Питання 1. Характеристики і режими роботи СЕУ. Поясніть що таке режим і характеристика роботи двигуна, намалюйте графік зміни швидкості і навантажувальної характеристики двигуна.
Відповідь
Для сучасних суднових двигунів характерний високий рівень напруженості робочого процесу. Елементи конструкції, і в першу чергу деталі циліндро-поршневої групи двигунів, відчувають дію великих теплових і механічних навантажень. Причому розрив між робітниками рівнями теплової та механічної напруженості двигунів на номінальному режимі і їх, граничними значеннями, як правило, невеликий. Тому якщо режим повного ходу відповідає номінальному, то резерв на можливе в експлуатації перевищення потужності або зміна технічного стану двигуна і параметрів навколишнього середовища, яке може викликати підвищення його напруженості, виявляється також невеликим. Про наявність малого резерву свідчать почастішали в останні роки випадки виходу з ладу головок поршнів, втулок і кришок робочих циліндрів, появи інтенсивних износов циліндрів, виникнення тріщин і викришування антифрикційного сплаву підшипників.
Режим повного ходу, як уже раніше зазначалося, не залишається незмінним: навантаження циліндрів і частота обертання вала змінюються у зв'язку з систематичними поточних зовнішніх умов плавання судна.
Збільшення опору руху судна супроводжується «утяжелением» гвинтовий характеристики.
Таким чином, коли за режим повного ходу приймається режим номінальної потужності, то тим самим створюються умови можливих перевантажень двигуна. Тому сучасна практика експлуатації орієнтується на:
1) полегшення гвинтовий характеристики шляхом установки гребного гвинта, що завантажує головний двигун при номінальній частоті обертання на 85-90% М ЄП му ',
2) обмеження навантажень двигуна, особливо при збільшенні опору руху судна і зниженні частоти обертання шляхом завдання зони рекомендованих для тривалої роботи режимів за допомогою обмежувальних характеристик.
Обмежувальна характеристика (лінія /) призначається таким чином, щоб при роботі двигуна на належних їй режимах забезпечувалося збереження його теплової та механічної напруженості на рівні, що не перевищує рівень напруженості на номінальному режимі.
В експлуатації важливо стежити за тим, щоб режими роботи двигуна знаходилися в межах зони, що обмежена цією характеристикою. Як виняток, допускається тільки короткочасна робота за її межами при виконанні судном маневрів.
Режими малих оборотів і навантажень. Перехід головних двигунів на режими малих оборотів, як і перехід допоміжних на режими малих навантажень, пов'язаний зі значним скороченням подачі палива в циліндри і збільшенням надлишку повітря. Одночасно знижуються параметри повітря в кінці стиснення. Особливо помітна зміна р з і Т з в двигунах з газотурбінним наддувом, так як газотурбокомпрессор на малих навантаженнях практично не працює і двигун автоматично переходить на режим роботи без наддуву. Малі порції згорає палива і великий надлишок повітря знижують температуру в камері згоряння.
Через низьких температур циклу процес згоряння палива протікає мляво, повільно, частина палива не встигає згоріти і стікає по стінках циліндра в картер або несеться з відпрацьованими газами в випускну систему.
Погіршенню згоряння палива сприяє також поганий сумішоутворення палива з повітрям, обумовлене зниженням тиску уприскування палива при падінні навантаження і зниження частоти обертання. Нерівномірний і нестабільний впорскування палива, а також низькі температури в циліндрах викликають нестійку роботу двигуна, нерідко супроводжується пропусками спалахів і підвищеним димленням.
Нагарообразование протікає особливо інтенсивно при використанні в двигунах важких палив. При роботі на малих навантаженнях через поганий розпилювання і відносно низьких температур в циліндрі краплі важкого палива повністю не вигоряють. При нагріванні краплі легкі фракції поступово випаровуються і згоряють, а в її ядрі залишаються виключно важкі висококиплячі фракції, основу яких складають ароматичні вуглеводні, які мають найбільш міцним зв'язком між атомами. Тому окислення їх призводить до утворення проміжних продуктів - асфальтенів і смол, що мають високу липкість і здатних міцно утримуватися на металевих поверхнях.
У силу викладених обставин при тривалій роботі двигунів на режимах малих оборотів і навантажень відбувається інтенсивне забруднення циліндрів і особливо випускного тракту продуктами неповного згоряння палива і масла. Випускні канали кришок робочих циліндрів і випускні патрубки покриваються щільним шаром асфальто-смолистих речовин і коксу, нерідко на 50-70% зменшують їх прохідний перетин. У випускній трубі товщина шару нагару досягає 10 - 20мм. Ці відкладення при підвищенні навантаження на двигун періодично спалахують, викликаючи у випускній системі пожежа. Всі маслянисті відкладення вигорають, а які утворюються при згорянні сухі вуглекислі речовини видуваються в атмосферу.
Зупинка двигуна. Разом з режимом прогріву не менш небезпечним є і перехідний режим різкого зниження навантаження або раптової зупинки двигуна. При різкому скиданні навантаження і особливо при зупинці двигуна, який до цього працював в режимі повного ходу, в ньому, як і при прогріванні, з'являються високі теплові напруги. Причина цього полягає в нерівномірному остиганні деталей цилиндропоршневой групи. Максимум напружень спостерігається в перший період після зупинки двигуна, так як саме для цього періоду характерна найбільша швидкість падіння температури нагрітих поверхонь.
Для зменшення напруг, що виникають при охолодженні гарячого двигуна, необхідно завчасно, до повної зупинки двигуна, знижувати розвивається їм потужність. Потужні малооборотним двигуни рекомендується переводити на режим середнього, а потім малого ходу, принаймні, за 30-60 хв до початку маневрів.
Навантажувальна характеристика двигуна представляє собою графічну залежність його основних показників від навантаження при постійному швидкісному режимі (п = const). Критерієм навантаження служить середнє ефективне тиск р е, яке і приймається в якості незалежного змінного. При побудові навантажувальної характеристики значення р е відкладають по осі абсцис, а параметри, що характеризують роботу двигуна, - по осі ординат (рис. 11).
За навантажувальної характеристиці працюють допоміжні дизель-генератори та головні двигуни, коли управління ними здійснюється всережимним регулятором числа оборотів.
Рис. 1. Навантажувальна характеристика двигуна
Зовнішня і часткові характеристики. В експлуатації суднових двигунів часті випадки, коли зміна навантаження тягне за собою зміну числа оборотів, незважаючи на незмінне положення органу управління паливними насосами. Подібним умовам відповідають зовнішня чи астичности характеристики, під якими розуміється графічна або аналітична залежність показників двигуна від числа боротися за чітко фіксованому положенні органу управління оплівнимі насосами ТР = const, що забезпечує збереження не-13менной величини активного ходу плунжера h a = const.
Зовнішня номінальна характеристика - крива TР ном = const (рис. 12) - характеристика, соответствуящая роботі двигуна в умовах змінюються навантаження і частоти обертання при активному ході плунжера h a H0M або відповідному йому положенні паливної рейки ТР Н0М, що забезпечує номінальні значення потужності й середнього ефективного тиску при номінальному швидкісному режимі n ном
Рис. 2. Зовнішні та часткові характеристики
Питання 2. Суднові комбіновані енергетичні установки, перерахуйте які КЕУ застосовуються на суднах. Дати визначення КЕУ: з термодинамічної зв'язком двигунів і без зв'язку; накресліть схему КЕУ т / х «Капітан Смирнов», описати її роботу.
Відповідь
Суднові газотурбінні установки з теплоутілізірующім контуром (ТУК) ГТУ М-25 потужністю 25 000 кВт експлуатуються на суднах типу «Капітан Смирнов».
Головний газотурбоходів «Капітан Смирнов» - ролкер водотоннажністю 35 000 тонн Він призначений для перевезення пакетованих вантажів і контейнерів, має дві ГТУ сумарною потужністю 36 800 кВт. Швидкість судна 27 уз. На газотурбоходів високий рівень автоматизації. У машинному відділенні немає постійної вахти. Контролює роботу устаткування з центрального поста управління енергетичною установкою один механік. Головним двигуном керує з містка вахтовий штурман. Звідти ж здійснюється управління потужними кермовими пристроями, розташованими в носі і кормі. Завдяки їм при швартовних операціях можна обходитися без допомоги портових буксирів.
Установка ГТУ М-25 складається з газотурбінного двигуна, редуктора і теплоутілізірующего контуру, який у свою чергу включає в себе паровий котел з сепаратором пара я арматурою дистанційного управління, парову турбіну з конденсатором і допоміжне обладнання.
Теплова схема ГТУ дана на рис. 3. Атмосферне повітря засмоктується КНД 6 і послідовно стискається в КНД і КВД 5. Потім в камері згоряння 4 при постійному тиску відбувається спалювання палива, і утворився при цьому газ розширюється послідовно в ТВД 3, ТНД 2 і турбіні гвинта (ТБ) 1. Звідси газ надходить утилізаційний котел 7, де віддає теплоту живильній воді. Пара з казана направляється в силову парову турбіну 21, спільно з ТБ обертається через пружні муфти і редуктор 24 гребний гвинт. Вся потужність ТВД і ТНД повністю споживається відповідно ШВД і КНД.
Утилізаційні котел (розташований над газовідводів ВМД) - водотрубний з багаторазової примусової циркуляцією, в перетині має прямокутну форму. Котел складається з економайзера, випарника і пароперегрівача, між якими передбачено пазухи для розміщення опорних балок кріплення трубних пакетів, огляду і ремонту поверхні горіння. Котел включає в себе також сепаратор пари, службовець для відділення пари від пароводяної суміші, що надходить з випарника котла.
Рис. 3. Теплова схема ГТУ з ТУК газотурбоходів «Капітан Смирнов» (одного борту)
Парова турбіна складається з регулювальної ступені у вигляді двухвенечного колеса і семи ступенів тиску. Її сварнолітой корпус виготовляється з корпусами (стільцями) підшипників. На верхній кришці кріпиться паровпускної швидкозапірний клапан, а на випускному патрубку - дросельно-зволожувальна установка.
Ротор парової турбіни складовою - з насадними дисками. Завзятий гребінь виконаний у згоді з валом. Турбіна має два опорних і один завзятий підшипники. Опорні підшипники мають сталеві вкладиші, залиті бабітом. Завзятий підшипник двосторонній з самоустановлювальні наполегливими сегментами.
Конденсатор двухпроточний, він одночасно є рамою, на якій розташовуються турбіна і допоміжне обладнання. Редуктор дозволяє підключити й відключити парову турбіну при працюючому і зупиненому ВМД, забезпечує провертання валопровода при непрацюючих ВМД і паровій турбіні і стопоріння валопровода.
У правій частині рис. 3 представлено теплоутілізірующій контур одного борту установки. Живильна вода з теплого ящика 15 електропітательним насосом 14 подається через двохімпульсного регулятор 12 харчування в сепаратор 11 харчування. З нього насос 13 багаторазової циркуляції подає воду в економайзер 8. З нього вода по опускним трубах іде у випарник 9. Потім пароводяна суміш надходить у сепаратор. З нього вологий пар направляється в пароперегрівач 10 і далі (вже перегрітий пар) через головний стопорний клапан 19 - до швидкозапірних клапану 20 парової турбіни. Схемою ТУК передбачається відбір 6000 кг / год перегрітого пара з головного паропроводу на турбогенератор потужністю 1000 кВт та 2000 кг / год насиченого пара з сепаратора на загальносуднових потреби.
