Топливная система

Топливная система

Для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топ­лива, обеспечивающего работу двигателей и котлов, а также для передачи топ­лива на берег или на другие суда служат топливные системы.

Топливная система состоит из ряда самостоятельных трубопроводов, вы­полняющих определенные функции. Комплектование каждого из них механиз­мами, устройствами и трубопроводами зависит от типа СЭУ и сорта исполь­зуемого топлива. Всю систему топливоподготовки можно условно разделить на четыре участка: приема топлива на судно; длительного хранения топлива (за­пасные цистерны и топливоперекачивающие насосы); комплексной обработки топлива и суточного хранения в отстойно-расходных цистернах; подготовки топлива перед подачей в дизель или котел.

Современные МОД и СОД работают на тяжелом топливе. Для работы в пусковой и предостановочный периоды они оборудуются одновременно систе­мой легкого топлива. Прием топлива осуществляется в соответствующие за­пасные цистерны легкого и тяжелого топлива с палуб по трубопроводу через фильтр; в случае их переполнения по переливной трубе топливо переливается в переливную цистерну. Для хранения топлива могут использоваться топливо­балластные замещаемые танки. Использование топлив средней и высокой вяз­кости требует установки в цистернах змеевиков парового подогрева общего или местного типа или оборудования для так называемого струйного подогрева в цистерне; во втором случае в районе расходного патрубка предусмотрены па­ровые змеевики для местного подогрева топлива.

Для предварительной очистки топлива от воды и механических примесей в системе предусматриваются отстойные цистерны. На отдельных судах от­стойные цистерны отсутствуют, их функции выполняют сепараторы. Система сепарации включает: сами сепараторы и приемные фильтры; автономные или навешенные на сепаратор насосы; подогреватели топлива; нагнетательные на­сосы, направляющие сепарированное топливо в расходные цистерны отдельно для тяжелого и дизельного топлива. Перед поступлением в сепаратор топливо проходит через паровой подогреватель. Для сепарации тяжелого топлива ис­пользуют самоочищающиеся сепараторы (не менее двух), работающие в авто­матическом режиме. Сепараторы можно подключать параллельно или последо­вательно. Дизельное топливо перед сепарацией не подогревают. Отходы сепа­рации направляются в цистерну, откуда насосом откачиваются через палубу на сборник отходов масла, топлива и шлама или в мусоросжигательную печь (ин­синератор). Допускается применение вместо сепараторов специальных фильт­ров, отделяющих механические примеси и воду с такой же эффективностью. В последнее время предлагается перед подачей топлива в фильтры подвергать его гомогенизации. Для этого топливо из отстойной цистерны направляют в гомо­генизатор, где происходит разрушение асфальтосмолистых образований. На отечественных судах гомогенизация топлива пока не получила широкого рас­пространения.

На рис. 82 показана структурная схема системы поступления топлива в ГД от клапанных коробок 1 бункерных цистерн до трубопровода 15 к топлив­ным насосам высокого давления. Участок подачи топлива в ГД включает: топ­ливоперекачивающий насос 2; подогреватели 3, 5; сепаратор 4; расходную цис­терну 7; смесительную колонку 8; фильтры грубой 6 и тонкой 12 очистки; пе­репускные клапаны 10; топливоподкачивающие насосы 9. Подогрев топлива перед подачей в ТНВД обеспечивает заданную вязкость топлива с помощью прибора, называемого вискозиметром 13, который измеряет и регулирует вяз­кость, изменяя количество пара, подаваемого в подогреватель 11. При переводе ГД с одного сорта топлива на другой цистерна 8 выполняет роль смесительной емкости, чем обеспечивается плавное изменение вязкости топлива, поступаю­щего в ГД из расходной цистерны дизельного топлива по трубопроводу 14.

