслуживания энергетических установок с ГД фирмы MAN

Рис. 7.16. Конструкционная схема регулятора температуры непрямого действия.

/ — регулирующий клапан; 2 — пружина сервомотора; 3 — мембрана сервомотора!

4 — кулачок-лекало жесткой обратной связи (ЖОС); 5 — толкатель ЖОС; 5 — пружина ЖОС; 7 — мембрана управляющего клапана (позиционера); 8 — управляющий клапан усилителя; 9 — дроссель; 10 — мембрана измерителя; 11 — рычаг измерителя; 12 — пружина измерителя; 13 — винт узла задания; 14 — пружина возврата; 15 — неподвиж­ная опора рычага; 16 — гайка узла задания; 17 —шток чувствительного элемента (ЧЭ): 18 — сильфон ЧЭ; 19 — гильза ЧЭ; 20 — сопло измерителя.

на судах типов «Джанкой», «Выборг», «Иркутск» и «Владимир Ильич». Регуляторы отличаются от рассмотренных выше тем, что измеритель температуры парожидкостного типа позволяет обеспечить нулевую остаточную неравномерность; предусмотрена\ возможность дистанционного и местного ручного управления тер­морегулированием. Конструкционная особенность регуляторов' — наличие шариковых клапанов в устройстве сопло—заслонка.

§ 7.4. Опреснительные установки с использованием теплоты охлаждающей воды дизелей

' Наиболее распространенными на судах являются опреснитель­ные установки (ОУ) кипящего типа и адиабатные. ОУ с испари­телями кипящего типа работают при постоянном давлении. В ис-

парителе испаряется 20—50 % поступающей морской воды за счет подвода теплоты охлаждающей воды ГД. Остальная часть морской воды, называемая рассолом, удаляется за борт рассоль­ным насосом. Пар поступает в конденсатор, где образуется ди­стиллят, откачиваемый насосом. К этому типу опреснителей от­носятся отечественные серии Д (табл. 7.13) и ОУ иностранных фирм «Атлас», «Вейер», «Баклей и Тейлор», «Нирекс», «Кларк» и др. В табл. 7.14 приведены характеристики отечественных ОУ с паровым обогревом серии П (в них используется пар от УК, что неэкономично при использовании УТГ).

ОУ с адиабатным испарителем включает подогреватель заборт­ной воды, испаритель, конденсатор и насосы: циркуляционный, забортной воды и дистиллята. Испарение забортной воды проис­ходит в испарителе за счет резкого понижения давления в усло­виях адиабатного процесса (без подвода теплоты). Преимущества

Таблица 7.13. Характеристики утилизационных ОУ серии Д

Таблица 7.14. Характеристики вакуумных опреснительных установок серии П

опреснителей с адиабатным испарением: меньшее накипеобразо- вание на поверхности нагрева и более высокое качество дистил­лята.

Опреснительные установки с адиабатными испарителями под­разделяются на проточные, в которых вся неиспарившаяся в ис­парительной камере морская вода удаляется рассольным насо­сом за борт, и циркуляционные, в которых неиспарившаяся мор­ская вода из камеры испарения циркуляционным насосом вновь подается в подогреватель.

В установках с адиабатными проточными испарителями 98— 99 % нагретой забортной воды удаляется за борт, удельный рас­ход теплоты в этих установках значителен (6700—9500 кДж/кг на траулерах типа «Тропик» и «Атлантак»), В установках с адиа­батными циркуляционными испарителями удельный расход теп­лоты в 2,5—3,5 раза меньше, чем в установках с проточными испарителями. ,

Опреснители с испарителями кипящего типа чаще исполь­зуются в установках небольшой производительности (до 20 т/сут), с адиабатными испарителями — в крупных ЭУ. Однако адиабат­ные опреснители требуют больших затрат мощности на привод циркуляционного насоса из-за высокой кратности циркуляции.

Иногда на крупных пассажирских и промысловых судах при­меняют многоступенчатые адиабатные опреснители, имеющие вы­сокий коэффициент использования теплоты. Каждый из опресни­телей этих типов может работать как с избыточным давлением 0,13—0,18 МПа, так и под глубоким вакуумом 7—9 кПа. Испари­тели с избыточным давлением более просты, им не нужны эжек­торы для поддержания вакуума и рассольный насос. Однако вслед­ствие интенсивного накипеобразования резко снижается про­изводительность испарителей с избыточным давлением, необхо­дима частая трудоемкая очистка греющих элементов испарите­лей от накипи'(через каждые 200—400 ч).

В вакуумных испарителях интенсивность накипеобразования на поверхности нагрева значительно меньше. Образующаяся карбонатная накипь в отличие от сульфатной (в установках с избыточным давлением) легко удаляется, и эти установки могут работать в течение 2000—4000 ч без вскрытия для очистки от на­кипи.

В табл. 7.15 представлены технико-экономические характери­стики ОУ типа AFGU фирмы «Атлас» (Дания). ОУ типа WY (ПНР), установленные на многих отечественных судах, имеют харак­теристики, приведенные в табл. 7.16. Утилизационные ОУ изго­товляются также фирмами «Кэйрд энд Рэйнер» (Англия), «Шталь» (Швеция), «Дженерал Электрик» (США) и др.

Производительность опреснительной установки. По санитар­ным нормам расход пресной воды на одного человека на транс­портном <^дне составляет 0,100 м³/сут. ОУ должна обеспечить пресной водой и технические нужды (добавка питательной воды

о

со

а>

CN CS Ю I ©<N I сч со о еч <n

Tt*

t**.

<N

для УК и В К, пополнение замкнутых систем охлаждения дизе­лей и др.).

Коэффициент использования теплоты охлаждающей воды ГД в опреснителе составляет примерно 0,4 при N_e = 4500 кВт и 0,34 при N_e =в 9000 кВт.

Максимально возможную производительность ОУ, т/сут, иожно оценить по формуле

^Ume 1000? ’

где <7„хл — относительная потеря теплоты с водой, охлаждающей цилиндры дизелей, кДж/кг; g_e — удельный расход топлива, кг/(кВт. ч); q — количество теплоты, необходимой для получения

1. кг дистиллята в одноступенчатой установке с испарителем ки­пящего типа: q = [г + mc_p {Ц. _в — Г₃. „)] ; г — скрытая теплота

парообразования, кДж/кг; т — коэффициент продувки испари­теля (т = 2,5-f-3,5), равный отношению количества питательной воды к производительности опреснителя; с„ — теплоемкость за­бортной воды, приблизительно равна 4 кДж/(кг-°С); ^ЗВ) йв ' температуры забортной воды на входе и выходе испарителя, °С; tj — коэффициент учета тепловых потерь в окружающую среду: т) « 0,98.

Расход электроэнергии на 1 т дистиллята составляет 3— 15 кВт. ч, причем большие значения расхода энергии приходятся на установки с адиабатными проточными опреснителями.

Опреснительные установки, О пр еснители фирмы «Нирекс» спластинчатыми теплообменными аппаратами фирмы «Альфа Лаваль» (см. раз­дел «Маслоохладитель») выполняют функции испарителя и кон­денсатора ОУ. Схема одного из современных опреснителей типа «Нирекс-Компакт» показана на рис. 7.17. По сравнению с опре­снителями других фирм опреснители «Нирекс» имеют меньшие габариты и массу, однако удельные расходы электроэнергии в них несколько выше, чем в опреснителях фирмы «Атлас». Адиабат­ные опреснители более устойчивы в работе при колебаниях те­пловой нагрузки по сравнению с установками кипящего типа.

Схема включения и поперечный разрез опреснительной уста­новки типа Р-36 фирмы «Нирекс» показаны на рис. 7.18, техни­ческие характеристики даны в табл. 7.17. Кипение в испари­теле обеспечивается при 40 °С при вакууме 93 %, соленость ди­стиллята обеспечивается менее 4 мг на 1 л дистиллята.