Головний стопорний клапан відкривається автоматично при тиску пари 0,4 МПа. При досягненні тиску в конденсаторі 5-6 КПа відкривається швидкозапірний клапан в положення холостого ходу, і парова турбіна починає набирати частоту обертання. Як тільки парова турбіна зрівняється за частотою обертання з турбіною гвинта, відбуваються синхронізація і підключення парової турбіни до редуктора. Надлишок пари при цьому стравлюється через редукційний зимним пристрій 22 і дросельно-зволожувальні пристрій 23 у випускний патрубок турбіни на конденсатор 18. Звідти електрокон-денсатного насос 17 повертає конденсат у теплий скриньку через регулятор рівня конденсату 16. Після прогріву парової турбіни на режимі холостого ходу протягом 12-15 хв БЗК відкривається повністю, і парова турбіна починає працювати в режимі повної потужності.
Газотурбінна установка може стійко експлуатуватися як при роботі з ТУК, так і без нього. Включення ТУК відбувається при подачі живильної води в котел і може проводитися при будь-якому режимі роботи ВМД (гарячий пуск) і при непрацюючому ВМД (холодний пуск). Пуск ТУК та управління ним здійснюються з центрального поста'управленія. Відбір пари на турбогенератор проводиться вручну.
В установці передбачена можливість роботи перехресним шляхом. У цьому випадку працює газова турбіна з ТУК одного борту, пара подається на парову турбіну іншого борту. При цьому газова турбіна цього борту не працює (знімають ресору від ТБ до редуктора), при такій роботі подача палива зменшується майже в 2 рази (при швидкості судна приблизно 20 уз).
Ресурс всього агрегату складає 100 000 год (приблизно 25 років). У той же час ресурс ВМД до заводського ремонту становить 25 000 ч. Після заводського ремонту ресурс ВМД відновлюється. Технічний ресурс ВМД (до заміни) дорівнює 50 000 год (приблизно 12,5 року). При наявності запасного ВМД на судні (або обмінного фонду ВМД | його заміна може бути проведена силами суднового екіпажу протягом двох діб, тобто під час вантажно-розвантажувальних робіт у порту. Лю-бій з навішаних на ВМД агрегатів може бути замінений у протягом 1-2 ч.
Газотурбінний двигун (рис. 4) виготовляється у морському (корабельне) виконанні. Він складається з осьових розташованих послідовно компресорів - семиступінчастого КНД 1 і дев'ятирівнева КВД 2 трубчасто-кільцевої камери згоряння 3, в корпусі: якої перебувають десять жарових труб 4 з форсунками і з розпо-лежання послідовно двоступеневих ТВД 5 і ТНД 6 і чотирьох-ступінчастою ТБ 7. Корпуси компресорів, камери згоряння й трубки з'єднуються між собою послідовно вертикальними фланцями і утворюють єдиний корпус.
Рис. 4. ГТУ М-25 зі схематичним розрізом ВМД
Питання 3. Як проводиться підготовка до роботи і пуск двигуна (ДВЗ)
Відповідь
Пуск, так само як і маневрування, поєднане з зупинками, реверсуванням і зміною навантажень, відноситься до числа несталих режимів. Ці режими є найбільш напруженими, на них припадає найбільша кількість аварійних пошкоджень двигунів.
Напруженість перехідних режимів визначаємося тим, що в процесі зміни режиму (навантаження і частоти обертання) відбуваються різкі зміни робочого процесу, змінюються умови нагрівання й охолодження циліндрів і поршнів.
Величини напруг, що виникають в деталях циліндро-поршневої групи і крівошйпно-шатунного механізму, зростають зі збільшенням швидкості зміни режиму і стають найбільшими при пуску холодного двигуна, різкому виведення його на повне навантаження і при раптовій зупинці з повного ходу.
У цих умовах елементи конструкції двигунів піддаються деформації і інтенсивним износам, змінюються зазори і натяг в сполученнях. У деталях, що зазнають дію високих температур, завдяки зміні режимів розвивається термоусталостние явища, з плином часу призводять до утворення тріщин.
При пуску холодного двигуна в циліндрах створюються несприятливі умови для самозаймання палива. Згоряння його супроводжується виникненням надмірно високих тисків і великою швидкістю наростання тиску в часі.
Деталі цилиндропоршневой групи двигунів - поршень, кришка і втулка циліндра - в період перехідних режимів відчувають високі теплові навантаження, під впливом яких у них виникають термічні напруги, деформація, а в окремих випадках, при значних перевантаженнях і частих змінах режимів, відбуваються термоусталостние руйнування.
Температурні умови перехідних процесів,, які визначають величину термічних напружень, характеризуються максимальним і мінімальним рівнями зміни температури деталі, величиною і характером перепаду температур по товщині (температурного градієнта), що залежить, у свою чергу, від темпу зміни температур на внутрішній та зовнішній поверхнях.
При пуску і в наступний за ним період розгону і прогріву двигуна відбувається інтенсивне підвищення температури його деталей, і в першу чергу деталей циліндрів поршневої групи, підвищення температури і зниження в'язкості мастила, зростання температури охолоджуючої води і зміна зазорів між сполучаються поверхнями. Нерівномірність прогріву деталей цилиндропоршневой групи, викликана наявністю на шляху потоків тепла термічних опорів, обумовлює появу в них високих температурних градієнтів. У поршні в першу чергу прогрівається головка, тронка ж розігрівається мляво, накопичуючи тепло головним чином в процесі теплопровідності. Тому коливання температури тронка, як і нижній частині втулки робочого циліндра, зі зміною режиму роботи двигуна, як правило, мало помітні. Незалежно від розмірів і швидкохідності двигуна найбільш інтенсивне зростання температури деталей цилиндропоршневой групи відзначається в початковий період їх прогрівання, особливо протягом 40-60 с після першого спалаху в циліндрі. Відповідь
Для сучасних суднових двигунів характерний високий рівень напруженості робочого процесу. Елементи конструкції, і в першу чергу деталі циліндро-поршневої групи двигунів, відчувають дію великих теплових і механічних навантажень. Причому розрив між робітниками рівнями теплової та механічної напруженості двигунів на номінальному режимі і їх, граничними значеннями, як правило, невеликий. Тому якщо режим повного ходу відповідає номінальному, то резерв на можливе в експлуатації перевищення потужності або зміна технічного стану двигуна і параметрів навколишнього середовища, яке може викликати підвищення його напруженості, виявляється також невеликим. Про наявність малого резерву свідчать почастішали в останні роки випадки виходу з ладу головок поршнів, втулок і кришок робочих циліндрів, появи інтенсивних износов циліндрів, виникнення тріщин і викришування антифрикційного сплаву підшипників.
Режим повного ходу, як уже раніше зазначалося, не залишається незмінним: навантаження циліндрів і частота обертання вала змінюються у зв'язку з систематичними поточних зовнішніх умов плавання судна.
Збільшення опору руху судна супроводжується «утяжелением» гвинтовий характеристики.
Таким чином, коли за режим повного ходу приймається режим номінальної потужності, то тим самим створюються умови можливих перевантажень двигуна. Тому сучасна практика експлуатації орієнтується на:
1) полегшення гвинтовий характеристики шляхом установки гребного гвинта, що завантажує головний двигун при номінальній частоті обертання на 85-90% М ЄП му ',
2) обмеження навантажень двигуна, особливо при збільшенні опору руху судна і зниженні частоти обертання шляхом завдання зони рекомендованих для тривалої роботи режимів за допомогою обмежувальних характеристик.
Обмежувальна характеристика (лінія /) призначається таким чином, щоб при роботі двигуна на належних їй режимах забезпечувалося збереження його теплової та механічної напруженості на рівні, що не перевищує рівень напруженості на номінальному режимі.
В експлуатації важливо стежити за тим, щоб режими роботи двигуна знаходилися в межах зони, що обмежена цією характеристикою. Як виняток, допускається тільки короткочасна робота за її межами при виконанні судном маневрів.
Режими малих оборотів і навантажень. Перехід головних двигунів на режими малих оборотів, як і перехід допоміжних на режими малих навантажень, пов'язаний зі значним скороченням подачі палива в циліндри і збільшенням надлишку повітря. Одночасно знижуються параметри повітря в кінці стиснення. Особливо помітна зміна р з і Т з в двигунах з газотурбінним наддувом, так як газотурбокомпрессор на малих навантаженнях практично не працює і двигун автоматично переходить на режим роботи без наддуву. Малі порції згорає палива і великий надлишок повітря знижують температуру в камері згоряння.
Через низьких температур циклу процес згоряння палива протікає мляво, повільно, частина палива не встигає згоріти і стікає по стінках циліндра в картер або несеться з відпрацьованими газами в випускну систему.
Погіршенню згоряння палива сприяє також поганий сумішоутворення палива з повітрям, обумовлене зниженням тиску уприскування палива при падінні навантаження і зниження частоти обертання. Нерівномірний і нестабільний впорскування палива, а також низькі температури в циліндрах викликають нестійку роботу двигуна, нерідко супроводжується пропусками спалахів і підвищеним димленням.
Нагарообразование протікає особливо інтенсивно при використанні в двигунах важких палив. При роботі на малих навантаженнях через поганий розпилювання і відносно низьких температур в циліндрі краплі важкого палива повністю не вигоряють. При нагріванні краплі легкі фракції поступово випаровуються і згоряють, а в її ядрі залишаються виключно важкі висококиплячі фракції, основу яких складають ароматичні вуглеводні, які мають найбільш міцним зв'язком між атомами. Тому окислення їх призводить до утворення проміжних продуктів - асфальтенів і смол, що мають високу липкість і здатних міцно утримуватися на металевих поверхнях.
У силу викладених обставин при тривалій роботі двигунів на режимах малих оборотів і навантажень відбувається інтенсивне забруднення циліндрів і особливо випускного тракту продуктами неповного згоряння палива і масла. Випускні канали кришок робочих циліндрів і випускні патрубки покриваються щільним шаром асфальто-смолистих речовин і коксу, нерідко на 50-70% зменшують їх прохідний перетин. У випускній трубі товщина шару нагару досягає 10 - 20мм. Ці відкладення при підвищенні навантаження на двигун періодично спалахують, викликаючи у випускній системі пожежа. Всі маслянисті відкладення вигорають, а які утворюються при згорянні сухі вуглекислі речовини видуваються в атмосферу.
Зупинка двигуна. Разом з режимом прогріву не менш небезпечним є і перехідний режим різкого зниження навантаження або раптової зупинки двигуна. При різкому скиданні навантаження і особливо при зупинці двигуна, який до цього працював в режимі повного ходу, в ньому, як і при прогріванні, з'являються високі теплові напруги. Причина цього полягає в нерівномірному остиганні деталей цилиндропоршневой групи. Максимум напружень спостерігається в перший період після зупинки двигуна, так як саме для цього періоду характерна найбільша швидкість падіння температури нагрітих поверхонь.
Для зменшення напруг, що виникають при охолодженні гарячого двигуна, необхідно завчасно, до повної зупинки двигуна, знижувати розвивається їм потужність. Потужні малооборотним двигуни рекомендується переводити на режим середнього, а потім малого ходу, принаймні, за 30-60 хв до початку маневрів.
Навантажувальна характеристика двигуна представляє собою графічну залежність його основних показників від навантаження при постійному швидкісному режимі (п = const). Критерієм навантаження служить середнє ефективне тиск р е, яке і приймається в якості незалежного змінного. При побудові навантажувальної характеристики значення р е відкладають по осі абсцис, а параметри, що характеризують роботу двигуна, - по осі ординат (рис. 11).
За навантажувальної характеристиці працюють допоміжні дизель-генератори та головні двигуни, коли управління ними здійснюється всережимним регулятором числа оборотів.