Рис. 82. Система подготовки и подачи топлива к главному двигателю

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

Двигатели внутреннего сгорания

В начале XX в. начали появляться судовые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Первое в мире датское судно «Зеландия» с дизельной установкой, построенное в 1912 г., имело два дизеля мощностью по 147,2 кВт. Эти ДВС приводили в движение непосредственно по одному гребному винту. После этого ДВС стали совершенствоваться довольно быстро. Процесс особенно ускорился после второй мировой войны. В настоящее время основную часть устанавливаемых на судах главных энергетических установок составляют ДВС. Паротурбинные установки имеют только суда с мощностью двигателей от 14700 до 22 100 кВт. В некоторых странах по традиции, а также исходя из имеющихся производственных мощностей турбинный двигатель применяют и на судах меньшей мощности. Это особенно характерно для судов торгового флота США. Дизельная энергетическая установка состоит из одного или нескольких основных двигателей, а также из обслуживающих их механизмов. В зависимости от способа осуществления рабочего цикла ДВС разделяют на четырехтактные и двухтактные. Дополнительное увеличение мощности достигается с помощью наддува. Существует другой принцип разделения ДВС — по частоте вращения. Малооборотные дизели с частотой вращения 100—150 об/мин непосредственно приводят в движение судовой движитель. Среднеоборотными называют ДВС с частотой вращения 300—600 об/мин. Они приводят в движение судовой движитель через редуктор. Приблизительно до конца 60-х гг. на судах устанавливали реверсивные главные двигатели, позволяющие судну осуществлять задний ход. Только при малых мощностях для реверса ДВС использовали специальные устройства (реверсредукторы), дающие возможность маневрирования. В 60-х гг. одновременно с появлением винтов регулируемого шага начали в качестве главного двигателя применять нереверсивные ДВС вначале на малых судах, траулерах и буксирах, а затем и на больших торговых судах. За счет этого конструкция двигателей упростилась.

Машинное отделение (дизель со вспомогательными механизмами)

Судовая энергетическая установка с ДВС изображена на рисунке. Кроме главного двигателя предусмотрены еще два вспомогательных, которые приводят во вращение генераторы. Для обслуживания главного и вспомогательных двигателей используются вспомогательные механизмы и системы, а также система трубопроводов и клапанов. Топливная система предназначена для подачи топлива из цистерн к двигателю. При этом для уменьшения вязкости топливо подогревается и освобождается в сепараторах и фильтрах от жидких и твердых примесей. Система смазки служит для прокачивания смазочного масла через двигатель с целью уменьшения трения между трущимися поверхностями, а также для отвода части полученного от двигателя тепла и очистки масла. Система охлаждения предусмотрена для отвода от двигателя тепла, которое проникает в основном через стенки цилиндра и возникает во время сжигания топлива, а также для охлаждения циркулирующего смазочного масла. Эта система состоит из насосов для пресной и морской воды и охладителей воды и масла. Пусковая установка, включающая в себя компрессоры, резервуары сжатого воздуха, а также трубопроводы и клапаны, служит для пуска главного и вспомогательных двигателей.

Наряду с указанными выше вспомогательными системами главного и вспомогательных двигателей в машинном отделении находятся и другие судовые механизмы общего назначения. Принцип действия четырехтактного ДВС показан на рисунке ниже. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за два поворота коленчатого вала, т. е. за четыре хода поршня. Механическая работа совершается только за время одного такта, три остальных служат для подготовки. При первом такте поршень движется в направлении коленчатого вала. Под воздействием возникающего при этом разрежения воздух через открытый всасывающий клапан устремляется в цилиндр. В дизеле без наддува давление всасываемого воздуха равно атмосферному, в дизеле с наддувом к цилиндру подводится уже предварительно сжатый воздух. Во время второго такта при закрытых всасывающих клапанах предварительно поступивший воздух перед поршнем подвергается сжатию, за счет чего повышаются температура и давление. Топливоподкачивающий насос, привод которого согласован с движением соответствующего поршня, повышает давление топлива. При достижении давления 19,62—39,24 МПа топливо через форсунку впрыскивается в цилиндр, в котором у дизелей без наддува давление сжатого воздуха составляет 2,94—3,43 МПа и температура 550—600°С, а у дизелей с наддувом соответственно 3,92—4,91 МПа и 600—700°С.