Универсальная ОУ типа Д5У (рис. 7.19) работает на теплоте охлаждающей воды дизелей либо на насыщенном паре. Получен­ный В опреснителе дистиллят может использоваться в качестве питьевой и мытьевой воды с предварительной специальной обра­боткой (обеззараживание, минерализация). При работе опрес-

нителя на Насыщенном паре в комплекте с установкой постав­ляется пароводяной инжектор.

Опреснители типа ДУ изготовляются в четырех вариантах: Д2У, ДЗУ, Д4У, Д5У в зависимости от требуемой производи-

Рис. 7.18. Схема вакуумной опреснительной установки типа Р-36 фирмы «Нирекс».

I — трубопровод забортной воды; 2 — насос забортной воды; 3 — маслоохладитель;

4. — водоохладитель; 5 — выход забортной воды; 6 — ГД; 7 — насос пресной воды; 8 — вход греющей воды; 9 — вы^од греющей воды; 10 — конденсатор: II — сепаратор;

11. — испаритель; 13 — выход воды за борт; 14 — насос, охлаждающий ГД; 15 — эжек­тор; 16 — питание испарителя забортной водой; 17 — эжекторный насос; 18 — кинг­стон; 19 — отвод в цистерну пресной воды; 20 — солемер; 21 — электрическая панель управления; вода; пар; — электрическая цепь.

тельности дистиллята — 3,2; 6,3; 12,5; 25 т/сут соответственно и включают в себя: испаритель-конденсатор, воздушно-рассольный эжектор, дистиллятный электронасос с магнитным пускателем,

Таблица 7.17. Технические характеристики опреснителей типа Р-36 фирмы «Нирекс»

приборный щит, 1цит автоматики, два расходомера поплавкового типа, переключающий клапан, датчик солемера, реле давления, арматуру, трубопроводы и солемер СВЭ-154 — мост МПР-12с, установленный отдельно.

Рис. 7.19. Опреснительная вакуумная установка Д5У.

/ — электрод солемера; 2 — смотровое стекло; 3, 4 — трубопроводы входа в выхода греющей воды; 5 — инжектор; 6 — трубопровод греющего пара; 7 — приборы контроля (нанометры, термометры); * — трубопровод конденсата; 9 — корпус ОУ; 10 — корпус конденсатора; И — клапан снятия вакуума; 12 — расходомер; 13 — клапан удаления воздуха из конденсатора; 14 — эжектор; 15 — трубопровод забортной воды; 16 — сигна­лизация в ЦПУ: установка работает; давление дистиллята ниже Допустимого; температура греющей воды ниже допустимой; солесодержанне выше нормы соответственно; 17 — щнт сигнализации; 18 — трубопровод залива раствора кислоты для чистки греющих элемен­тов испарителя; 19 — клапан подачи рассола; 20 — корпус испарителя; 21 — сепаратор; 22 — дйстнллятный насос; 23 — реле давления; 24 — клапан отвода дистиллята; 25 — электромагнитный клапан сброса дистиллята в испаритель; 26 — световая сигнализа­ция; 27 — звуковая сигнализация; 28 — дистнллятиый насос включен; 29 — днстнллят­ный насос отключен при р - 0,05 МПа; 30 — температура греющей воды выше допу­стимой 83 °С; 31 — питание электромагнитного клапана; 32 — блок анализа солесодер- жання (больше 20 мг/л — сброс). электрические цепи.

Расход греющей воды, кг/ч, на установку tt?_rp = AD/Af_rp, где А — коэффициент, зависящий от вакуума в испарителе и от температуры питательной воды, поступающей в испаритель _в (рис. 7.20); D — количество получаемого дистиллята, кг/ч; Д<_гр — разность температур греющей воды на входе в испаритель и на выходе. Спецификационный расход греющей воды соответствует понижению ее температуры на выходе из испарителя примерно на

7—8 °С. Расход охлаждающей (забортной) воды, м³/ч, можно рас­считать по формуле = 0,6D/A^_B, где At_b — разность тем­ператур воды на входе в конденсатор и выходе из него, °С (она примерно равна 4—б °С).

Основные показатели работы установки Д5У следующие. Дистиллят! производительность ОУ 25 т/сут, общее солесодер- жание дистиллята (мг/л NaCl) не более 8 мг/л, температура воды на выходе из установки не более 50 °С; давление в кондейсаторе при нормальном барометрическом давлении не более 0,0092 МПа, давление дистиллята за агрегатом не более 0,24 МПа. Забортная водаз расход на охлаждение (общий) 90—100 м³/ч и на питание ис- • парителя 4,16 м⁸/ч, общее солесодержание не более 41 г/л NaCl,

температура от —2 до +30 °С; давление перед установкой 0,22— 0,30 МПа, количество рабочей воды и рассола за эжектором не более 100 м⁸/ч, противодавление за воздушно-рассольным эжек­тором не более 0,07 МПа. Греющая вода из системы охлаждения ГДг предельный расход (в зависимости от требуемой производи­тельности) 70—135 м⁸/ч, температура 60—80 °С, гидравлическое сопротивление нагревательной батареи по контуру греющей воды 0,06 МПа. Пар (на инжектор): давление насыщенного пара 0,5 МПа, расход 1050±160 кг/ч, противодавление на сливе кон­денсата греющего пара 0,02 МПа. Электроэнергия: питание — переменный трехфазный ток частотой 50 Гц и напряжением 220— 380 В; мощность, потребляемая электрооборудованием установки, не более 1,4 кВт. Габариты ОУ 1,6 X 1,95x2,4; масса ОУ: в сухом состоянии 2520 кг, в рабочем состоянии 3100 кг. В настоящее время установки Д2У-Д5У заменяются установками типа ДМ1-Д5М.

Опреснительные установки фирмы сА т - лас» (Дания) могут обеспечивать производительность прес-

ной воды 1—500 т/сут. Высокой эффективностью по обработке полученного дистиллята обладают установки типа AFGU фирмы «Атлас» (рис. 7.21). Вся установка скомпонована на одной фун­даментной раме вместе с трубопроводами и электрическими про­водами. Технические и эксплуатационные характеристики ОУ типа Е фирмы «Атлас» представлены в табл. 7.18 и 7.19. Для пас-

Таблица 7.18. Технические характеристики опреснительных установок типа Е фирмы «Атлас»

Таблица 7.19. Эксплуатационные характеристики опреснительной установки типа Е марок S-32—S-82 фирмы «Атлас»

gS§

1. О

2. А »

(У в* н и * S л

** О. ВС я . ♦

*5¹1 g яю 5

К I S

К .. вг

2°> 2 * Ч е(

й Js-°«

о о.®-

о о 5

Кнв*

>.яоь

* а 1 s

ч.

сажирских судов фирма «Атлас» поставляет более чем 50 различ­ных комбинаций ОУ производительностью 1—1000 м³/сут каждая.

Установки фирмы «Атлас» имеют следующие достоинства: высокую эффективность (более чем 5 м³/сут пресной' воды на 1000 кВт мощности дизеля); низкую стоимость; компактность и простоту монтажа установки на судне; полную автоматизацию обслуживания (установку достаточно контролировать один раз в полгода); низкие затраты на обслуживание;' высокое качество пресной воды, пригодной для питья и питания паровых котлов; вцсбкую надежность.

Среди созданных фирмой «Атлас» есть ОУ небольшой произ­водительности (для буксиров, катеров, траулеров, яхт) серии Е-0,5, -1, -2 (см. табл. 7.18).