Рис. 1. Навантажувальна характеристика двигуна
Зовнішня і часткові характеристики. В експлуатації суднових двигунів часті випадки, коли зміна навантаження тягне за собою зміну числа оборотів, незважаючи на незмінне положення органу управління паливними насосами. Подібним умовам відповідають зовнішня чи астичности характеристики, під якими розуміється графічна або аналітична залежність показників двигуна від числа боротися за чітко фіксованому положенні органу управління оплівнимі насосами ТР = const, що забезпечує збереження не-13менной величини активного ходу плунжера h a = const.
Зовнішня номінальна характеристика - крива TР ном = const (рис. 12) - характеристика, соответствуящая роботі двигуна в умовах змінюються навантаження і частоти обертання при активному ході плунжера h a H0M або відповідному йому положенні паливної рейки ТР Н0М, що забезпечує номінальні значення потужності й середнього ефективного тиску при номінальному швидкісному режимі n ном
Рис. 2. Зовнішні та часткові характеристики
Питання 2. Суднові комбіновані енергетичні установки, перерахуйте які КЕУ застосовуються на суднах. Дати визначення КЕУ: з термодинамічної зв'язком двигунів і без зв'язку; накресліть схему КЕУ т / х «Капітан Смирнов», описати її роботу.
Відповідь
Суднові газотурбінні установки з теплоутілізірующім контуром (ТУК) ГТУ М-25 потужністю 25 000 кВт експлуатуються на суднах типу «Капітан Смирнов».
Головний газотурбоходів «Капітан Смирнов» - ролкер водотоннажністю 35 000 тонн Він призначений для перевезення пакетованих вантажів і контейнерів, має дві ГТУ сумарною потужністю 36 800 кВт. Швидкість судна 27 уз. На газотурбоходів високий рівень автоматизації. У машинному відділенні немає постійної вахти. Контролює роботу устаткування з центрального поста управління енергетичною установкою один механік. Головним двигуном керує з містка вахтовий штурман. Звідти ж здійснюється управління потужними кермовими пристроями, розташованими в носі і кормі. Завдяки їм при швартовних операціях можна обходитися без допомоги портових буксирів.
Установка ГТУ М-25 складається з газотурбінного двигуна, редуктора і теплоутілізірующего контуру, який у свою чергу включає в себе паровий котел з сепаратором пара я арматурою дистанційного управління, парову турбіну з конденсатором і допоміжне обладнання.
Теплова схема ГТУ дана на рис. 3. Атмосферне повітря засмоктується КНД 6 і послідовно стискається в КНД і КВД 5. Потім в камері згоряння 4 при постійному тиску відбувається спалювання палива, і утворився при цьому газ розширюється послідовно в ТВД 3, ТНД 2 і турбіні гвинта (ТБ) 1. Звідси газ надходить утилізаційний котел 7, де віддає теплоту живильній воді. Пара з казана направляється в силову парову турбіну 21, спільно з ТБ обертається через пружні муфти і редуктор 24 гребний гвинт. Вся потужність ТВД і ТНД повністю споживається відповідно ШВД і КНД.
Утилізаційні котел (розташований над газовідводів ВМД) - водотрубний з багаторазової примусової циркуляцією, в перетині має прямокутну форму. Котел складається з економайзера, випарника і пароперегрівача, між якими передбачено пазухи для розміщення опорних балок кріплення трубних пакетів, огляду і ремонту поверхні горіння. Котел включає в себе також сепаратор пари, службовець для відділення пари від пароводяної суміші, що надходить з випарника котла.
Рис. 3. Теплова схема ГТУ з ТУК газотурбоходів «Капітан Смирнов» (одного борту)
Парова турбіна складається з регулювальної ступені у вигляді двухвенечного колеса і семи ступенів тиску. Її сварнолітой корпус виготовляється з корпусами (стільцями) підшипників. На верхній кришці кріпиться паровпускної швидкозапірний клапан, а на випускному патрубку - дросельно-зволожувальна установка.
Ротор парової турбіни складовою - з насадними дисками. Завзятий гребінь виконаний у згоді з валом. Турбіна має два опорних і один завзятий підшипники. Опорні підшипники мають сталеві вкладиші, залиті бабітом. Завзятий підшипник двосторонній з самоустановлювальні наполегливими сегментами.
Конденсатор двухпроточний, він одночасно є рамою, на якій розташовуються турбіна і допоміжне обладнання. Редуктор дозволяє підключити й відключити парову турбіну при працюючому і зупиненому ВМД, забезпечує провертання валопровода при непрацюючих ВМД і паровій турбіні і стопоріння валопровода.
У правій частині рис. 3 представлено теплоутілізірующій контур одного борту установки. Живильна вода з теплого ящика 15 електропітательним насосом 14 подається через двохімпульсного регулятор 12 харчування в сепаратор 11 харчування. З нього насос 13 багаторазової циркуляції подає воду в економайзер 8. З нього вода по опускним трубах іде у випарник 9. Потім пароводяна суміш надходить у сепаратор. З нього вологий пар направляється в пароперегрівач 10 і далі (вже перегрітий пар) через головний стопорний клапан 19 - до швидкозапірних клапану 20 парової турбіни. Схемою ТУК передбачається відбір 6000 кг / год перегрітого пара з головного паропроводу на турбогенератор потужністю 1000 кВт та 2000 кг / год насиченого пара з сепаратора на загальносуднових потреби.
Головний стопорний клапан відкривається автоматично при тиску пари 0,4 МПа. При досягненні тиску в конденсаторі 5-6 КПа відкривається швидкозапірний клапан в положення холостого ходу, і парова турбіна починає набирати частоту обертання. Як тільки парова турбіна зрівняється за частотою обертання з турбіною гвинта, відбуваються синхронізація і підключення парової турбіни до редуктора. Надлишок пари при цьому стравлюється через редукційний зимним пристрій 22 і дросельно-зволожувальні пристрій 23 у випускний патрубок турбіни на конденсатор 18. Звідти електрокон-денсатного насос 17 повертає конденсат у теплий скриньку через регулятор рівня конденсату 16. Після прогріву парової турбіни на режимі холостого ходу протягом 12-15 хв БЗК відкривається повністю, і парова турбіна починає працювати в режимі повної потужності.
Газотурбінна установка може стійко експлуатуватися як при роботі з ТУК, так і без нього. Включення ТУК відбувається при подачі живильної води в котел і може проводитися при будь-якому режимі роботи ВМД (гарячий пуск) і при непрацюючому ВМД (холодний пуск). Пуск ТУК та управління ним здійснюються з центрального поста'управленія. Відбір пари на турбогенератор проводиться вручну.
В установці передбачена можливість роботи перехресним шляхом. У цьому випадку працює газова турбіна з ТУК одного борту, пара подається на парову турбіну іншого борту. При цьому газова турбіна цього борту не працює (знімають ресору від ТБ до редуктора), при такій роботі подача палива зменшується майже в 2 рази (при швидкості судна приблизно 20 уз).
Ресурс всього агрегату складає 100 000 год (приблизно 25 років). У той же час ресурс ВМД до заводського ремонту становить 25 000 ч. Після заводського ремонту ресурс ВМД відновлюється. Технічний ресурс ВМД (до заміни) дорівнює 50 000 год (приблизно 12,5 року). При наявності запасного ВМД на судні (або обмінного фонду ВМД | його заміна може бути проведена силами суднового екіпажу протягом двох діб, тобто під час вантажно-розвантажувальних робіт у порту. Лю-бій з навішаних на ВМД агрегатів може бути замінений у протягом 1-2 ч.
Газотурбінний двигун (рис. 4) виготовляється у морському (корабельне) виконанні. Він складається з осьових розташованих послідовно компресорів - семиступінчастого КНД 1 і дев'ятирівнева КВД 2 трубчасто-кільцевої камери згоряння 3, в корпусі: якої перебувають десять жарових труб 4 з форсунками і з розпо-лежання послідовно двоступеневих ТВД 5 і ТНД 6 і чотирьох-ступінчастою ТБ 7. Корпуси компресорів, камери згоряння й трубки з'єднуються між собою послідовно вертикальними фланцями і утворюють єдиний корпус.
Рис. 4. ГТУ М-25 зі схематичним розрізом ВМД
Питання 3. Як проводиться підготовка до роботи і пуск двигуна (ДВЗ)
Відповідь
Пуск, так само як і маневрування, поєднане з зупинками, реверсуванням і зміною навантажень, відноситься до числа несталих режимів. Ці режими є найбільш напруженими, на них припадає найбільша кількість аварійних пошкоджень двигунів.
Напруженість перехідних режимів визначаємося тим, що в процесі зміни режиму (навантаження і частоти обертання) відбуваються різкі зміни робочого процесу, змінюються умови нагрівання й охолодження циліндрів і поршнів.
Величини напруг, що виникають в деталях циліндро-поршневої групи і крівошйпно-шатунного механізму, зростають зі збільшенням швидкості зміни режиму і стають найбільшими при пуску холодного двигуна, різкому виведення його на повне навантаження і при раптовій зупинці з повного ходу.
У цих умовах елементи конструкції двигунів піддаються деформації і інтенсивним износам, змінюються зазори і натяг в сполученнях. У деталях, що зазнають дію високих температур, завдяки зміні режимів розвивається термоусталостние явища, з плином часу призводять до утворення тріщин.
При пуску холодного двигуна в циліндрах створюються несприятливі умови для самозаймання палива. Згоряння його супроводжується виникненням надмірно високих тисків і великою швидкістю наростання тиску в часі.
Деталі цилиндропоршневой групи двигунів - поршень, кришка і втулка циліндра - в період перехідних режимів відчувають високі теплові навантаження, під впливом яких у них виникають термічні напруги, деформація, а в окремих випадках, при значних перевантаженнях і частих змінах режимів, відбуваються термоусталостние руйнування.
Температурні умови перехідних процесів,, які визначають величину термічних напружень, характеризуються максимальним і мінімальним рівнями зміни температури деталі, величиною і характером перепаду температур по товщині (температурного градієнта), що залежить, у свою чергу, від темпу зміни температур на внутрішній та зовнішній поверхнях.
Питання 4. Перерахуйте системи, які обслуговують головний двигун, поясніть їх роботу і вимоги до масляні системам.
Відповідь
До систем обслуговуючим ГД судна відносяться: Система подачі повітря, система випускних газів, паливна система, масляна система, система охолодження, система пуску, реверсу і управління.
СИСТЕМА ПОДАЧІ ПОВІТРЯ У ЦИЛІНДРИ
Впускний трубопровід, або ресивер, служить для підведення повітря в циліндри двигуна. У чотиритактних двигунах без наддуву повітря засмоктується в ресівер з машинного відділення або може прийматися з палуби по спеціальному трубопроводу. У двигунах з наддувом і в двотактних двигунах повітря нагнітається в циліндри воздухонагнетателямі. Для зменшення коливань тиску обсяг ресівера роблять достатньо великим, прохідний перетин повинно забезпечити швидкість повітря не більше 20 м / с. Усередині ресівера в двигунах з наддувом встановлюють повітроохолоджувачі.
Для вимірювання тиску повітря, що надходить в циліндр, на ресівері встановлюють манометри, а для вимірювання температури - термометри. Із системи змащення нагнітачів в ресівер разом з повітрям можуть потрапляти пари масла. Щоб знизити тиск газів при вибуху парів масла, ресивер постачають запобіжними автоматичними клапанами. Горловини, закриті кришками, служать для очищення ресівера. Ресивер виготовляють з листової сталі. Для зменшення шуму в машинному відділенні ресівер зовні обшивають азбестом і покривають сталевим кожухом.