Принцип действия четырехтактного дизеля

Топливо впрыскивается незадолго до того момента, когда поршень достигнет верхнего положения. Впрыснутое и тщательно распыленное топливо в сжатом воздухе нагревается, испаряется и вместе с воздухом образует горячую самовоспламеняющуюся смесь. Третий такт является рабочим. Во время процесса сгорания топлива образуются горячие газы, которые вызывают увеличение давления над поршнем в дизелях без наддува от 4,41 до 5,4 МПа, а в дизелях с наддувом — от 5,89 до 7,85 МПа. Под давлением силы, возникающей за счет давления газов, поршень движется вниз, газы расширяются и производят при этом механическую работу. Во время четвертого такта открывается выпускной клапан и отработавшие газы выходят наружу. Четырехтактные судовые ДВС изготовляются как многоцилиндровые двигатели. Они устроены так, что рабочие такты равномерно распределяются по отдельным цилиндрам.

Принцип действия двухтактного дизеля

В рабочий цикл двухтактного дизеля входят два такта, или один оборот коленчатого вала. Первый такт, называемый сжатием, начинается, когда поршень находится в нижнем положении. Впускные окна в боковых стенках цилиндра открыты. Через эти окна проходит предварительно сжатый продувочный воздух, давление которого должно быть выше давления находящихся в цилиндре расширившихся газов. Одновременно продувочный воздух через открытый выпускной клапан вытесняет отработавшие газы из цилиндра и наполняет цилиндр новой дозой. Когда впускные окна закрываются поршнем, к цилиндру воздух не подводится. Так как одновременно закрывается и выпускной клапан, воздух в цилиндре сжимается. Этот процесс не показан на рисинке. Впрыскивание топлива и воспламенение происходит точно так же, как и в четырехтактном ДВС. Во время второго такта — рабочего (или расширения) — расширяющиеся газы совершают механическую работу. В конце этого такта впускные окна открываются поршнем и процесс продувки цилиндра начинается снова. Отработавшие газы могут выйти из цилиндра через внешний клапан, либо через управляемые поршнем выпускные окна. Под наддувом дизельного двигателя понимают подачу к цилиндрам большего количества воздуха, чем требуется для заполнения всего цилиндра при такте всасывания. Цель наддува заключается в том, чтобы способствовать сжиганию наибольшего количества топлива за один рабочий цикл. Это означает повышение мощности двигателя без увеличения его размеров (диаметра, хода и числа цилиндров), а также частоты вращения. Наддув можно осуществлять за счет предварительного сжатия воздуха перед цилиндром. Во всех выпускаемых четырехтактных судовых ДВС предварительное сжатие воздуха происходит с помощью центробежного компрессора, который приводится в действие газовой турбиной, работающей на отработавших газах дизеля.

Принцип действия газотурбинного нагнетателя

1 — турбина, работающая на отработавших газах; 2 — отработавшие газы; 3 — свежий воздух; 4 — компрессор; 5 — коленчатый вал; 6 — цилиндр; 7 — поршень.

Принцип действия компрессора показан на рисунке выше. Поступивший из компрессора воздух проходит через фильтры. После открытия впускного клапана сжатый воздух подается через воздушный коллектор к соответствующим цилиндрам. В двухтактных дизелях предварительное сжатие воздуха происходит в центробежных компрессорах, в пространстве под поршнем, а также в поршневых компрессорах, приводимых в действие двигателем. Давление наддувочного воздуха достигает 0,14—0,25 МПа. На рисунке ниже показан в разрезе главный малооборотный дизель с наддувом.

Принцип действия малооборотного двухтактного дизеля

а — предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра; b — одновременно происходит сжатие и всасывание; с — рабочий такт и предварительное сжатие; d — предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра двигателя без выходного клапана.

Двухтактные дизели изготовляют в виде многоцилиндровых рядных двигателей с 10—12 цилиндрами. Диаметр цилиндров больших двухтактных дизелей достигает 1000 мм, ход — 1500—2000 мм. Мощность цилиндра при общей мощности двигателя более 29 440 кВт составляет от 2900 до 3700 кВт. В связи с этим ДВС можно использовать в качестве главных двигателей и на крупных судах. Двухтактные дизели имеют очень большие размеры и массу. Их удельная масса достигает 40—55 кг/кВт. При мощности, например 14 720 кВт, масса составляет 600—800 т.