Опреснители, работающие по принципу обратного осмоса. Эти опреснители:|начинают устанавливать на морских судах. Основа опреснителя —мембрана, проницаемая для воды, но не­проницаемая для растворенных в ней солей. С одной стороны мембраны находится морская вода под давлением выше осмоти­ческого (оно равно ^избыточному внешнему давлению со стороны раствора повышенной концентрации солей, при котором пре­кращается осмос — односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку, мембрану), в результате чего часть воды без солей проходит через мембрану. Солесодержание оставшейся воды повышается. Поэтому с одной стороны мембраны скапливается опресненная вода, которую собирают в цистерне опресненной воды. Остатки морской воды с повышенным солесо- держанием выбрасывают за борт. Осмотическое давление при температуре морской воды 25 °С и солесодержании 1 г/л состав­ляет 0,07 МПа, а при солесодержании 50 г/л—40,4 МПа. В одно­ступенчатых ОУ обратного осмоса можно получить опресненную воду с солесодержанием менее 500 мг/л, в двухступенчатых ОУ — менее 50 мг/л. Достоинства ОУ обратного осмоса по сравнению с|ОУ обычного испарительного типа — низкая стоимость ОУ (примерно в пять раз меньше), отсутствие потребителя тепловой энергии и более низкие общие энергетические и эксплуатацион­ные затраты. Мембраны выполняются в виде пучка полых волокон внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85—100 мкм из триа­цетата целлюлозы, либо тонкопленочные из полисульфона, свер­нутые спирально вокруг несущей трубы. Мембраны второго типа показали себя более надежными в эксплуатации. ОУ обратного осмоса требует тщательной предварительной обработки морской вода (вода проходит через сетчатый фильтр с размером ячейки 0,3 мм, центробежный сепаратор, где отделяются ил и песок с раз­мерами частиц более 200 мкм, затем через песчаный и патронный фильтры и далее поступает в насос с напором 5—7 МПа).

Необходимо постоянно контролировать и регулировать уста­новленные нормы водного режима испарителей. Общее солесо­держание дистиллята должно быть более 4—6 мг/л. Расчет до­зировки химических реагентов, приготовление их рабочих рас­творов производятся на основании специальных опытов.

Особенности эксплуатации опреснителей. При эксплуатации утилизационных ОУ необходимо руководствоваться указаниями Правил технической эксплуатации и заводской инструкцией, составленной применительно к конкретной установке.

Водный режим опреснителя обеспечивается соблюдением ре­комендованных концентраций кипящего рассола, что достигается

Сжатый Воздух от пусковых Ьаллонод

Рис. 7.22. Схема включения стерилизатора «Хлоросел».

1 —> контроль дозы; 2 — лампа-индикатор; 3— амперметр; 4 — блок выпрямителя; 5 — потенциометр, регулирующий дозу; 6 — стерилизатор «Хлоросел» типа SM/T5; 7 — гидрофорная цистерна; 8 — диафрагма; 9 — фильтр; 10 — насос гидрофора; 11 — запасная цистерна питьевой воды.

соответствующей продувкой испарителя и дозировкой противо- накипных препаратов. Применение дистиллята в качестве питье­вой воды допускается после проверки его качества с разрешения судового врача.

Основные причины нарушения режима работы опреснителя:

• снижение производительности опреснителя, вызванное недо­статочными расходом и температурой греющей воды, повышением температуры кипения рассола из-за недостаточного вакуума, понижением уровня рассола в испарителе, образованием воздуш- ных мешков в полости греющей воды или подогревателя рассола, ухудшением теплообмена в связи с отложением накипи на грею­щих элементах испарителя;

• повышение солености дистиллята, связанное с повышением производительности установки, большим расходом греющей воды, повышением уровня рассола в испарителе, повышенной солено­стью рассола, вспениванием или вскипанием рассола, подсосом забортной воды через неплотности конденсата, понижением тем­пературы кипения рассола за счет чрезмерного вакуума;

Рис. 7.23. Электролитический элемент и солемер «Хлоросела».

1,4 — электролитический элемент (иижний и верхний корпуса из органического стекла); t — впускной ниппель для воды; 3 — контрольная пробка; 5 — выпускной ниппель; С — втулка; 7 — прижимная пластина; 8 — трубка анода; 9 —- трубка катода; 10 — впускной штуцер солемера; И — кольцевые прокладки; 12 — специальный винт; 13 — верхний индикаторный блок; 14, 15, 16 — поплавки гидрометра; 17 — контрольный клапаи соли; 18 — блок управления; 19 — впускной клапан солемера; 20 — устано­вочная панель; 21 — впускной штуцер солемера; 22 — выпуск раствора из сатуратора; 23 — выпускной штуцер; 24 — контрольный клапан охлаждающей катод воды; 25 — игольчатые клапаны управления.

• увеличение давления в конденсаторе (недостаточный ва­куум), обусловленное недостаточным расходом охлаждающей за­бортной воды через конденсатор, повышенной ее температурой, повышенным подсосом воздуха, увеличением температурного на­пора, неудовлетворительной работой воздушного эжектора или вакуумного насоса, повышенным уровнем дистиллята в конден­саторе, повышенной производительностью опреснителя, загрязне­нием трубок конденсатора, повышенной температурой паровоз­душной смеси, удаляемой из конденсатора;

• повышение солености рассола, вызванное недостаточным расходом питательной воды, повышенной производительностью ОУ, неудовлетворительной работой рассольного насоса или водяного эжектора.

Электролитическая установка. С помощью этой установки производится стерилизация питьевой воды электролитическим гипохлоритом натрия (стерилизатор «Хлоросел» SM/T5, тепло­ход «Смоленск»). Хлорированию необходимо подвергать воду, полученную судовыми опреснительными установками из морской воды. Вода в результате хлорирования становится более щелочной, вкусной и пригодной для питья и других питьевых назначений.

Стерилизатор содержит запатентованный трубчатый электро­литический элемент со смесительным устройством (солемер), выпрямитель с установленным на нем амперметром постоянного тока, потенциометр—для регулирования тока (рис. 7.22, 7.23).

Пропускная способность установки 0,5—15 м³/ч, для полной заправки требуются 13 кг поваренной соли (50—200 ч в зависи­мости от обрабатываемого расхода воды), масса с полной заправ­кой равна приблизительно 46,5 кг, габариты 610x346x250 мм, максимальное рабочее давление 0,7 МПа. На производство 1 м⁸ воды в час требуется около 10 Вт электроэнергии в час. Для измерения содержания хлора в обработанной воде в пределах от 0,1 до 1 мг/л СГ вместе со стерилизатором «Хлоросел» постав­ляется испытательный стенд «Хлороскоп», обеспечивающий пра­вильное дозирование хлора, а также 100 таблеток диэтилпара- фенилдиамина (ДПД) № 1. Номинальная мощность тока должна быть 1 А на 1 м³ воды, проходящей по главному водопроводу. Электролиз воды обеспечивается прохождением ее между анодом и катодом постоянного тока.

§ 7.5. Водоподготовка в системах охлаждения

Характеристики качества охлаждающей воды. Охлаждающая вода, так же как топливо и масло, требует обработки и наблюдения, в противном случае на внутренних поверхностях системы охлаждения появляются коррозия, эрозия, кавитация и внутренние отложения, приводящие к .увеличению термического сопротивления теплообмену. Качество воды оценивается следующими харак­теристиками.

Общая жесткость — суммарное количество ионов кальция и магния (мг-экв/л), определяется титрованием воды раствором трилона Б в присутствии индикатора (хрома темно-синего). Общая жесткость должна быть 1,5—3,0 кг-экв/л, содержание хлоридов — не более 100 мг/л (солесодержание «стандартной» морс­кой воды — 35 г/л); 1 мг-экв/л = 2,804° dH (немецких градусов солесодержа- ния). * Жесткость воды увеличивается на 1° dH, если на 1000 л воды добавить: 40 г сульфата магния (MgS0₄), 40 г нитрата кальция Ca(NH_s)2 и 30 г сульфата кальция — гипса (CaS0₄). Общая жесткость охлаждающей воды должна состав­лять не более 10° dH (1 мг/л СаС0₃ эквивалентен 0,02 мг-экв/л или 0,056° dH).

•' Немецкий градус жесткости 1° dH = 10 мг СаСо₃ на 1 л воды = 1,79° фран­цузских градусов жесткости (fH) = 1,25° английских градусов жесткости (еН) =

• 17,9° американских градусов жесткости (USAH).