У двигунах з двоступінчастий наддувом ресівер може розділятися поздовжньої перегородкою (на два ступені тиску) і поперечними перегородками (відділяють подпоршневую простору окремих циліндрів або групи циліндрів). На перегородках вирізані вікна, які служать для установки пластинчастих клапанів, що автоматично відкриваються при розрахунковому тиску.
Конструкція випускного трубопроводу залежить від системи наддуву. У двигунах без наддуву випускні гази відводяться через короткі патрубки в загальний випускний колектор, охолоджуваний водою. Окремі ділянки колектора для можливості вільного розширення з'єднують між собою за допомогою гофрованої труби або телескопічного ущільнення з чавунними розрізними кільцями ущільнювачів.
У двигунах з газотурбінним наддувом з турбінами постійного тиску випускні гази від всіх циліндрів надходять у загальний колектор. При такому об'ємі тиск газів перед турбіною залишається постійним. При використанні турбін з перемінним тиском газу перед соплами загальний випускний колектор відсутній, а випускні гази підводяться до турбіни від одного або декількох циліндрів по коротких патрубкам малого обсягу. Використовуючи імпульс газу, що виходить з циліндра в момент відкриття випускних органів з високим тиском і температурою, можна підвищити потужність турбіни. Випускний тракт двигунів з газотурбінним наддувом покритий шаром ізоляції, поверх якої одягнений кожух з листового заліза або сорочки з водяним охолодженням.
Для зменшення шуму на випускному трубопроводі за турбінами встановлюють глушник. В якості глушника може використовуватися утилізаційний котел. За правилами Регістру суднова дизельна установка повинна бути обладнана пристроєм для уловлювання та гасіння іскор у випускних газах.
Система випуску відпрацьованих газів.
У нашому двигуні на процеси випуску відпрацьованих газів і наповнення циліндра повітрям відводиться всього 130-150 ° ПКВ. Ця обставина створює труднощі для хорошої очищення циліндрів від відпрацьованих газів і наповнення його свіжим зарядом повітря. Крім того, у двотактних ДВС відпрацьовані гази з циліндра: виштовхуються НЕ поршнем, а продувних повітрям, при цьому неминуче часткове перемішування повітря з газами.
Процеси випуску відпрацьованих газів і наповнення циліндра свіжим зарядом в двотактних двигунах протікають в такій послідовності: після відкриття випускних вікон (клапанів) починається «вільний випуск» - закінчення газів з циліндра в випускний колектор за рахунок різниці тисків у циліндрі і випускному колекторі. Швидкість витікання газів в період вільного випуску 800-600 м / с при температурі газів близько 1000 З С на початку випуску. В кінці вільного випуску тиск в циліндрі падає. У цей час Поршень відкриває продувні вікна і починається продувка циліндра повітрям. Повітря до вікон подається продувних насосом під тиском 0,11-6,13 МПа, витісняє відпрацьовані гази і займає звільнився об'єм; відбувається «примушений випуск» і продування, тобто наповнення циліндра повітрям.
У залежності від системи продувки при ході поршня вгору продувні вікна можуть закриватися раніше випускних, і тоді через відкриті випускні вікна (клапани) буде губитися частина заряду повітря. Якщо продувні вікна закриваються пізніше випускних, то відбувається дозарядці циліндра повітрям. Якість очищення циліндра двотактного двигуна і наповнення його свіжим зарядом залежить від досконалості системи продувки, яка повинна забезпечувати найбільшу потужність і економічність двигуна. У залежності від характеру руху потоків повітря всі існуючі схеми продувки підрозділяють на контурні і прямоточні. У контурних схемах потік продувного повітря, надходячи через вікна в середній частині робочої втулки, описує внутрішній контур циліндра і рухається вниз до випускних вікон. У прямоточних схемах повітря рухається тільки, в одному напрямку - вздовж осі циліндра. Шлях повітря і відпрацьованих газів у прямоточних продувках приблизно в два рази коротше, ніж у контурних.
ПАЛИВНА СИСТЕМА
Топливоподающая система забезпечує регулярний впорскування в необхідній послідовності суворо дозованих порцій палива під високим тиском в камери згоряння циліндрів дизеля.
Паливо з видаткової ємності шестеренних насосів 2 (рис. 5) по трубі 3 через двосекційний уніфікований фільтр 4 подається під тиском, регульованим редукційним клапаном /, в головну магістраль 7 і по трубах 11 в паливні насоси 5.
Паливні насоси під високим тиском подають по трубах 9 через форсунки 8 в певні моменти часу паливо в камери згоряння циліндрів дизеля.
Підтікають паливо від форсунок і паливних насосів по зливним трубах 6 і 12 отводітся.в зливні ємності.
Для заповнення системи дизеля паливом у редукційним клапаном 1 є пристрій, що дозволяє перепускати паливо з видаткової ємності, минаючи топливоподкачивающий насос. Повітря при заповненні системи паливом віддаляється через пробки, що є на кришці уніфікованого фільтра і паливних насосів, а також через клапан 10.
На трубопроводі між фільтром і паливними насосами встановлений датчик тиску для приєднання манометра М, розташованого на щиті приладів.
Рис. 5. Схема топливоподающей системи:
1 - редукційний клапан;
2-топливоподкачивающий насос;
3-труба;
4 - фільтр палива;
5 - паливний насос;
6, 12 - зливні труби;
7 - головна магістраль;
8 - форсунка;
9, 11 - труби;
10 - клапан;
М - манометр;
/ - На злив,
II - з видаткової ємності.
Форсунка призначена для розпилювання палива, що подається в камеру згоряння дизеля.
Форсунка закритого типу з гідравлічним управлінням підйому голки.
Найбільш відповідальні деталі форсунки - корпус розпилювача і голка - є прецизійної парою.
Масляні СИСТЕМА
Система змащення дизелів циркуляційна з мокрим картером і додаткової олійною цистерною (баком). У систему мастила входять: прийомний масляний фільтр, двосекційний масляний насос, фільтри грубого очищення масла, фільтр тонкого очищення масла, холодильники води і масла, ручний маслопрокачной насос, видатковий масляний бак і система трубопроводів.
Під час роботи система забезпечує безперервне надходження масла до всіх трущимся деталей дизеля.
СИСТЕМА ОХОЛОДЖЕННЯ.
Система охолодження дизеля двоконтурна. Дизель охолоджується прісною водою, що циркулює по замкнутому контуру. Циркуляційна вода і масло охолоджуються проточною водою в холодильниках.
Система забезпечує встановлений температурний режим дизеля у всьому діапазоні навантажень.
У систему охолодження входять: насоси циркуляційної і проточної води, регулятор температури води, холодильники води і масла, водяний розширювальний бачок і трубопроводи.
Схема системи охолодження
Насос 14 (рис. 6) циркуляційної води подає воду в нагнітальну трубу 17, звідти по патрубках 22 вода надходить у порожнину охолодження блоку циліндрів і по трубі 10 в порожнину охолодження турбокомпресора. Охолодивши втулки циліндрів, вода з блоку перетікає в порожнини кришок циліндрів, охолоджує їх і по переливних раковин 12 надходить у порожнину охолодження випускного колектора 19. Охолодивши колектор, вода надходить у трубу 1, потім в регулятор 24 температури води.
На дизелі 6ЧН25/34 з порожнин охолодження кришок циліндрів по переливних раковин вода перетікає в трубу 23, розташовану в кожусі закриття випускного колектора, а з турбокомпресора по трубі 2 надходить в трубу 1 і потім через регулятор 24 - в холодильник 20, або минувши його,
Регулятор в залежності від встановленої температури розподіляє потік води на дві частини:
одна частина води направляється в холодильник води 20, де охолоджується проточною водою. З холодильника вода повертається по трубі 18 в приймальний патрубок водяного насоса 14;
інша частина води надходить в трубу 18 і, змішуючись з охолодженої в холодильнику водою, входить в водяний насос. Таким чином, регулятор 24 шляхом перерозподілу кількості води, що направляється в холодильник і повз нього, підтримує температуру виходить з дизеля води в межах 65-80 ° С.
На трубі 18 встановлений зворотний клапан фланцевий 21.
Повітря і пар, що скупчується в системі, відводиться у водяній розширювальний бачок 6 по трубках 11 і 4. Трубки 11 в двох точках з'єднуються з водяною порожниною випускного колектора (або труби 23) з трубою 2.
Рис. 6. Схема системи охолодження: 1, 2,5, 7, 10, 16, 18, 23 - труби, 3 - турбокомпресор, 4, 9, 11 - трубки; 6 - розширювальний бачок; 8 - водомірне скло; 12 - переливна раковина, 13 , 14 - водяні насоси; 15 - фланцевий відвід; 17 - нагнітальна труба; 19 - випускний колектор; 20 - холодильник води; 21 - зворотний фланцевий клапан, 22 - патрубок; 24 - регулятор температури води; / - злив проточної води; II - злив циркуляційної води
Підживлення водою контуру циркуляційної води відбувається з розширювального бачка по трубі 5.
Циркуляційний контур і розширювальний бачок заповнюються прісною водою через трубу 7. На бачку 6 для контролю за рівнем води поставлені водомірні скла 5 із нанесеними на них мітками. Через трубку 9 на розширювальному бачку циркуляційний контур водяної системи повідомляється з атмосферою.
Розширювальний бачок повинен бути встановлений так, щоб днище його було вище верхньої частини випускного колектора не менш ніж на 400мм.
Проточна вода всмоктується насосом 13 і потрапляє в холодильники води і масла. Спочатку вона проходить через масляну секцію холодильника, потім надходить у водяну, охолоджує масло і циркуляційну воду і зливається з холодильника.
Фланцеві відводи 15 в системі призначені для підключення резервних коштів.
При об'єднаної системі охолодження декількох дизелів можуть бути використані загальні для всієї установки водяні насоси, холодильники і розширювальні ємності.
Пристрій і робота регулятора температури води викладені в інструкції заводу-виготовлювача.
До систем змащення двигуна пред'являються наступні загальні вимоги: своєчасна подача необхідної кількості олії до вузлів тертя для захисту їх поверхні від зносу і корозії (змазує і захисну дію);
· Відведення тепла від тертьових поверхонь і деталей (терморегулююче дія);
· Видалення продуктів зносу і нагару з поверхонь тертя (миючі дія);
· Очищення масел.
Від того, наскільки задовольняє зазначеним вимогам система змащення, в значній мірі залежать надійність і довговічність роботи двигуна.
Питання 5. Системи управління комплексом двигун-ВРШ: показати і коротко пояснити структурно-функціональні схеми: роздільного управління, системи твердої обробка зв'язком, регулювання потужності, програмне регулювання потужності двигуна і програмно-екстремальний регулювання.
Відповідь
На сучасних судах управління комплексами ГД - ВФШ і ГД - ВРШ здійснюється з рульової рубки за допомогою систем ДАУ.
Основною метою ДАУ є зменшення трудовитрат суднової команди з управління судном і підвищення безпеки мореплавання шляхом підвищення безпечної експлуатації ГД при маневруванні, виконання операцій з управління ГД в оптимальній послідовності, що дає можливість збільшити точність і швидкість виконання маневрів, мінімального завантаження операторів (штурмана) на містку і звільнення вахтового механіка від постійного перебування біля посту управління ГД.
Системи ДАУ комплексів ГД - ВРШ мають ряд специфічних особливостей. Існують системи ДАУ ГД - ВРШ, в яких кожному положенню органу управління відповідає певне поєднання частоти обертання і кроку гребного гвинта. Але ці установки неекономічні і їх можна вважати морально застарілими. У сучасних системах становище органу управління визначається поєднанням частоти обертання і навантаження (крутного моменту) при зміні кроку гребного гвинта. При цьому забезпечується з достатньою точністю необхідна швидкість ходу судна з найменшим можливим питомою витратою палива при різних навантаженнях і умови плавання судна і одночасне зниження можливої перевантаження ГД.
