2. Конспект лекционных занятий модуль 1. Принцип строения, выбор параметров и расчет мощности судовых энергетических установок

Лекция 1. ТЕМА: Введение. Судовая энергетическая установка.

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.