Рекомендуется применять дистиллят (например, из опреснителя) или пол­ностью обессоленную воду. Эти воды не содержат извести и соли, не вызывают отложения, но они более коррозионно-активны чем нормальная жесткая вода, так как на стенках не может образоваться тонкий известковый слой, обеспечи­вающий антикоррозионную защиту. В связи с этим водяные дистилляты следует подготовлять особо тщательно.

Водородный показатель (pH) характеризует концентрацию водородных ионов и является также показателем агрессивности воды. Его определяют индикатор­ной бумагой, рН-метрами, жидким индикатором или электронным измеритель­ным прибором.

Водородный показатель для воды должен составлять 6,5—8 при 20 °С. Зна­чение 7 является нейтральным между кислым и щелочным состоянием воды. Если водородный показатель лежит ниже указанного значения, то его можно повы­сить прибавлением нитрата натрия NaNO_s или едкого натрия NaOH. Водород­ный показатель приготовленной охлаждающей воды должен находиться в диапа­зоне 7,5—8,5. Химикаты предварительно растворяются в воде, а затем посте­пенно примешиваются в уравнительной цистерне при работающем дизеле. Обычно очень мягкая вода имеет повышенное содержание угольной кислоты, которая уменьшает водородный показатель. При нагревании воды выше 80 °С угольная кислота выделяется, что повышает водородный показатель.

Содержание хлоридов контролируется следующим образом: хорошо пере­мешать в стеклянном сосуде 350 см® воды с 10 см² 10 %-ного раствора нитрата серебра AgNO_s и прибавить 5—8 капель 5 %-ного раствора хромата калия К_аСЮ₄. Если появится покраснение, содержание хлорида составляет менее 100 мг/л. При слишком высоком содержании хлоридов прибавить хлоридо-обедненную воду (дистиллированную воду, конденсат), пока не появится покраснение. После этого опять проверить жесткость воды и ее водородный показатель. Содержание хлоридов должно быть не более 100 мг/л (для СОД не более 50 мг/л).

Антикоррозионные присадки. Концентрация антикоррозионных присадок устанавливается до 0,5—1 % объема воды в МОД. При первом заполнении но­вого дизеля концентрация немного выше (1,5—2% объема), что обеспечивает образование на стенках полостей достаточной защитной масляной пленки. При первом заполнении и после каждой смены жидкости необходимо проверить кон­центрацию через несколько часов после ввода дизеля в эксплуатацию, так как эмульсия может истощиться образованием на стенках охлаждающих поверхно­стей масляной пленки.

Антикоррозионные присадки следует добавлять не в чистом виде, а в виде концентрированной эмульсии: 1 л масла на 3—5 л воды. Концентрированная эмульсия вводится в систему охлаждения, где обеспечивается хорошее переме­шивание ее с водой, например, через воздушный кран на всасывающей полости насоса.

Стойкость эмульсии зависит от жесткости воды. В слишком жесткой воде масло быстро выделяется из эмульсии и его защитное действие снижается. Наибо­лее стойкая эмульсия получается, если жесткость находится в пределах 8—29 мг СаС0₃ на 1 л воды; при жесткости 29—57 мг рекомендуется смягчать воду, а при жесткости свыше 57 мг смягчение воды обязательно. Чрезмерно мягкая вода (меньше 8 мг СаСО* на 1 л воды) способствует вспениванию.

Одной из причин появления термоусталостных трещин в крышках цилиндров • и перемычках между клапанами являются отложения на поверхностях охлажде­ния солей компонентов масляных присадок. Они ухудшают отвод теплоты от поверхности металла в охлаждающую среду, в результате чего температура в указанных местах повышается на 50—70 °С и более по сравнению с температу­рой в начальный период работы дизеля.

Присадки на органической основе создают на охлаждаемых поверхностях адсорбционную пленку, защищающую металл от коррозионно-эрозионных раз­рушений. Присадки на масляной основе «Шелл Дромус» и ВНИИНП-117/Д при . концентрации ! % и более образуют пленку, толщина которой в течение 500— 1000 ч работы дизеля может достигать 0,3—0,5 мм. В ней под действием высокой температуры (выше 170 °С) и в результате каталитического действия металли­ческой поверхности развиваются деструктивные процессы с образованием про-

дуктов уплотнения, способствующих возникновению перегревов дизелей, что может привести к отказу или аварии дизеля.

Оценку термостойкости эмульсионных присадок осуществляют методом тер­мографометрического анализа на дериватографе системы «Паулик-Эрдей» (ВНР). Для испытаний отбирается 0,10—0,12 кг присадки и помещается в платиновый

5)

Рис. 7.24. Дериватограммы испытанных присадок: а—ВНИИНП-117/Д; б — «Шелл Донакс»; в — «Шелл Дромус»; г—Н1; д — «Ароста»; е — «Эмакс-1»; Л, Т — зависимости массы и температуры от времени в процессе нагрева образца при­садки; В — кривая скорости изменения массы.

тигель с крышкой; затем присадка нагревается со скоростью 10^вС/мин до 500 “С. Время экспозиции 50 мин. В процессе анализа газообразные продукты разло­жения отсасываются. На рис. 7.24 показаны дериватограммы испытанных при­садок ВНИИНП-117/Д, «Шелл Донакс», «Шелл Дромус», Н1, «Ароста», «Эмакс-1». Термостойкость оценивается по температуре, соответствующей максимальной скорости разложения на кривой £ путем проектирования ее вершины на кривую Т.

Наибольшую температуру разложения имеет присадка «Эмакс-1» (380 ^вС), а наи­меньшую — «Ароста» (220 С).

Защитная масляная пленка при разрушении вновь не растворяется в воде, а накапливается на поверхности воды в расширительной цистерне. Причинами разрушения пленки могут быть: добавление в систему слишком жесткой воды, наличие тонкой пленки накипи или шлама на поверхности охлаждения до при­менения масла, естественное разрушение пленки из-за давности ее образования. При высокой концентрации эмульсии масло может скапливаться в расшири­тельной цистерне, но это не свидетельствует о разрушении пленки.

Рис. 7.25. Определи­тель эмульсии.

• влить воду (100 см⁸) через ватный тампон в определитель эмульсии;

• долить концентрированную соляную кислоту до отметки В;

• закрыть определитель эмульсии стеклянной пробкой и хорошо взболтать (подогрев в теплой воде ускоряет отделение воды от масла);

• поставить определитель эмульсии и, если раз­деленные жидкости становятся ясными, определить по шкале Объемную долю масла в процентах;

• содержание определителя эмульсии вылить, хорошо промыть его и просушить.

Частое дополнение антикоррозионной присадки, большое количество выделенного в уравнительном баке масла и малая стабильность эмульсии являются сигналом необходимой очистки циркуляционной си­стемы охлаждения.

А и В — нижний и верх­ний пределы шкалы из­мерений.

На судовых дизелях широко применяют следующие масляные присадки к пресной воде систем охлаждения (в скобках фирма-изготовитель): «Энер- гол СВ4» (ВД), «Солюбл ойл Ц» («Ексако»), «Дикул-1» («Кастрол»), «Кутвел-40» («Эссо»), «Гульфакт-51А» («Гулф»), «Сольфак-2», «Сольфак-1535», «Мобил дизел гидротон» (соль хромовой кислоты) («Мобил Ойл»), «Шелл Дромус», «Шелл До- накс» («Шелл»), «Нораст» (СЕКА СА), «Ароста» («Визура»). Из отечественных присадок можно назвать: ИНК-8, ВНИИНП-117, хроматную, хроматно-нитрит- ную. В последнее время появились новые присадки, такие как Н1 (ПНР), оте­чественные ВНИИНП-117/Д и «Экстрол».

Зарубежные фирмы предлагают 1—2 %-ные концентрации присадок с ви­зуальным контролем их содержания. Проверка концентрации в лабораторных условиях производится методом разложения концентрированной серной кислотой.