Так як в установках з ВРШ зазвичай застосовуються нереверсів-'ние дизельні двигуни, то спрощується схема його системи ДАУ (відсутній канал керування реверсом). Однак з'являється схема управління ВРШ, що працює спільно зі схемою управління частотою обертання і навантаженням ГД.
Принцип роботи системи ДАУ пропульсивної установкою з ВРШ буде розглянуто нижче на прикладі паротурбінної установки.
Новим щаблем автоматизації управління вітчизняних турбоелектроходи є ДАУ комплексу двигун - ВРШ суден типу «Кубань». Спрощена структурна схема управління представлена на рис. 7. Значення упору ВРШ і його напрямок залежать від кута і напрямки розвороту лопатей, а також від частоти обертання гребного валу. Розворот лопатей ВРШ здійснюється гідромеханічним механізмом зміни кроку миш, а управління-впливом на задатчик кроку ЗШ. Поставлене швидкісний режим I I3A і греО-ного валу підтримується регулятором частоти обертання нчь, включеним по всережимний схемі і впливає через маневровий клапан на подачу пари до ТВД. Вплив на задатчики миш і РЧВ може здійснюватися вручну з місцевих постів управління або дистанційно.
Рис. 7. Схема ДАУ комплексу двигун-ВРШ турбохода «Кубань»
У схемі передбачено ДАУ ВРШ і ГТЗА з головного поста управління (ДПУ) рульової рубки судна або з ЦПУ машинного відділення, а в разі відмови ДАУ або під час пуску ГТЗА з холодного стану - роздільне дистанційне керування ГРК і ГТЗА з пульта резервного управління ПРУ з ЦПУ.
При роботі ДВС на ВРШ установка регулятора, включеного за всережимний схемою, обов'язкова, оскільки швидкісний режим судна змінюється не тільки зміною частоти обертання ВРШ, але і зміною кута розвороту його лопатей. Зі зменшенням кроку гвинтові характеристики стають пологими, навантаження зменшується і стає мінімальною при нульовому розвороті лопатей ВРШ, а регулятор підтримує задану частоту обертання в межах нерівномірності АСР.
У АСР дизель-генераторів встановлюють однорежимним регулятори, що забезпечують підтримку заданої частоти обертання валу і частоти струму в електричній мережі в межах допустимої статичної нерівномірності, а включають їх у роботу по всережимний схемою.
Видом споживача механічної енергії та вимогами, що пред'являються до якості його роботи, визначаються вимоги до точності підтримки частоти обертання валу ДВЗ. Згідно. ГОСТ 10511-72 АСР з регуляторами прямої і непрямої дії діляться по точності на чотири класи.
Перший клас точності АСР забезпечується однорежімпимі. регуляторами двохімпульсного (ОРД), що встановлюються на ДГ змінного струму з підвищеними вимогами до якості регулювання. На транспортних судах ОРД поширення поки не отримали.
На ДГ суднових електростанцій встановлюються одноімпульс-ні однорежимним регулятори непрямої дії (ОРН), що забезпечують 2-й і 3-й класи точності АСР, або однорежимним регулятори прямої дії (ОРП), що забезпечують 3-й і 4-й клас, точності АСР. Для кожного класу точності АСР встановлені граничні значення динамічного закидання частоти обертання від початкових значень п о на сталому режимі і тривалості перехідного процесу Т пп при повному миттєвому скиданні або збільшенні навантаження, а також нестабільності частоти обертання v.
Регулятори ОРП і ОРН повинні забезпечувати можливість установки ступеня нерівномірності АСР в межах не вже 2-4%.
АСР ГД з всережимним регуляторами непрямого (ВРН) і прямого (ВРП) дії повинні забезпечувати динамічний занедбаність частоти обертання не більше 18% і тривалості перехідного процесу не більше 10 с при миттєвому скиданні навантаження. Нестабільність АСР при номінальній уставці завдання ВРН або ВРП (тобто при роботі АСР за номінальною регуляторної характеристиці) повинна відповідати вимогам 3-го і 4-го класів точності, а ступінь нерівномірності АСР не повинна перевищувати 12%. Ці ж вимоги пред'являються до АСР Регістром.
Питання 6. Суднові холодильні установки, їх класифікація за принципом роботи і холодильного агенту. Визначити холопроізводітельность установки.
Відповідь
Розглянемо призначення, холодильних установок на суднах різного типу.
Збереження та обробка харчових продуктів.
Холодильні машини найбільш широко застосовуються для збереження харчових продуктів при їх перевезенні на транспортних рефрижераторних судах, вантажні трюми яких забезпечені тепловою ізоляцією і охолоджуючими пристроями. Є також значна кількість суден, на яких тільки частина вантажних приміщень обладнана під рефрижераторні перевезення. Для збереження харчових продуктів, призначених для харчування команди і пасажирів, на всіх судах, що здійснюють тривалі рейси, обладнуються спеціальні Провізіон камери зі штучним охолодженням. У багатьох судах рибопромислового флоту холодильні машини використовуються не тільки для збереження продуктів промислу, але і для їх охолодження або заморожування (траулерах, плавбазах, кітобазах і т. д.).
Зупинимося коротко на консервацію дії холоду та оптимальних умов перевезення швидкопсувних вантажів. Найбільш досконалий вид консервації, придатний для будь-якого швидкопсувного продукту, - його охолодження або заморожування. При зниженні температури значно сповільнюється розвиток мікроорганізмів і розпад складових частин продуктів: білків, жирів і вуглеводів. Крім того, охолоджені або заморожені харчові продукти найкраще зберігають свої поживні і смакові якості, а також вітаміни.
При охолодженні харчові продукти не доводяться до кріо-скопическая температури, тобто температури замерзання соків, що знаходяться в їх тканинах.
При заморожуванні температура продукту знижується настільки, що всі соки або частину їх перетворюються в кристали льоду. Заморожування - більш ефективний спосіб консервації, ніж охолодження; - дозволяє зберігати і перевозити вантаж протягом тривалого часу. Це пояснюється не тільки тим, що продукт набуває більш низьку температуру, але і тим, що завдяки перетворенню соків в кристали льоду продукт як би зневоднюється. Ці дві обставини в значній мірі перешкоджають розвитку бактерій.
Однак процес заморожування продуктів не завжди звернемо з процесом відтавання (дефростації). Деякі продукти після дефростації не відновлюють своїх початкових якостей. Наприклад, яйця не піддаються заморожуванню і перевозяться тільки в охолодженому стані.
Крім температури, на збереження вантажів великий вплив робить відносна вологість повітря в охолоджуваних приміщеннях. При зниженій вологості повітря сповільнюється розвиток бактерій, але разом з тим відбувається значна усушка більшості швидкопсувних вантажів. Усушка не тільки пов'язана з втратою ваги, але часто призводить до зниження поживних властивостей і погіршення зовнішнього вигляду продукту.
Підвищена вологість сприяє, навіть при досить низьких температурах, розвитку бактерій, а також інтенсивного утворення цвілі на поверхні продуктів і дерев'яною внутрішньої зашиванні трюмів. Тому вибір величини вологості повітря для охолоджуваних трюмів - вельми суттєве питання. З цвіллю й грибками борються зазвичай дезінфекцією і вентиляцією охолоджуваних приміщень. Взагалі штучна вентиляція вантажних трюмів рефрижераторних суден бажана при перевезенні майже всіх вантажів як один з ефективних методів боротьби зі сторонніми запахами.
Деякі вантажі підлягають обов'язковій вентиляції: до них в першу чергу слід віднести фрукти і овочі, які при зберіганні виділяють значну кількість вуглекислоти.
На збереження вантажу впливає також циркуляція повітря, що забезпечує більш рівномірний розподіл температури і вологості повітря в трюмах і перешкоджає утворенню зон, в яких може скупчуватися затхле повітря Інтенсивність природної циркуляції повітря в трюмі залежить від багатьох чинників, наприклад, від висоти трюму, системи охолодження, розміщення охолоджуючих батарей і т. д. На інтенсивності циркуляції повітря позначаються також способи укладання вантажу та вантажні норми. При дуже високих вантажних нормах, або вантажної щільності, важко забезпечити нормальну циркуляцію повітря.
У зв'язку з необхідністю вентиляції охолоджуваних приміщенні та інтенсивної циркуляції повітря в них застосовують повітряні системи охолодження, що забезпечують примусову циркуляцію повітря.
Вибір температури і відносної вологості повітря у вантажних охолоджуваних приміщеннях, а також кратності вентиляції і циркуляції повітря в них залежить від роду вантажу, що перевозиться і термінів його перевезення.
Виготовлення штучного льоду. На деяких пасажирських суднах встановлюють льодогенератори для приготування штучного льоду з прісної води, що використовується для побутових і медичних цілей. Продуктивність таких льодогенератора порівняно невелика і, як правило, не перевищує 200 кг на добу. Деякі типи промислових судів постачають льодогенератора для виготовлення з забортної води сніжного і лускатого льоду, призначеного для інтенсивного охолодження та короткочасного зберігання улову ряд судів обладнаний досить потужними льдогенераторнимі пристроями (на деяких краболовних судах загальна добова продуктивність льодогенератора становить 25г). Є також плавучі льдозаводов продуктивністю до 100г на добу, що постачають в море рибальські судна льодом.
На більшості рибопромислових суден для охолодження риби користуються подрібненим природним льодом. Однак застосування льоду, заготовленої у природних водоймах, мало прийнятно з санітарної та технологічної точок зору. Такий лід найчастіше містить значну кількість мікроорганізмів та інших шкідливих домішок. Пересипання риби подрібненим льодом, мають досить великі розміри, не забезпечує хорошого контакту між льодом і тілом риби, крім того, великі шматки льоду наносять рибі механічні пошкодження. Тому найбільш доцільним і ефективним є охолодження і зберігання риби в дрібному лусковому або сніжному льоді, виготовленому на борту судна.
Кондиціювання повітря здійснюється з метою підтримки в приміщеннях найбільш сприятливих для людини так званих комфортних умов. Ці умови в першу чергу визначаються температурою і вологістю повітря в поєднанні з його швидкістю руху, а також певним хімічним складом повітря і очищенням його від шкідливих домішок. Кондиціювання повітря є розвитком техніки опалення та вентиляції службових (машинні відділення, кермові рубки, камбузи, госпіталі і т. д.) і побутових (каюти, кают-компанії, салони, кінотеатри) приміщень. Дуже істотний, а іноді й вирішальне значення має кондиціонування повітря в приміщеннях, де розташовані різні обчислювальні прилади, тому що точність результатів обчислень багато в чому залежить від сталості температури і вологості повітря в цих приміщеннях. У деяких приладах здійснюється безпосереднє охолодження окремих деталей.
При кондиціонуванні повітря в зимовий час року виробляються його підігрів і зволоження, а в літній - охолодження і осушення. Для цього на судах використовуються холодильні машини, які в техніці кондиціонування повітря відіграють велику роль. Продуктивність холодильних машин, встановлених на деяких судах для кондиціонування повітря, перевищує 1 млн. ккал / год.
Слід сказати, що використання холодильних машин на судах не обмежується перерахованими областями їх застосування. У деяких випадках холодильні машини використовуються для охолодження питної води, вантажних танків бензіновозов та спиртовози, для створення штучних ковзанок на великих пасажирських лайнерах і інших цілей.
Перспективне використання холодильних машин для опріснення забортної води шляхом виморожування з неї кристалів прісного льоду.