Четырехтактный дизель (рядный двигатель)

1 — наддувочный агрегат; 2 — охладитель наддувочного воздуха; 3 — трубопровод отработавших газов; 4 — трубопровод наддувочного воздуха; 5 — трубопровод охлаждающей воды; 6 — масляный трубопровод; 7 — топливный трубопровод; в — распределительный вал; 9 — приводное колесо; 10 — промежуточные шестерни; 11 — приводное колесо коленчатого вала; 12 — коленчатый вал; 13 — шатун; 14 — поршень; 15 — цилиндровая гильза; 16 — камера охлаждающей воды; 17 — крышка цилиндра; 18 — выпускной клапан; 19 — впускной клапан; 20 — топливный клапан; 21 — штанга; 22 — топливный насос; 23 — маслораэбрызгивающее кольцо; 24 — масляная ванна картера; 25 — станина двигателя; 26 — блок цилиндров.

Четырехтактные дизели применяют на судах либо в составе дизель-генераторных установок, либо в качестве главного двигателя в многовальных энергетических установках (по одному дизелю на один движитель) и, соответственно, в многодвигательных установках для одного движителя. Среднеоборотные дизели используются также в дизель-электрических энергетических установках в качестве главного двигателя. Применение среднеоборотных дизелей в качестве главного двигателя дает следующие преимущества:

Судовые энергетические установки

В учебнике рассмотрены конструкции главных и вспомогательных дизелей энергетических установок, приведены основные сведения по устройству и принципам работы судовых механизмов, по ремонту энергетических установок и испытаниям их после ремонта.

Во втором издании учебника (1-е издание вышло в 1984 г.) отражены последние достижения в области судового машиностроения, указаны перспективы развития энергетических установок, более подробно изложены вопросы технического обслуживания, диагностирования и автоматизированного управления судовыми машинами и механизмами.

Учебник предназначен для учащихся средних ПТУ по специальности «Моторист-рулевой». Может быть использован при профессиональном обучении рабочих на производстве.

Глава 1. Общие сведения о дизелях
1. Принцип действия дизелей
2. Понятие о топливе и процессе сгорания его в дизелях
3. Мощность, экономичность и классификация дизелей

Глава 2. Основные детали дизелей
4. Остов дизелей
5. Детали кривошипно-шатунного механизма

Глава 3. Газораспределение и устройства топливоподачи
6. Система газораспределения
7. Топливная система
8. Автоматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала

Глава 4. Смазывание и охлаждение деталей дизеля
9. Смазочная система
10. Система охлаждения

Глава 5. Системы управления и контроля СЭУ
11. Система сжатого воздуха
12. Системы пуска и реверсирования
13. Система дистанционного управления
14. Системы контроля, сигнализации и защиты

Глава 6. Дизели серийных судов
15. Конструкции дизелей серийных теплоходов
16. Перспективы развития дизелей
17. Валопровод винтовых судов

Глава 7. Управление дизелями и контроль за режимом их работы
18. Подготовка к пуску, пуск и остановка дизелей
19. Режимы работы дизелей

Глава 8. Техническое обслуживание дизелей
20. Периодичность и содержание технического обслуживания
21. Теплотехнический контроль за состоянием дизелей
22. Основные правила безопасного обслуживания дизелей
23. Меры защиты окружающей среды

Глава 9. Вспомогательные энергетические установки
24. Электроэнергетические установки
25. Котельные установки

Глава 10. Вспомогательные механизмы, холодильные агрегаты и системы кондиционирования воздуха
26. Механизмы рулевых устройств
27. Якорно-швартовные механизмы
28. Механизмы шлюпочных, буксирных и счальных устройств
29. Судовые насосы
30. Холодильные агрегаты и системы кондиционирования воздуха

Глава 11. Понятие об организации и технологии судоремонта
31. Назначение и виды судоремонта
32. Методы восстановления и упрочнения деталей судовых механизмов
33. Правила безопасности труда при ремонте судовой энергетической установки

Глава 12. Ремонт основных деталей дизелей
34. Подготовка дизелей к ремонту
35. Ремонт основных деталей дизеля
36. Ремонт подшипников
37. Сборка основных деталей дизеля

Глава 13. Ремонт систем и механизмов СЭУ
38. Ремонт и регулирование средств газораспределения и топливоподачи
39. Ремонт и регулирование средств автоматизации СЭУ
40. Ремонт валопроводов и движетелей
41. Ремонт вспомогательных механизмов
42. Испытания энергетических установок после ремонта

Предназначение судовых дизель-генераторов

В качестве источников электрической энергии на флоте используют судовые дизель-генераторы.