В случае отсутствия присадок черные металлы, входящие в систему охлаж­дения, интенсивно корродируют даже при охлаждении чистым конденсатом (или дистиллятом). При использовании присадок продукты коррозии вымываются (тем интенсивнее, чем выше концентрации присадки) и забивают (зашламляют) охладители. Повышенная концентрация присадки приводит к отложениям на горячих поверхностях крышек и втулок цилиндров, местным перегревам и термо­

усталостным трещинам. Отсюда вытекает необходимость промывки системы

охлаждения дизельной установки рабочей эмульсией со сливом через 25—50 ч работы. Начальная концентрация присадки в системе охлаждения СОД не долж­на превышать 0,20—0,25 %, а конечная концентрация может достигать 0,02 %.

Коррозия и кавитация в системе охлаждения. Коррозия и кавитация могут появиться на стороне охлаждения цилиндровой втулки всех дизелей, а также на поверхности станины.

На втулке цилиндра во время рабочих ходов поршнем возбуждаются вол­новые колебательные движения с различной амплитудой и различным ускоре­нием, что вызывает образование зон повышенного или пониженного давления. При достижении давления испарения образуются пузырьки, которые разрыва­ются, вызывая в отдельных местах высокие пиковые давления и температуры. Интенсивность ударов зависит от частоты вращения дизеля. В связи с этим чем больше частота вращения КВ дизеля, тем больше он подвергнут опасности воз­действия коррозии и кавитации в системе охлаждения.

Коррозия в системах охлаждения способствует образованию так называе­мого железного шлама, который оседает преимущественно в зонах низкой ско­рости течения в системе охлаждения. Кроме того, смытые частицы коррозии могут оказывать абразивное воздействие, например на уплотнительные кольца охлаж­дения поршней в двухтактных дизелях. Для удаления ржавчины пригодны те же средства, что и для растворения известковых осадков. (Хорошо зарекомендовало себя средство «Друсперсе-734» фирмы «Дру Кемикэл Корпорейшн».)

Чистка систем охлаждения. Причины загрязнения систем охлаждения раз­ные. Твердые загрязнения в охлаждающей воде выделяются в виде песка или шлама, особенно в местах с небольшим течением жидкости. Во многих случаях они могут быть удалены интенсивной промывкой водой под давлением.

Масляный шлам удаляют путем промывки 4 %-ным содовым раствором, раствором тринатрийфосфата или мыльным раствором.

Химическую очистку систем охлаждения дизелей выполняют тремя спосо­бами: I) раствором поверхностно-активных веществ (ПАВ) — очистка от орга­нических отложений (масляных и углеродистых); 2) раствором ингибированной соляной кислоты — очистка от неорганических отложений (накипных и железо- окйсных); 3) раствором соляной кислоты, содержащей ПАВ, — очистка от сме­шанных отложений.

Очистка отложений первым способом производится 0,5—1 %-ным раство­ром ПАВ (смачивателем ОП7 или ОПЮ, моющими препаратами МЛ6, МЛ72, -АМ15, 3 %-ным раствором препарата «Цистерин-2»). Систему промывают в те­чение 10—20 ч при непрерывной циркуляции и подогреве до 50—70 °С, причем препарат растворяется в 3—5-кратном количестве пресной воды, после чего вво­дится в систему охлаждения при непрерывной циркуляции ее в системе:

Очистка вторым способом осуществляется 4 %-ным раствором соляной кис­лоты с добавлением ингибитора ПБ5 или уротропина в количестве 3 кг на 1 т раствора. Рекомендуется добавлять 1 кг смачивателя ОП7 или ОПЮ на 1 т мою­щего раствора. Система охлаждения заполняется водой, вводятся ингибиторы, а затем кислота в количестве, кг, G = ВС1С_Ъ где В — масса воды в системе, кг; С — заданная концентрация кислоты в растворе, %; С_г — концентрация приме­няемой кислоты, %.

При температуре раствора 65 °С время очистки составляет не более 13 ч, при температуре 20 °С — не более 90 ч. Максимальная температура подогрева раствора равна 65 °С. Если в течение 1,5—2 ч концентрация раствора (кислоты) не снижается, то процесс растворения отложений окончен, и очистку необходимо прекратить (для определения концентрации следует отбирать пробы через каж­дые 30 мин из системы охлаждения). Процентное содержание соляной кислоты равно 0,73», где v — объем раствора едкого натрия, израсходованного на ней­трализацию, мл. В мензурку набирается 5 мл раствора, добавляется приблизи­тельно 50 мл чистой пресной воды, 2—3 капли метилоранжевого 0,1 %-ного водного раствора и содержимое мензурки нейтрализуется раствором щелочи — 40 г/л едкого натра до перехода окраски от розовой к желтой.

Перед выпуском из системы кислотный раствор надо нейтрализовать щелочью (каустической или кальцинированной содой, противонакипином, тринатрийфос- фатом). Требуемое для этой цели количество щелочи определяется по формуле д_щ = 1,2 СВЭ, где С — конечная концентрация соляной кислоты в растворе, %; В — масса кислотного раствора, т; Э — нейтрализующий эквивалент 100 %-ного щелочного препарата на 1 т раствора, Э — 26 — для каустической соды, Э = = 55 -г- для противонакипина, Э = 77 — для тринатрийфосфата. Слабощелоч­ная реакция по фенолфталеину или индикаторной бумаге является признаком полной нейтрализации кислоты в растворе.

Третий способ очистки заключается в совместном действии ПАВ и соляной кислоты с ингибитором. Очистка производится по технологии второго способа, а определение необходимого количества ПАВ и порядок их ввода выполняются по первому способу-. После слива моющего раствора система охлаждения промывается путем заполнения ее водой с циркуляцией в течение 1—2 ч, а затем заполняется охлаждающей водой с антикоррозионной присадкой.

Очистку маслоохладителей, топливоподогревателей, воздухоохладителей со стороны воздуха производят препаратом ИМФ-3. Для очистки систем охлаж­дения от масляных отложений применяют 3—5 %-ный водный раствор препарата при температуре 60—65 °С, непрерывно циркулирующий в течение 3—4 ч. Очистка маслоохладителей осуществляется 5 %-ным водным раствором препарата, очистка топливоподогревателей — 5—10 %-ным раствором, очистка воздухоохладите­лей — 25 %-ным раствором. Моющий раствор должен непрерывно циркулиро­вать при температуре 90—100 °С для маслоохладителя в течение 2—3 ч, топливо­подогревателей 2—5 ч,воздухоохладителей 12—15 ч. Необходимо помнить, что при кислотной очистке возможно выделение водорода, образующего с воздухом взрывоопасную смесь, в связи с чем во время кислотной очистки категорически запрещается курение и использование открытого огня в МО.

В системах охлаждения, к которым подсоединен опреснитель, не разрешается применять примеси на основе хроматов (хромпик натриевый или калиевый). Зарубежные фирмы рекомендуют следующие примеси: на основе хроматов — «Амероид», «Меркем», «Налко-138», «Веком D-15»; на основе нитратов — «Ин­гибитор-2080», «Атлас», «Дискул-5», «Амероид D-НС», «Формет-ЗРб»; «Дромусс» ОИЕЕ, «Веком».

Для устранения масла применяют «Веком В-24», для снятия продуктов коррозии — «Веком ВА-30», «Меркем», «Веком ВА-S», «Пероклеа-809», для устра­нения масла и осадков — «Меркем»; для использования промышленной соляной кислоты — «Милгафен-3482». В случае отсутствия перечисленных специализи­рованных растворителей в экстренных случаях с целью удаления известковых осадков можно употреблять разбавленную соляную кислоту или амидосульфо- кислоту. Эта кислота продается также под названием «Бриндамид» или «Продокс» и добавляется в воду в количестве 3—5 %; температура воды должна составлять 40—50 °С. Системы охлаждения с содержанием цветных металлов (алюминий, бронза, латунь и др.) очищаются ингибиторной амидосульфокислотой. Охлаж­дающую воду с очищаемым средством рекомендуется прокачивать насосом в си­стеме для обеспечения выхода газовых пузырьков. Продолжительность очистки зависит от толщины и состава осадков. Затем полости охлаждения полагается несколько раз промыть пресной водой, чтобы удалить остатки кислоты, с ис­пользованием 2 %-ного содового или трифосфатного раствора, а еще лучше ингибиторного щелочного раствора. Даже при тщательной промывке и нейтра­лизации остатки кислоты способствуют образованию точечной коррозии в си­стемах охлаждения, в связи с чем лучше пользоваться ингибиторной амидосуль­фокислотой.