Для отримання прісної води, а також опалювання приміщень вельми ефективне застосування на-деяких судах холодильних машин, що працюють за циклом теплового насоса, так як в цьому випадку кількість тепла, що видається машиною, в кілька разів більше теплового еквівалента затрачуваної електроенергії.
В останні роки ведуться дослідження з використання холодильних машин у складі суднових енергетичних установок для підвищення їх потужності та економічності. Тут намічаються два шляхи.
Перший шлях - використання отбросного тепла для охолодження трюмів і отримання холоду для систем кондиціонування повітря за допомогою так званих тепловикористовуючих холодильних машин, а також для отримання додаткової енергії в прямих циклах, де робочим справою є холодильні агенти.
Другий шлях - охолодження повітря, що подається для спалювання палива в двигунах внутрішнього згоряння (ДВЗ) і газотурбінних установках (ГТУ). Так, випробування дизеля Д-50 показали, що при охолодженні наддувочного повітря, що має тиск 2 кг / см 2, до 5 ° С потужність підвищилася з 1200 до 1800 е.. л. с. Ефективність застосування холодильних машин для цих цілей значно зростає, якщо холодильні машини працюють за рахунок тепла відпрацьованих газів.
Наведеними прикладами не вичерпуються всі можливості використання холодильних машин на судах. Розвиваючись газова промисловість вимагає перевезення зріджених газів (пропану, бутану, метану і т.д.), що вигідніше здійснювати без надлишкового тиску в ємностях, а для цього необхідно охолодження газу до досить низьких температур, приблизно до -160 ° С. У цьому випадку використовують каскадні холодильні машини, які, незважаючи на значні габарити і вага, виправдовують себе, так як перевезення газу під високим тиском вимагає сталевих танків з великою товщиною стінок. Крім того, завдяки штучному охолодженню значно скорочуються втрати газу.
Суднові холодильні установки, як і енергетичні, на відміну від стаціонарних мають ряд особливостей щодо загального розташування охолоджуваних приміщень, розміщення устаткування і вибору його типу.
При проектуванні і будівництві стаціонарних холодильників бажано надавати їм форму куба, щоб при найбільшій ємності отримати мінімальну величину зовнішніх огороджувальних поверхонь. На суднах загальне розташування охолоджуваних вантажних приміщень, співвідношення їх розмірів і форма залежать від співвідношення розмірів корпусу судна і його форми, які визначаються морехідні якості судна, необхідною міцністю корпусу, його живучістю, районом плавання і багатьма іншими факторами. І все-таки при проектуванні вантажних рефрижераторних суден слід по можливості прагнути до найбільш вигідному співвідношенню між обсягом вантажних приміщень і розмірами огороджувальних поверхонь.
На суднах, де виробляють термічну обробку вантажу, витрата холоду через зовнішні огородження в порівнянні з витратою холоду на охолодження і особливо заморожування порівняно малий, тому висловлені вище міркування мають менше значення. У цьому випадку при виборі загального розташування вантажних охолоджуваних приміщень слід рахуватися з потоковість технологічного процесу і вантажних операцій, вироблених на судні.
Холодопродуктивність установки повинна забезпечувати всі статті витрат холоду на судах, причому наявність окремих статей та їх питома вага залежать від призначення і типу судна.
Витрата холоду через ізоляцію складається з витрати холоду через окремі ізольовані огорожі і залежить від їх розмірів, коефіцієнтів теплопередачі і різниці температур між навколишніми дану конструкцію середовищами. Таким чином, ця стаття витрати холоду може бути знайдена з виразу
Q 1 = kF t + k лін P t + q п ккал / год,
гдеk - коефіцієнт теплопередачі окремих ізоляційних конструкцій, ккал / м 2:00 град;
F - поверхня конструкцій, м 2;
k лин - лінійний коефіцієнт теплопередачі на окремих ділянках проміжних палуб або перегородок, ккал / м годину град;
P - довжина окремих ділянок, м;
t - відповідний цих ділянок перепад температур, град.;
q п - теплопритоку через один пілерсів, ккал / год.
Температура всередині охолоджуваних приміщень t T вибирається залежно від роду вантажу, що перевозиться. Зовнішня температура огороджувальних поверхонь t н вибирається в залежності від середньої температури навколишнього середовища в найбільш тепле для даного району плавання пору року. Температура настилу другого дна і обшивки підводної частини бортів приймається рівною температурі забортної води t w, а зовнішня температура конструкцій, які межують з внутрішніми приміщеннями судна, - температурі цих приміщень.
Трохи інакше йде справа з вибором температури зовнішньої поверхні відкритої палуби і надводних бортів, схильних до сонячної радіації. Наближений облік впливу сонячної радіації на температуру палуби і бортів стосовно рефрижераторним судам був проведений С. Д. Левен-соном і В. С. Мартиновський.
Якщо знехтувати відведенням тепла по обшивці бортів у воду, то баланс тепла, віднесений до 1 м 2 палуби,
q s = q 1 + q 2 ккал / м 2 год,
де q s - кількість випромінюваного тепла на 1м 2;
q 1 - тепло, що віддається палубою зовнішньому середовищу;
q 2 - тепло, що проходить всередину трюму. Величини q 1 і q 2 знаходять з виразів
q 1 = (t п - t h); q 2 = k (t п - t т)
де - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні палуби до зовнішньому повітрю, ккал / м 2:00 град;
k - коефіцієнт теплопередачі ізоляції палуби, ккал / м 2:00 град;
t п, t h і t т - відповідно зовнішня температура палуби, зовнішнього повітря і трюму, о C.
Досвідчені дані про вплив сонячної радіації на тепло-притоки в трюми рефрижераторних суден практично відсутні. Попередні спостереження, проведені ЛКІ в серпні на середньому рибопромисловому траулері в південній частині Каспійського моря, показали, що температура надводного борту при невеликій його висоті (близько 1м) практично дорівнювала температурі забортної води; середньодобова температура палуби при ширині її 8 ж була на 5 0 C вище середньодобової температури повітря.
Витрата холоду на охолодження і заморожування вантажу. При розрахунку суднових холодильних установок транспортних рефрижераторних суден цю статтю витрати холоду зазвичай не враховують, тому що такі судна, як правило, приймають вантаж, вже охолоджений або заморожений в берегових холодильниках або на спеціальних судах. Цю статтю витрати холоду зазвичай враховують на суднах, де поряд з промислом проводиться також переробка продуктів промислу (рибопромислові траулери, боти, китобійні бази і т.ін.). При невеликій тривалості рейсу (5-10 діб) зазвичай обмежуються охолодженням, а при більш тривалих рейсах - заморожуванням.
Витрата холоду на охолодження або заморожування може бути обчислений за формулою
Q 2 = G (i поч - i k) / ккал / год
де G - вага вантажу, що підлягає охолодженню або заморожуванню, кг;
i поч - початкова ентальпія вантажу, ккал / кг;
i k - кінцева ентальпія вантажу, ккал / кг;
- час охолодження або заморожування, годину.
При охолодженні і заморожуванні риби на суднах t поч приймають рівною температурі забортної води, якою вона зазвичай промивається перед термічною обробкою.
При визначенні витрати холоду на охолодження або заморожування вантажу, що надходить у тарі, слід враховувати також витрата холоду на її охолодження.
Найбільш складно визначити час охолодження або заморожування т, так як ця величина залежить від багатьох чинників (форми і розмірів вантажу, його фізичних констант, способу охолодження або заморожування, температурного режиму і т. д.). Користуючись теорією теплопередачі, можна обчислити величину т, проте точність такого обчислення вельми невелика. У практиці зазвичай доводиться користуватися дослідними даними, а при застосуванні теоретичних формул вносити поправки, отримані також з досвіду.
Охолодження або заморожування вантажу зазвичай здійснюється в спеціальних апаратах, якими забезпечені рибодобувні судна та плавучі бази. Однак доохолодження або доморожування вантажу може здійснюватися і в трюмах транспортних суден. Скільки-небудь точний облік витрати холоду на таку доопрацювання вантажу зробити важко, тому що ступінь доохолодження або доморожування залежить від випадкових факторів.
Витрата холоду на вентиляцію охолоджуваних приміщень залежить від кратності вентиляції, що вибирається відповідно до роду вантажу, що перевозиться, розмірами охолоджуваних приміщень, а також температурними і вологісними умовами усередині трюмів і зовні.
Цей витрата може бути визначений з виразу
Q s = nV/24v (i н - і т) ккал / год,
де V - обсяг охолоджуваних приміщень, м 3;
п - кратність вентиляції в добу;
i н - ентальпія зовнішнього повітря, ккал / кг;
І т - ентальпія повітря в охолоджуваному приміщенні, ккал / кг;
v - питомий обсяг зовнішнього повітря при прийнятих умовах всередині приміщення, м 3 / кг.
Витрата холоду на приготування льоду. На рибопромислових суднах з власними льодогенератора ця стаття витрат становить значну частку від загальної витрати холоду. Витрата холоду на приготування льоду
Q 4 = Gq ккал / год,
де G - годинна продуктивність льодогенератор, кг;
q - витрата холоду на приготування 1 кг льоду, ккал / кг;
в залежності від температури води, що підлягає заморожуванню, і типу льодогенератора величина q коливається в межах 120-160 ккал / кг.
Витрата холоду, компенсуючий тепловиділення людей і освітлення. Зазвичай у вантажних приміщеннях транспортних рефрижераторних суден ця стаття витрати холоду відсутня, так як під час рейсу трюми закриті.
При проектуванні малих рибопромислових суден, в охолоджуваних приміщеннях яких проводиться обробка риби, а також судів, де здійснюються часті навантаження і вивантаження, цю статтю витрати холоду рекомендується враховувати. Те ж саме можна сказати і про провізіонних камерах, часто відвідуваних людьми. Витрата холоду визначається з виразу
Q 5 = qm + 0,86 W CB ккал / год,
де q - тепловиділення однієї людини, що становить в середньому 200 ккал / год;
т - кількість працюючих людей;
W CB - потужність встановлених світильників, вт.
Витрата холоду, еквівалентний роботі механізмів. Ця стаття витрати холоду складається з тепловиділень механізмів, встановлених всередині охолоджуваних приміщень і безпосередньо входять до складу установки. До останніх можна віднести ропні насоси і мішалки, а також вентилятори, які подають в трюми охолоджене повітря. У цьому випадку часовий витрата холоду
Q 6 = 860 (1 - дв) N дв ккал / год,
де дв - к. п. буд двигуна;
N дв - потужність двигуна, кет;
- коефіцієнт одночасності роботи обладнання.
При ропні охолодженні сумарна потужність ропних насосів невелика, і тому величина Q 6 становить 10 - 15% від загальної витрати холоду. При повітряній системі охолодження завдяки потужним вентиляторів вона досягає 25%. Зазвичай при проектуванні великих рефрижераторних суден визначення величини Q 6 повинен методом послідовних наближень. Прийнявши спочатку величину Q 6 наближено, обчислюють холодопродуктивність установки як суму всіх статей витрат холоду, а потім проводять уточнення цієї величини.
Інші статті витрати холоду включають різні невраховані вище втрати, до яких в першу чергу слід віднести витрата холоду через ізоляцію випарників, повітроохолоджувачів, трубопроводів та повітропроводів, розташованих поза охолоджуваних приміщень. Витік холоду через всілякі металеві підвіски і кронштейни, а також через нещільність у вантажних люках і дверях враховується при проектуванні збільшенням розрахункової холодопродуктивності на 20-30%.
Розрахункова холодопродуктивність. Всі статті витрат холоду на охолоджувані приміщення враховують по цих приміщень окремо, і їх сума служить для встановлення теплопередающей поверхні охолоджуючих приладів у кожному приміщенні.