По назначению они подразделяются на:

• основные;
• вспомогательные;
• аварийные.

Основной дизель-генератор обеспечивает питание судовых электропотребителей на ходу судна. На стоянке судна питание обеспечивается вспомогательными источниками электроэнергии.

Обзор некоторых моделей судовых дизель-генераторов

Остановка основного источника питания на переходе может создать аварийную ситуацию для судна и экипажа. Аварийный источник электроэнергии должен обеспечить электрорадионавигационное оборудование, аварийное освещение, связь и сигнализации внутри судна, звуковые и световые сигнальные средства, пожарный насос, рулевое устройство.

Схема расположения на катере или небольшом судне аварийного (резервного) и основного дизель-генератора

Конструктивно дизельный двигатель расположен на одном валу с генератором. Частота вращения у них одинакова. Механическая энергия коленвала дизельного мотора возбуждает обмотки генератора. Электроэнергия от генератора подается на распределительный щит, откуда по кабелю передается потребителям. Для безопасной эксплуатации дизельных генераторов их оснащают автоматическими системами защиты и сигнализации. Рабочие параметры выводят на панель главного распределительного щита.

Схема двигателя судна с одним винтом

Энергетические установки на судах отличаются автономностью в эксплуатации, максимальной надежностью, высокой производительностью, невосприимчивостью к агрессивному воздействию окружающей среды, возможностью воздушного пуска, эксплуатацией в сложных условиях.

Генераторы морские, не ухудшая качество электроснабжения судна, выдерживают бортовой крен до 45° и дифферент до 22°. Мощность электроустановок для морских судов выше, чем для речных.

Структурная схема судового двигателя большого судна с мини-электростанцией на борту

Источники электроэнергии, в зависимости от типа судна и района эксплуатации, должны соответствовать требованиям Российского морского или речного регистра судоходства. Правила Регистра отвечают требованиям международной конвенции СОЛАС-74.

Производители

В России корабельные источники электроэнергии выпускают Алтайский моторный завод (Барнаул), Владимирский моторно-тракторный, Тутаевский моторный, ОАО «Автодизель» (Ярославский моторный). Цена российских производителей ниже зарубежных аналогов.

Высокими эксплуатационными качествами обладают дизель-генераторы японского производителя Янмар. Двигатели с воздушным охлаждением надежно защищены всепогодными металлическими шумозащитными контейнерами. Постоянная модернизация, переоборудование с доработкой существующих моделей обеспечивают большой моторесурс, надежность, минимальную вероятность отказа или выхода из строя электростанций производителя.

Техническое обслуживание оборудования

Техобслуживание дизельных энергоустановок предполагает выполнение экипажем судна следующих работ:

• внешний осмотр установки для обнаружения механических повреждений, мест протекания топлива, масла;
• проверку работоспособности узлов, при необходимости – проведение регулировки.

Периодичность работ и наличие запасных частей на судне определяется регламентирующими документами. Сервисное обслуживание и планово-предупредительные ремонты проводят специалисты береговых организаций в порту или во время перехода на борту судна.

В зависимости от ситуации обслуживание судовых двигателей происходит как в порту, так и на суднах

Особые требования предъявляются к аварийному дизель-генератору. Мощность аварийного оборудования определяют по суммарной мощности систем, обеспечивающих безопасность в аварийных ситуациях. Судовой аварийный дизель имеет легкий доступ с открытой палубы. В схему запуска входит аварийный распределительный щит. Пуск АДГ ручной и автоматический. Запас топлива должен обеспечить 12 часов непрерывной работы. При понижении напряжения до критического значения устройство запускается и подключается в сеть автоматически.

Эксплуатация оборудования зарубежных производителей, таких как Yanmar, требует наличия на судне оригинальных запасных частей для ремонта. «Куплю контрафактные запчасти: они дешевле» – полагают некоторые пользователи оборудования. Последствием будет преждевременный износ неоригинальных частей, сокращенный срок службы оборудования. В результате ремонт обойдется большими затратами. В гарантийном обслуживании поставщик отказывает.