Способ очистки охладителей от накипи с применением двуокиси углерода основанна переходе карбоната кальция (основной компонент отложений в охлади­телях с температурой стенки до 82 °С) в более растворимые гидрокарбонатыв при­сутствии угольной кислоты, которая образуется при растворении двуокиси угле­рода в моющей воде. Очистка от накипи производится насыщением воды, запол­няющей охладитель, углекислым газом и ее циркуляцией по замкнутому контуру.

Воду периодически меняют с помощью штатного циркуляционного насоса, что позволяет удалить нерастворившиеся частицы шлама. Если толщина накипи в масляном охладителе (40 м®) составляет 0,35—0,40 мм, то продолжительность очистки должна быть 26 ч при степени очистки 80—90 %.

Глава 8. Утилизация отбросной теплоты

§ 8.1. Тепловой баланс главных и вспомогательных дизелей

Составляющие теплового баланса. Тепловой баланс дизеля для 1 кг сжигаемого топлива с теплотворной способностью Q5, кДж/кг, записывается в виде

QS = Q« + Qr + Q охл + Qm + Qoer

или

1 = Я* + Яг + Яохп + Ям + 0ОСК

где Q_e — теплота, эквивалентная эффективной работе дизеля Т]е = Яе = Qe/Ql> здесь Q_e = r]_eQH = 3600/g_e, g_e — удельный рас- ход топлива, кг/(кВт. ч); Q_r — теплота, теряемая с выпускными

газами, Q_r == G_Tc_pTt_T — G_Bc_pBi_a\ = G_r, G_a — количество

<25. ’

выпускных газов и воздуха, подаваемого в дизель, на 1 кг топ­лива, G_r = а₀ (рЦ +1, G_B = а₀ ф!о. здесь Lo — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг, а„ — коэффициент избытка воздуха при горении, <р — коэффи­циент продувки; с_рР, др_В — средние массовые теплоемкости про­дуктов сгорания и воздуха, кДж/(кг-К), с_рг = 1,03 + 0,000126<_г и с_рь = 0,9852 + 0,0000934^_в, здесь t_r — температура выпуск­ных газов в выпускном газопроводе, °С, t_b — температура све­жего заряда воздуха на входе в цилиндр дизеля, °С; Q_ox„ — те­плота, теряемая с охлаждающей водой (в водоохладителе и в воз­духоохладителе Q_B03J<).

л _ ®В^СВ — Qoxn

^Ч=^0ХЛ <Ъ * ^ЯоХа ~ QP »

Ga. — расход охлаждающей воды, кг/ч; с_в — теплоемкость воды, кДж/(кг. °С); G_T — часовой расход топлива на дизель, кг/ч; t_B, f_B — температуры воды на входе в охладитель и на выходе из него, °С; Q_M — теплота, уносимая с маслом,

fi 1_ ®М^СМ (*м ^— *м) . _ Qm у_м g; . ям — _Qp »

G_M — расход масла через масляный охладитель, кг/ч; с_м — те­плоемкость масла, кДж/(кг. °С); t_M, С — температуры масла на входе в охладитель и на выходе из него, °С.

С циркуляционным маслом Q_M отводится теплота трения в под­шипниках, часть теплоты трения в ЦПГ, а также теплота от порш­ней при масляном их охлаждении. Составляющие теплового ба-

Он, %

100

Т а б л и ц а 8.2. Показатели возможной утилизации отбросной теплоты (по оценке фирмы «Пилстик» )

Таблица 8.3. Показатели высокоэкономичных по топливу ЭУ

японской постройки (процент экономии топлива указан по отношению к судам

аналогичного типа постройки до 1975 г.)

я

о

&

О сg 0 со О S

4. ч

В S О н

Н >»

СЧ

00

о

5

а

Пар направляется в УТГ, где вырабатывает электроэнергию,

обеспечивающую полностью или в значительной мере потреб­ности судна. Показатели СГУТ, эксплуатирующихся на отечест­венных судах, приведены в табл. 8.4 и 8.5.

При мощности ГД, равной 6—10 МВт, паропроизводитель- ность УК достигает 3—5 т/ч. Так как УТГ расходуют 8—8,5 кг пара на 1 кВт. ч, мощность УТГ может достигать 350—500 кВт, что в большинстве случаев удовлетворяет все потребности в элек­троэнергии на ходу судна (дополнительные затраты на обору- —> дование окупаются приблизительно за 4 года). При мощности ГД 10—17 МВт производительность УК равна 5—9 т/ч, что обеспе-

20 40 60 80 100 Недг ц«,% Ьк,%.

too

on Рис. 8.3. Зависимость коэффи- , циентов КПД и использова­ли ния теплоты в УК от мощ- од ности при работе по нагрузоч­ной характеристике ДГ фирмы on «Пилстик».

/ — максимально возможный эф­фективный КПД; 2 — эффективный КПД дизеля.

чивает не только работу УТГ мощностью 500—800 кВт (в отдель­ных случаях до 1 МВт), но и удовлетворяет все судовые потреб­ности в тепловой энергии (дополнительные затраты на оборудо- » шне окупятся за 1,5—2 года).

При мощностях ДЭУ 20—30 МВт мощность УТГ может до­стигать 1,7 МВт, что значительно превышает судовые потребно­сти в электрической энергии. .Поэтому целесообразно исполь­зовать часть мощности УТГ для передачи на гребной вал. Генератор соединяется с гребным валом через зубчатую передачу и регу­лируемую муфту, обеспечивающую поддержание постоянной ча­стоты вращения ведомого вала, на котором установлен генератор. Удельная стоимость топлива при выработке электроэнергии в ЭЭС с различной комплектацией генерирующими агрегатами оценивается следующими относительными величинами: 100 % — вспомогательные ДГ, 50 % — ВГ, 0 % — УТГ, 70 % — вспо­могательные ДГ и УТГ.

Наибольшее распространение в Европе и Японии получили валогенераторные установки (ВГУ) на основе статических пре­образователей частоты со звеном постоянного тока. Самой эф- ' фективной считается комбинированная установка с УТГ, ВГ и ДГ, способная работать на общие шины параллельно. Специаль-

§-

I?

ю

О)

J2 я *Г о О.Е S.C о

ная система регулирования обеспечивает оптимальную загрузку каждого из агрегатов в зависимости от режима работы ГД, при­чем КПД и мощность валогенераторной установки зависят от частоты вращения ВГ (рис. 8.4).

В дизельных ЭУ без УТГ для получения электроэнергии на хо­довых режимах рекомендуется использовать ВГ, что может обе­спечить значительный экономический эффект.

Валогенераторы. Валогенераторы используют следующие виды передачи вращающего момента и преобразования энергии: зуб­чатую, цепную, гидравлическую, электрическую, а также непо­средственно встраиваются в линию гребного вала. Валогенера-

I

I

I

<8

1,%

100

95

85

60 70 80 90 100

п,%

В)

1.0

^ к Й *

0.370,5 1,0

Относительная частота Враще­ния п

Рис. 8.4. Зависимости КПД ВГ с планетарной зубчатой передачей от частоты вращения (а) и относительной мощности ВГ от частоты вращения (б).

1 — КПД редуктора и регулирующего гидравлического привода; 2 — КПД всей пере­дачи; А — нормальная работа ВГ; В — работа с ограниченным числом включенных

потребителей.

торы и утилизационные турбогенераторы, а также их комбина­ции не влияют на число вспомогательных ДГ судовой электростан­ции. Как правило, общее число ДГ редко выбирают меньше трех.