Холодопродуктивність машини (компресорів) складається із суми теплових навантажень по всіх охолоджуваних приміщень, теплових навантажень, пов'язаних з термообробкою вантажу, виготовленням льоду, а також інших навантажень, що викликаються додатковою витратою холоду на втрати через ізоляцію випарників, трубопроводів, повітропроводів та іншого обладнання, розташованого поза охолоджуваних приміщень. Ці втрати становлять 10-30% від сумарного розрахункового витрати холоду.
У разі, якщо об'єкти охолодження вимагають підтримки різних температур, окремі статті витрат холоду підсумовують за однаковими або близьким 'температур звичайно в межах ± 2 -: - ± 3 про С.
Література
1. І. В. Вознізкій «Суднові двигуни внутрішнього згоряння», М., Транспорт, 1979, 413 стор
2. В. С. Онасенко «Автоматизація суднових енергетичних установок», М., Транспорт, 1981,270 стор
3. А. М. Манькова «Суднові паро-енергетичні установки», М., Транспорт, 1989,237 стор
4. А. П. Добровольський «Суднові холодильні машини і установки", Ленінград, Суднобудування, 1969,252 стор
5. М.М. Соловйов «Суднові електро-енергетичні системи», М., Транспорт, 1987
Видом споживача механічної енергії та вимогами, що пред'являються до якості його роботи, визначаються вимоги до точності підтримки частоти обертання валу ДВЗ. Згідно. ГОСТ 10511-72 АСР з регуляторами прямої і непрямої дії діляться по точності на чотири класи.
Перший клас точності АСР забезпечується однорежімпимі. регуляторами двохімпульсного (ОРД), що встановлюються на ДГ змінного струму з підвищеними вимогами до якості регулювання. На транспортних судах ОРД поширення поки не отримали.
На ДГ суднових електростанцій встановлюються одноімпульс-ні однорежимним регулятори непрямої дії (ОРН), що забезпечують 2-й і 3-й класи точності АСР, або однорежимним регулятори прямої дії (ОРП), що забезпечують 3-й і 4-й клас, точності АСР. Для кожного класу точності АСР встановлені граничні значення динамічного закидання частоти обертання від початкових значень п о на сталому режимі і тривалості перехідного процесу Т пп при повному миттєвому скиданні або збільшенні навантаження, а також нестабільності частоти обертання v.
Регулятори ОРП і ОРН повинні забезпечувати можливість установки ступеня нерівномірності АСР в межах не вже 2-4%.
АСР ГД з всережимним регуляторами непрямого (ВРН) і прямого (ВРП) дії повинні забезпечувати динамічний занедбаність частоти обертання не більше 18% і тривалості перехідного процесу не більше 10 с при миттєвому скиданні навантаження. Нестабільність АСР при номінальній уставці завдання ВРН або ВРП (тобто при роботі АСР за номінальною регуляторної характеристиці) повинна відповідати вимогам 3-го і 4-го класів точності, а ступінь нерівномірності АСР не повинна перевищувати 12%. Ці ж вимоги пред'являються до АСР Регістром.
Питання 6. Суднові холодильні установки, їх класифікація за принципом роботи і холодильного агенту. Визначити холопроізводітельность установки.
Відповідь
Розглянемо призначення, холодильних установок на суднах різного типу.
Збереження та обробка харчових продуктів.
Холодильні машини найбільш широко застосовуються для збереження харчових продуктів при їх перевезенні на транспортних рефрижераторних судах, вантажні трюми яких забезпечені тепловою ізоляцією і охолоджуючими пристроями. Є також значна кількість суден, на яких тільки частина вантажних приміщень обладнана під рефрижераторні перевезення. Для збереження харчових продуктів, призначених для харчування команди і пасажирів, на всіх судах, що здійснюють тривалі рейси, обладнуються спеціальні Провізіон камери зі штучним охолодженням. У багатьох судах рибопромислового флоту холодильні машини використовуються не тільки для збереження продуктів промислу, але і для їх охолодження або заморожування (траулерах, плавбазах, кітобазах і т. д.).
Зупинимося коротко на консервацію дії холоду та оптимальних умов перевезення швидкопсувних вантажів. Найбільш досконалий вид консервації, придатний для будь-якого швидкопсувного продукту, - його охолодження або заморожування. При зниженні температури значно сповільнюється розвиток мікроорганізмів і розпад складових частин продуктів: білків, жирів і вуглеводів. Крім того, охолоджені або заморожені харчові продукти найкраще зберігають свої поживні і смакові якості, а також вітаміни.
При охолодженні харчові продукти не доводяться до кріо-скопическая температури, тобто температури замерзання соків, що знаходяться в їх тканинах.
При заморожуванні температура продукту знижується настільки, що всі соки або частину їх перетворюються в кристали льоду. Заморожування - більш ефективний спосіб консервації, ніж охолодження; - дозволяє зберігати і перевозити вантаж протягом тривалого часу. Це пояснюється не тільки тим, що продукт набуває більш низьку температуру, але і тим, що завдяки перетворенню соків в кристали льоду продукт як би зневоднюється. Ці дві обставини в значній мірі перешкоджають розвитку бактерій.
Однак процес заморожування продуктів не завжди звернемо з процесом відтавання (дефростації). Деякі продукти після дефростації не відновлюють своїх початкових якостей. Наприклад, яйця не піддаються заморожуванню і перевозяться тільки в охолодженому стані.
Крім температури, на збереження вантажів великий вплив робить відносна вологість повітря в охолоджуваних приміщеннях. При зниженій вологості повітря сповільнюється розвиток бактерій, але разом з тим відбувається значна усушка більшості швидкопсувних вантажів. Усушка не тільки пов'язана з втратою ваги, але часто призводить до зниження поживних властивостей і погіршення зовнішнього вигляду продукту.
Підвищена вологість сприяє, навіть при досить низьких температурах, розвитку бактерій, а також інтенсивного утворення цвілі на поверхні продуктів і дерев'яною внутрішньої зашиванні трюмів. Тому вибір величини вологості повітря для охолоджуваних трюмів - вельми суттєве питання. З цвіллю й грибками борються зазвичай дезінфекцією і вентиляцією охолоджуваних приміщень. Взагалі штучна вентиляція вантажних трюмів рефрижераторних суден бажана при перевезенні майже всіх вантажів як один з ефективних методів боротьби зі сторонніми запахами.
Деякі вантажі підлягають обов'язковій вентиляції: до них в першу чергу слід віднести фрукти і овочі, які при зберіганні виділяють значну кількість вуглекислоти.
На збереження вантажу впливає також циркуляція повітря, що забезпечує більш рівномірний розподіл температури і вологості повітря в трюмах і перешкоджає утворенню зон, в яких може скупчуватися затхле повітря Інтенсивність природної циркуляції повітря в трюмі залежить від багатьох чинників, наприклад, від висоти трюму, системи охолодження, розміщення охолоджуючих батарей і т. д. На інтенсивності циркуляції повітря позначаються також способи укладання вантажу та вантажні норми. При дуже високих вантажних нормах, або вантажної щільності, важко забезпечити нормальну циркуляцію повітря.
У зв'язку з необхідністю вентиляції охолоджуваних приміщенні та інтенсивної циркуляції повітря в них застосовують повітряні системи охолодження, що забезпечують примусову циркуляцію повітря.
Вибір температури і відносної вологості повітря у вантажних охолоджуваних приміщеннях, а також кратності вентиляції і циркуляції повітря в них залежить від роду вантажу, що перевозиться і термінів його перевезення.
Виготовлення штучного льоду. На деяких пасажирських суднах встановлюють льодогенератори для приготування штучного льоду з прісної води, що використовується для побутових і медичних цілей. Продуктивність таких льодогенератора порівняно невелика і, як правило, не перевищує 200 кг на добу. Деякі типи промислових судів постачають льодогенератора для виготовлення з забортної води сніжного і лускатого льоду, призначеного для інтенсивного охолодження та короткочасного зберігання улову ряд судів обладнаний досить потужними льдогенераторнимі пристроями (на деяких краболовних судах загальна добова продуктивність льодогенератора становить 25г). Є також плавучі льдозаводов продуктивністю до 100г на добу, що постачають в море рибальські судна льодом.
На більшості рибопромислових суден для охолодження риби користуються подрібненим природним льодом. Однак застосування льоду, заготовленої у природних водоймах, мало прийнятно з санітарної та технологічної точок зору. Такий лід найчастіше містить значну кількість мікроорганізмів та інших шкідливих домішок. Пересипання риби подрібненим льодом, мають досить великі розміри, не забезпечує хорошого контакту між льодом і тілом риби, крім того, великі шматки льоду наносять рибі механічні пошкодження. Тому найбільш доцільним і ефективним є охолодження і зберігання риби в дрібному лусковому або сніжному льоді, виготовленому на борту судна.
Кондиціювання повітря здійснюється з метою підтримки в приміщеннях найбільш сприятливих для людини так званих комфортних умов. Ці умови в першу чергу визначаються температурою і вологістю повітря в поєднанні з його швидкістю руху, а також певним хімічним складом повітря і очищенням його від шкідливих домішок. Кондиціювання повітря є розвитком техніки опалення та вентиляції службових (машинні відділення, кермові рубки, камбузи, госпіталі і т. д.) і побутових (каюти, кают-компанії, салони, кінотеатри) приміщень. Дуже істотний, а іноді й вирішальне значення має кондиціонування повітря в приміщеннях, де розташовані різні обчислювальні прилади, тому що точність результатів обчислень багато в чому залежить від сталості температури і вологості повітря в цих приміщеннях. У деяких приладах здійснюється безпосереднє охолодження окремих деталей.
При кондиціонуванні повітря в зимовий час року виробляються його підігрів і зволоження, а в літній - охолодження і осушення. Для цього на судах використовуються холодильні машини, які в техніці кондиціонування повітря відіграють велику роль. Продуктивність холодильних машин, встановлених на деяких судах для кондиціонування повітря, перевищує 1 млн. ккал / год.
Слід сказати, що використання холодильних машин на судах не обмежується перерахованими областями їх застосування. У деяких випадках холодильні машини використовуються для охолодження питної води, вантажних танків бензіновозов та спиртовози, для створення штучних ковзанок на великих пасажирських лайнерах і інших цілей.
Перспективне використання холодильних машин для опріснення забортної води шляхом виморожування з неї кристалів прісного льоду.
Для отримання прісної води, а також опалювання приміщень вельми ефективне застосування на-деяких судах холодильних машин, що працюють за циклом теплового насоса, так як в цьому випадку кількість тепла, що видається машиною, в кілька разів більше теплового еквівалента затрачуваної електроенергії.
В останні роки ведуться дослідження з використання холодильних машин у складі суднових енергетичних установок для підвищення їх потужності та економічності. Тут намічаються два шляхи.
Перший шлях - використання отбросного тепла для охолодження трюмів і отримання холоду для систем кондиціонування повітря за допомогою так званих тепловикористовуючих холодильних машин, а також для отримання додаткової енергії в прямих циклах, де робочим справою є холодильні агенти.
Другий шлях - охолодження повітря, що подається для спалювання палива в двигунах внутрішнього згоряння (ДВЗ) і газотурбінних установках (ГТУ). Так, випробування дизеля Д-50 показали, що при охолодженні наддувочного повітря, що має тиск 2 кг / см 2, до 5 ° С потужність підвищилася з 1200 до 1800 е.. л. с. Ефективність застосування холодильних машин для цих цілей значно зростає, якщо холодильні машини працюють за рахунок тепла відпрацьованих газів.
Наведеними прикладами не вичерпуються всі можливості використання холодильних машин на судах. Розвиваючись газова промисловість вимагає перевезення зріджених газів (пропану, бутану, метану і т.д.), що вигідніше здійснювати без надлишкового тиску в ємностях, а для цього необхідно охолодження газу до досить низьких температур, приблизно до -160 ° С. У цьому випадку використовують каскадні холодильні машини, які, незважаючи на значні габарити і вага, виправдовують себе, так як перевезення газу під високим тиском вимагає сталевих танків з великою товщиною стінок. Крім того, завдяки штучному охолодженню значно скорочуються втрати газу.
Суднові холодильні установки, як і енергетичні, на відміну від стаціонарних мають ряд особливостей щодо загального розташування охолоджуваних приміщень, розміщення устаткування і вибору його типу.
При проектуванні і будівництві стаціонарних холодильників бажано надавати їм форму куба, щоб при найбільшій ємності отримати мінімальну величину зовнішніх огороджувальних поверхонь. На суднах загальне розташування охолоджуваних вантажних приміщень, співвідношення їх розмірів і форма залежать від співвідношення розмірів корпусу судна і його форми, які визначаються морехідні якості судна, необхідною міцністю корпусу, його живучістю, районом плавання і багатьма іншими факторами. І все-таки при проектуванні вантажних рефрижераторних суден слід по можливості прагнути до найбільш вигідному співвідношенню між обсягом вантажних приміщень і розмірами огороджувальних поверхонь.
На суднах, де виробляють термічну обробку вантажу, витрата холоду через зовнішні огородження в порівнянні з витратою холоду на охолодження і особливо заморожування порівняно малий, тому висловлені вище міркування мають менше значення. У цьому випадку при виборі загального розташування вантажних охолоджуваних приміщень слід рахуватися з потоковість технологічного процесу і вантажних операцій, вироблених на судні.
Холодопродуктивність установки повинна забезпечувати всі статті витрат холоду на судах, причому наявність окремих статей та їх питома вага залежать від призначення і типу судна.
Витрата холоду через ізоляцію складається з витрати холоду через окремі ізольовані огорожі і залежить від їх розмірів, коефіцієнтів теплопередачі і різниці температур між навколишніми дану конструкцію середовищами. Таким чином, ця стаття витрати холоду може бути знайдена з виразу
Q 1 = kF t + k лін P t + q п ккал / год,
гдеk - коефіцієнт теплопередачі окремих ізоляційних конструкцій, ккал / м 2:00 град;
F - поверхня конструкцій, м 2;
k лин - лінійний коефіцієнт теплопередачі на окремих ділянках проміжних палуб або перегородок, ккал / м годину град;
P - довжина окремих ділянок, м;
t - відповідний цих ділянок перепад температур, град.;
q п - теплопритоку через один пілерсів, ккал / год.
Температура всередині охолоджуваних приміщень t T вибирається залежно від роду вантажу, що перевозиться. Зовнішня температура огороджувальних поверхонь t н вибирається в залежності від середньої температури навколишнього середовища в найбільш тепле для даного району плавання пору року. Температура настилу другого дна і обшивки підводної частини бортів приймається рівною температурі забортної води t w, а зовнішня температура конструкцій, які межують з внутрішніми приміщеннями судна, - температурі цих приміщень.
Трохи інакше йде справа з вибором температури зовнішньої поверхні відкритої палуби і надводних бортів, схильних до сонячної радіації. Наближений облік впливу сонячної радіації на температуру палуби і бортів стосовно рефрижераторним судам був проведений С. Д. Левен-соном і В. С. Мартиновський.
Якщо знехтувати відведенням тепла по обшивці бортів у воду, то баланс тепла, віднесений до 1 м 2 палуби,
q s = q 1 + q 2 ккал / м 2 год,
де q s - кількість випромінюваного тепла на 1м 2;
q 1 - тепло, що віддається палубою зовнішньому середовищу;
q 2 - тепло, що проходить всередину трюму. Величини q 1 і q 2 знаходять з виразів
q 1 = (t п - t h); q 2 = k (t п - t т)
де - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні палуби до зовнішньому повітрю, ккал / м 2:00 град;
k - коефіцієнт теплопередачі ізоляції палуби, ккал / м 2:00 град;
t п, t h і t т - відповідно зовнішня температура палуби, зовнішнього повітря і трюму, о C.
Досвідчені дані про вплив сонячної радіації на тепло-притоки в трюми рефрижераторних суден практично відсутні. Попередні спостереження, проведені ЛКІ в серпні на середньому рибопромисловому траулері в південній частині Каспійського моря, показали, що температура надводного борту при невеликій його висоті (близько 1м) практично дорівнювала температурі забортної води; середньодобова температура палуби при ширині її 8 ж була на
Витрата холоду на охолодження і заморожування вантажу. При розрахунку суднових холодильних установок транспортних рефрижераторних суден цю статтю витрати холоду зазвичай не враховують, тому що такі судна, як правило, приймають вантаж, вже охолоджений або заморожений в берегових холодильниках або на спеціальних судах. Цю статтю витрати холоду зазвичай враховують на суднах, де поряд з промислом проводиться також переробка продуктів промислу (рибопромислові траулери, боти, китобійні бази і т.ін.). При невеликій тривалості рейсу (5-10 діб) зазвичай обмежуються охолодженням, а при більш тривалих рейсах - заморожуванням.
Витрата холоду на охолодження або заморожування може бути обчислений за формулою
Q 2 = G (i поч - i k) / ккал / год
де G - вага вантажу, що підлягає охолодженню або заморожуванню, кг;
i поч - початкова ентальпія вантажу, ккал / кг;
i k - кінцева ентальпія вантажу, ккал / кг;
- час охолодження або заморожування, годину.
При охолодженні і заморожуванні риби на суднах t поч приймають рівною температурі забортної води, якою вона зазвичай промивається перед термічною обробкою.
При визначенні витрати холоду на охолодження або заморожування вантажу, що надходить у тарі, слід враховувати також витрата холоду на її охолодження.
Найбільш складно визначити час охолодження або заморожування т, так як ця величина залежить від багатьох чинників (форми і розмірів вантажу, його фізичних констант, способу охолодження або заморожування, температурного режиму і т. д.). Користуючись теорією теплопередачі, можна обчислити величину т, проте точність такого обчислення вельми невелика. У практиці зазвичай доводиться користуватися дослідними даними, а при застосуванні теоретичних формул вносити поправки, отримані також з досвіду.
Охолодження або заморожування вантажу зазвичай здійснюється в спеціальних апаратах, якими забезпечені рибодобувні судна та плавучі бази. Однак доохолодження або доморожування вантажу може здійснюватися і в трюмах транспортних суден. Скільки-небудь точний облік витрати холоду на таку доопрацювання вантажу зробити важко, тому що ступінь доохолодження або доморожування залежить від випадкових факторів.
Витрата холоду на вентиляцію охолоджуваних приміщень залежить від кратності вентиляції, що вибирається відповідно до роду вантажу, що перевозиться, розмірами охолоджуваних приміщень, а також температурними і вологісними умовами усередині трюмів і зовні.
Цей витрата може бути визначений з виразу
Q s = nV/24v (i н - і т) ккал / год,
де V - обсяг охолоджуваних приміщень, м 3;
п - кратність вентиляції в добу;
i н - ентальпія зовнішнього повітря, ккал / кг;
І т - ентальпія повітря в охолоджуваному приміщенні, ккал / кг;
v - питомий обсяг зовнішнього повітря при прийнятих умовах всередині приміщення, м 3 / кг.
Витрата холоду на приготування льоду. На рибопромислових суднах з власними льодогенератора ця стаття витрат становить значну частку від загальної витрати холоду. Витрата холоду на приготування льоду
Q 4 = Gq ккал / год,
де G - годинна продуктивність льодогенератор, кг;
q - витрата холоду на приготування 1 кг льоду, ккал / кг;
в залежності від температури води, що підлягає заморожуванню, і типу льодогенератора величина q коливається в межах 120-160 ккал / кг.
Витрата холоду, компенсуючий тепловиділення людей і освітлення. Зазвичай у вантажних приміщеннях транспортних рефрижераторних суден ця стаття витрати холоду відсутня, так як під час рейсу трюми закриті.
При проектуванні малих рибопромислових суден, в охолоджуваних приміщеннях яких проводиться обробка риби, а також судів, де здійснюються часті навантаження і вивантаження, цю статтю витрати холоду рекомендується враховувати. Те ж саме можна сказати і про провізіонних камерах, часто відвідуваних людьми. Витрата холоду визначається з виразу
Q 5 = qm + 0,86 W CB ккал / год,
де q - тепловиділення однієї людини, що становить в середньому 200 ккал / год;
т - кількість працюючих людей;
W CB - потужність встановлених світильників, вт.
Витрата холоду, еквівалентний роботі механізмів. Ця стаття витрати холоду складається з тепловиділень механізмів, встановлених всередині охолоджуваних приміщень і безпосередньо входять до складу установки. До останніх можна віднести ропні насоси і мішалки, а також вентилятори, які подають в трюми охолоджене повітря. У цьому випадку часовий витрата холоду
Q 6 = 860 (1 - дв) N дв ккал / год,
де дв - к. п. буд двигуна;
N дв - потужність двигуна, кет;
- коефіцієнт одночасності роботи обладнання.
При ропні охолодженні сумарна потужність ропних насосів невелика, і тому величина Q 6 становить 10 - 15% від загальної витрати холоду. При повітряній системі охолодження завдяки потужним вентиляторів вона досягає 25%. Зазвичай при проектуванні великих рефрижераторних суден визначення величини Q 6 повинен методом послідовних наближень. Прийнявши спочатку величину Q 6 наближено, обчислюють холодопродуктивність установки як суму всіх статей витрат холоду, а потім проводять уточнення цієї величини.
Інші статті витрати холоду включають різні невраховані вище втрати, до яких в першу чергу слід віднести витрата холоду через ізоляцію випарників, повітроохолоджувачів, трубопроводів та повітропроводів, розташованих поза охолоджуваних приміщень. Витік холоду через всілякі металеві підвіски і кронштейни, а також через нещільність у вантажних люках і дверях враховується при проектуванні збільшенням розрахункової холодопродуктивності на 20-30%.
Розрахункова холодопродуктивність. Всі статті витрат холоду на охолоджувані приміщення враховують по цих приміщень окремо, і їх сума служить для встановлення теплопередающей поверхні охолоджуючих приладів у кожному приміщенні.
Холодопродуктивність машини (компресорів) складається із суми теплових навантажень по всіх охолоджуваних приміщень, теплових навантажень, пов'язаних з термообробкою вантажу, виготовленням льоду, а також інших навантажень, що викликаються додатковою витратою холоду на втрати через ізоляцію випарників, трубопроводів, повітропроводів та іншого обладнання, розташованого поза охолоджуваних приміщень. Ці втрати становлять 10-30% від сумарного розрахункового витрати холоду.
У разі, якщо об'єкти охолодження вимагають підтримки різних температур, окремі статті витрат холоду підсумовують за однаковими або близьким 'температур звичайно в межах ± 2 -: - ± 3 про С.
Література
1. І. В. Вознізкій «Суднові двигуни внутрішнього згоряння», М., Транспорт, 1979, 413 стор
2. В. С. Онасенко «Автоматизація суднових енергетичних установок», М., Транспорт, 1981,270 стор
3. А. М. Манькова «Суднові паро-енергетичні установки», М., Транспорт, 1989,237 стор
4. А. П. Добровольський «Суднові холодильні машини і установки", Ленінград, Суднобудування, 1969,252 стор
5. М.М. Соловйов «Суднові електро-енергетичні системи», М., Транспорт, 1987