Отметим основные требования, которым должна удовлетворять электростанция с ВГ:

• обеспечение устойчивой работы установки при коротких замыканиях в сети;

• бесперебойное питание ответственных потребителей при резких (до 40 % в секунду) изменениях частоты вращения греб­ного вала;

• обеспечение питанием ответственных потребителей при внезапных остановках ГД за счет автоматического запуска ре­зервного литания и перевода нагрузки с ВГ или УТГ на ДГ;

• поддержание напряжения и частоты в допустимых пределах в условиях нормальной работы ЭУ при включении и отключении потребителей;

• обеспечение длительной параллельной работы ВГ, УТГ и автономных ДГ.

Стоимость 1 кВт установленной мощности (200 кВт) для/ВГ с генератором, встроенным непосредственно в линию вала^ на 18—24 % больше, чем при использовании промежуточной рере­дачи. Несмотря на значительные габариты, массу и повышенную стоимость, генератор, встроенный непосредственно в линию вала с МОД, считается,наиболее эффективным. Однако пока еще отсут­ствуют муфты для разобщения МОД и ВГ. Это препятствует созданию обратимых В Г на их основе (применительно к СОД такие установки созданы).

Зубчатая передача позволяет использовать генератор с более высокой частотой вращения и тем самым снизить его габариты и стоимость. При непосредственной установке в линию вала число полюсов ВГ согласуется с частотой вращения ГД. В случае про­межуточной передачи для привода ВГ применяют самовозбужда- ющиеся четырехполюсные синхронные (бесщеточные) генераторы. Если частота вращения ВРШ постоянная, их КПД ниже, a g_e на ГД выше, чем g_e у ГД при работе по винтовой характеристике. Поэтому использование ВГ при постоянной частоте вращения при­водит в ряде случаев к заметному повышению g_e. Кроме того, выяснилась практическая невозможность обеспечения длитель­ной параллельной работы ВГ с ДГ при волнении на море.

Применение ВГ переменного тока в ЭУ с ВФШ в последнее время основано на использовании тиристорных преобразователей частоты- и обеспечивает длительную параллельную работу ВГ и ДГ. ВГ может вступать в работу, как только частота вращения гребного вала достигнет примерно (0,3-г-0,4) п_ном. Например, валогенератор мощностью 700 кВт, предназначенный для сопря­жения с ГД типа GFCA фирмы «Бурмейстер и Вайн» имеет габа­риты 2,4 X3,4x2,8 м и массу около 14 т. На дизеле типа L ... GB этой фирмы для уменьшения полной длины агрегата ВГ мощностью 350 кВт монтируется вертикально (что обеспечивает размеры 2,1x1,75x2,9 м и массу 9 т).

Системы глубокой утилизации теплоты (СГУТ) В связи со значительным повышением экономичности современных ГД .(до 50 % и выше) произошло перераспределение статей теплового баланса. Резко снизился уровень температуры выпускных га­зов (до 265—295 °С для МОД). Это уменьшило энергию, которая может быть использована в СГУТ, и тепловосприятие УК на 35—45 %. '

Потребности судна в тепловой и электрической энергии за­висят от целого ряда факторов: размеров судна, мощности ЭУ, ее комплектации, энергоемкости установленного оборудования (рис. 8.5). Только при мощности ГД более 13 тыс. кВт (для ре­жима не менее 90 %) СГУТ современных МОД фирмы «Бурмей­стер и Вайн» обеспечивают выработку избыточной энергии и пол­ностью,, удовлетворяют потребности судов на ходовом режиме в паре и электроэнергии (рис. 8.6—8.8). По опыту эксплуата­ции МОД фирма «Бурмейстер и Вайн» считает, что избежать не-

обходимости частого запуска ДГ можно лишь при условии, если выработка электроэнергии УТГ будет удовлетворять потребности судна при мощности ГД не менее 80 %.

Рис. 8.5. Средние потребности в тепловой и электрической энергии на ходовом режиме в зависимости от мощностй ГД дйя танкеров и балккэриеров.

/ — расчетное потребление электроэнергии; 2 — полная потребность в насыщенной паре; 3 — то же, без обогрева топливных цистерн н отопления помещений; 4 — УТГ в ЗУ с МОД; S — УТГ в ЭУ с СОД. .

| °^п;£²¹⁰⁰

Возможными способами расширения диапазона нагрузок й удовлетворения СГУТ потребностей судна являются следующие! — установка ВГ, снабжающего энергией насосы, обслужива­ющие ГД с соответствующим сокращением потребности в электро­энергии, вырабатываемой УТГ;

m

woo

m

■о

1. — потребность в электроэнергии; 2 — вы­работка энергии УТГ (за вычетом расходов пара для обогрева) при 100 % N_{t ном}; 3 — то же, при 90%; 4 — то же, при 80%; S — диапазоны N_{e нои} ГД с соответствующим чис­лом цилиндров (указаны цифрами).

Ne т.кВт

S 10 15 20 25_t 30 гл ■ Ю , кВт

Рис. 8.7. Зависимость мощности УТГ при давлении пара на входе в турбину 0,7 МПа, температуре 255 С и давлении в конденсаторе

1. 008 МПа от нагрузки ГД.

/ — СОД фирмы (Бурмейстер.и Вайн»;

2. — МОД фирмы «Бурмейстер и Вайн» с импульсным турбонаддувом; 3 — МОД фирм «Зульцер» и MAN; 4 — нор­мальный расход электроэнергии в мо­ре.

• использование для подогрева топлива и отопления поме­щений пресной водой из системы охлаждения ГД в условиях ВТО (90 °С);

Л'лЗ

• 

  

  50 75 100 Nt /Л/е ном, %

  применение электроприводов насосов с регулируемой ча­стотой вращения, как правило, за счет переключения полисов электродвигателя; при этом мощность и подача вспомогательных механизмов будут меняться пропорционально мощности ГД;

к числу механизмов, допускающих такое регулирование, отно­сятся насосы пресной и забортной охлаждающей воды, топливо­подкачивающие насосы и часть вентиляции МО; при использо-

Выход газов

Рис. 8.10. Схема одноконтурного (а) и двухконтурного (б) УК.

1 — пароперегреватель; 2 — испарительная секция; 3 — экономайзер; 4 — отвод на­сыщенного пара к потребителям; 5 — сепаратор низкого давления; S' — сепаратор пара высокого давления; 6 — подвод питательной воды; 7 — циркуляционный

насос.

вании насоса с переменной частотой вращения, снижении темпе­ратуры и расхода забортной воды, например вдвое, мощность уменьшится в четыре раза (рис. 8.9);

• оборудование системы приема воздуха ТК дизеля непосред­ственно* с палубы, в результате чего можно уменьшить мощность вентиляторов МО на 80 %;

А в,

т/год

1700

1500

1300

1100

900

255^-285 °С; давление пара перед быстрозапорным кла-

паном УТГ р_г = 0,444-0,45 МПа; температура пара перед быстрозапорным клапаном УТГ t_x = 245-f-280 °С; температура питательной воды t_n. „ = 424-52 °С; температура воды на входе в экономайзер УК не менее 122 °С; кратность циркуляции УК не менее 2,5; гидравлическое сопротивление циркуляционного контура УК 0,2—0,3 МПа; гидравлическое сопротивление паро- перегревателя с перепускными трубами и арматурой не более 0,1 МПа; сопротивление газового тракта УК на режиме дли- тельной эксплуатационной мощности (0,9 N_{e ном}) не более 2 кПа; давление в конденсаторе УТГ 0,005—0,006 МПа.

Оптимальное давление и температура генерируемого водя- ного пара при температуре газов за ТК 325 °С и за котлом 160 °С составляют соответственно 0,4—0,5 МПа и 290 °С. Для танкеров «Лисичанск» с дизелем 9ИД-90 мощностью N_{e экспл} = = 11 920 кВт СГУТ с передачей мощности на винт экономиче- ски могла быть целесообразной. Утилизационная гребная уста- новка могла бы служить резервной в случае выхода из строя ГД (обеспечивать скорость 7,3 уз); мощность ДУ можно повысить на 8—10%.

Наибольшую удельную мощность N_{e УТГ}fN_{e гд} имеет УТГ теплохода «Великий Октябрь», а самую низкую УТГ тепло­ходов типа «Лисичанск» и «Маршал Буденный». Весьма высокой удельной мощностью обладают УТГ с многоступенчатыми турби­нами, использующими перегретый пар. В системах ГУТ совре­менных дизелей отечественной постройки устанавливают УК ма­рок КУП-660, КУП-1100 и КУП-1500Р с температурой газов на входе = 330-1-340 °С. УК выполнены одноконтурными (одна сту­пень давления) с противоточным экономайзером (см. рис. 8.10, а). _s Удачная схема СГУТ применена в

Рис. 8.12. Зависимости экономи­ческой эффективности от раз­личных вариантов схем для вы­работки электроэнергии в ходо­вом режиме для УТГ-500 (тепло­ходы типов «Капитан Кушнарен- ко» и «Зоя Космодемьянская»).

Выбирая эффективный и надеж­ный режим работы электростан­ции, прежде всего следует учиты­вать:

• недостающую мощность, необходимую для полного обеспечения нагрузки электростанции только УТГ, и, следо­вательно, применять оптимальный вариант ее обеспечения (рис. 8.12);

• возможность снижения нагрузки электростанции выключе­нием второстепенных потребителей;

• техническое состояние УК, УТГ, ДГ, ВК.

На основе опыта эксплуатации СГУТ на судах можно сделать следующие выводы:

• параллельная работа УТГ и ДГ значительно экономич­нее и надежнее, чем работа УТГ от УК и ВК;

• более эффективна параллельная работа УТГ и ВГ, так как последний может обеспечить любую, самую малую недостающую мощность;

• параллельная работа УК и ВК на УТГ удобна во время балластировки и мойки цистерн, при сжигании топливных отхо­дов и производстве инертных газов на ходу.

Эффективность утилизации во многом зависит от параметров газа за ТК главных дизелей. Наибольшие удельные количества

Таблица 8.6. Характеристики уходящих газов дизелей различных фирм

отбросной теплоты q„ характерны для СОД РС-2 и РС-3 фирмы «Пилстик» и МОД типа KGF фирмы «Бурмейстер и Вайн», а наименьшие — для МОД фирм МАН и «Зульцер» (табл. 8.6). Наибольшая мощность УТГ в ходовом режиме обеспечивается в установках с СОД (см. рис. 8.7).

Для большинства транспортных судов применение СГУТ це­лесообразно начиная с мощности около 6—7 МВт с СОД, около 9—10 МВт с МОД фирмы «Бурмейстер и Вайн» и 12—13 МВт с МОД фирм MAN и «Зульцер».

Внешняя и внутренняя утилизация. Под внешней утилиза­цией понимается такое использование отходящей теплоты ДЭУ, которое направлено на обеспечение судовых нужд в электроэнер­гии, отоплении, горячей воде, холоде и других различных потре­бителей, непосредственно (конструкционно или технологически) не связанных с ДЭУ.

Под внутренней утилизацией понимается использование от­ходящей от дизелей теплоты на удовлетворение разнообразных по-

ностей самой ДЭУ и главным образом на повышение экономич­ности и мощности дизелей и связанных с ними систем и агрега­тов, на улучшение их характеристик и т. д.

Внешняя утилизация позволяет повысить КПД ЭУ до 50— 55%. Например, по данным Научно-исследовательского инсти­тута тепловых двигателей (Франция), общий коэффициент исполь­зования теплоты на ДЭС с дизелями 18РС-Ч суммарной электри­ческой мощностью 18 ООО кВт за счет внешней утилизации возрос с 40 до 78 %.

Для ЭУ, часто работающих с малыми нагрузками и большими коэффициентами избытка воздуха, а также при необходимости регулирования мощности ЭУ в широком диапазоне фирма «Вярт-

Рис. 8.13. Схема утилизации с примене­нием силовой бустерной турбины для МОД типа RTA фирмы «Зульцер».

1 — гребной винт; 2 — бустерная турбина с планетарным редуктором; 3 — гидродина­мическая муфта; 4 — редуктор отбора мощно* сти; 5 — ВГ; 6 — ТК.

В,качестве внутренней утилизации применяются иногда по­догрев дизельного топлива, нагрев свежего заряда воздуха от­работавшими газами или прямая рециркуляция части отработав­

ших газов на впуск дизеля при его работе g малыми нагрузками. Так, рециркуляция 50 % отработавших газов на выпуск дизеля 12ЧН 18/20 при его работе с нагрузкой, равной 10 % N_e, повы­шает г)_е дизеля более чем на 11 % с одновременным уменьшением расхода воздуха почти в 2,5 раза.

В некоторых случах мощность, которую развивает силовая турбина, работающая на паре из УК и кинематически связанная с КВ дизеля, может достигать 17,5 % мощности самого дизеля, что позволяет экономить до 15 % топлива. В определенных схе­мах ЭУ может оказаться рациональным сочетание схем внешней и внутренней утилизации отбросной теплоты дизелей (рис. 8.14).

Высокоэкономичная система утилизации разработана фирмой «Пилстик» для своих СОД в условиях ВТО до 130 °С (рис. 8.15). Ойа позволяет развить в УТГ мощность, равную 10—12 % мощ­ности ГД. Ходовой генератор может быть переключен в режим электродвигателя, и тогда мощность УТГ суммируется с мощно­стью ГД. Между ходовым генератором и редукторной переда­чей к ГВ введена муфта сцепления, а между редуктором и дизе­лем — гибкая муфта. На малом ходу мощность УТГ передается на шины и позволяет отключить часть вспомогательных ДГ. Экономия в затратах на топливо, по данным фирмы, достигает 21 %. Применение СГУТ с целью использования вырабатывае­мого пара в УТГ и в турбинах, передающих мощность на ГВ, позволяет снизить g_e на ДЭУ до 170 г/(кВт. ч) (по зарубежным данным).

Для повышения эффективности СГУТ в будущем возможно применение в качестве рабочего тела вместо воды низкокипящей жидкости (например, фреонов-Rll, -R114, флуоринолов-50, -85 и -90). Флуоринол-85 (CF₃CH₂OH + Н_аО) имеет температуру кипения 76,1 °С и сохраняет химическую стабильность при тем­пературах до 343 °С. Теплота парообразования при 230 °С со­ставляет 97 кДж/кг, т. е. почти в 20 раз меньше, чем у воды. Фирма «Митсуи» (Япония) создает СГУТ и УТГ мощностью 500 кВт (рис. 8.16). Прямоточный цикл позволяет достичь вы­сокого давления, близкого к критическому (4,9 МПа), и избежать кислородной коррозии внутренней поверхности змеевиков из-за отсутствия контакта теплоносителя с атмосферой.

Основные преимущества СГУТ на низкокипящих теплоноси­телях: расширение пара происходит в области перегретого пара, что значительно упрощает конструкцию турбины, так как устра­няется эрозия лопаток; меньшие габариты турбины по сравнению с турбиной на водяном паре.

За рубежом все большее распространение находят высококи- пящие теплоносители (термальные жидкости), обладающие вы­сокой температурой кипения (259—300 °С) и низкой температурой застывания (до —40 °С). УК, работающие на высококипящих теплоносителях, по конструкции принципиально не отличаются от обычных паровых котлов, однако в изготовлении они дешевле,

Рис. 8.14. Схема комплексной системы утилизации теплоты судовой дизельной установки.

I 2, 3, 4 — водоподогреватели ОУ, установки кондиционирования воздуха, питьевой, мытьевой воды и второго контура пресной воды; 5, б, 7 — цистерны топлива и циркуляционного масла; 8 — водоохладителъ; 9 — подогреватель конденсата; 10 — сепаратор пара; И — паровые водоподогреватели; 12 — воздухоохладитель в системе наддува ГД; 13 — УК. ГД; 14 — ВК; 15 — общесудовые потребители пара; 16 — конденсатор; 17 — турбовалогенераторная установка; 18 — цистер­на сбора конденсата; 19 — насос; 20 — УК ДГ.

ОО

я

X