Министерство образования и науки Российской Федерации Дальневосточный федеральный университет Инженерная школа А.В. Куренский, В.Е. Куренский, М.В. Грибиниченко, Н.В. Куценко СИСТЕМЫ И ТРУБОПРОВОДЫ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Учебное электронное издание Учебное пособие для вузов Владивосток Дальневосточный федеральный университет 2016 УДК 629.5.063.4(075.8) ББК 39.455.199 Я73 К93 Рецензенты: Ю.Г. Рыбалкин, к.т.н., доцент, генеральный директор ЗАО «Морская инженерная компания», Владивосток; С.В. Петрашев, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой технологии и эксплуатации нефтегазового оборудования Морского государственного университета им. адм. Г.И. Невельского. Авторы: Куренский Алексей Владимирович, к.т.н., доцент, Куренский Владимир Емельянович, заведующий лабораторией, Грибиниченко Матвей Валерьевич, к.т.н., заведующий кафедрой, Куценко Наталья Владимировна, техник, кафедра судовой энергетики и автоматики Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Куренский А.В., Куренский В.Е., Грибиниченко М.В., Куценко Н.В. Судовые системы и трубопроводы: учебное пособие для вузов [Электронный ресурс] / Инженерная школа ДВФУ. – Электрон. дан. – Владивосток: Дальневост. федерал. ун-т, 2016. [223 с]. – 1 CD. – Систем. требования: процессор с частотой 1,3 ГГц (Intel, AMD); оперативная память 1 ГБ, Windows (XP; Vista; 7 и т. п.); Acrobat Reader, Foxit Reader либо любой другой их аналог. – ISBN 978-5-7444-3720-6 В представленном пособии освещены вопросы, связанные с проектированием, изготовлением, эксплуатацией и ремонтом судовых систем и их элементов. Даны методические основы для их гидравлических расчетов и проектирования. Рассмотрены состав, классификация, устройство и основные требования по техническому обслуживанию систем общесудового назначения. Пособие предназначено для подготовки бакалавриата, специалитета и магистратуры очной и заочной форм обучения и может быть использовано студентами и курсантами различных технических специальностей, а также специалистами, занимающимися проектированием, конструированием и эксплуатацией судовых систем морских судов. Ключевые слова: судовые системы, трубопроводы, гидравлические расчеты, проектирование, изготовление, эксплуатация и ремонт, судовые системы. Key words: ship systems, pipelines, hydraulic calculations, designing, production, operation and repair, ship systems. Публикуется по решению Учебно-методического совета Инженерной школы ДВФУ Редактор С.С. Фасолько Дизайн, верстка Н.О. Ковтуна Опубликовано 25.04.2016 Формат PDF Объем 6 МБ [Усл. печ. л. 26] Тираж 50 экз. Издание подготовлено редакционно-издательским отделом Инженерной школы ДВФУ [Владивосток, Русский остров, кампус ДВФУ, корп. С, РИО, каб. С 714] Дальневосточный федеральный университет 690950, Владивосток, ул. Суханова, 8 Изготовитель CD: типография Дирекции публикационной деятельности 690950, Владивосток, ул. Пушкинская, 10 © Куренский А.В., Куренский В.Е., Грибиниченко М.В., Куценко Н.В., 2016 © ФГАОУ ВПО «ДВФУ», 2016 ISBN 978-5-7444-3720-6 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 6 1. СУДОВЫЕ НАСОСЫ .......................................................................................... 7 1.1. Классификация судовых насосов.................................................................... 7 1.2. Судовая насосная установка и основные параметры, характеризующие работу насоса .............................................................................................................. 7 1.3. Поршневые насосы .......................................................................................... 14 1.3.1. Принцип действия поршневых насосов с дисковыми поршнями ........................ 15 1.3.2. Конструкции поршневых насосов ............................................................................... 18 1.3.3. Ручные поршневые насосы ........................................................................................... 20 1.3.4. Клапанные коробки поршневых насосов................................................................... 22 1.3.5. Предохранительные клапаны ...................................................................................... 22 1.3.6. Рабочие клапаны поршневых насосов ........................................................................ 24 1.3.7. Правила технической эксплуатации поршневых насосов ...................................... 26 1.4. Радиально-поршневые насосы ...................................................................... 27 1.5. Аксиально-поршневые (роторно-поршневые) насосы (АПН) ................ 29 1.5.1. Правила эксплуатации роторно-поршневых насосов ............................................. 33 1.6. Роторные насосы .............................................................................................. 34 1.6.1. Коловратные насосы ...................................................................................................... 34 1.7. Винтовые насосы .............................................................................................. 35 1.8. Пластинчатый (шиберный) насос двойного действия ............................. 39 1.9. Лопастные насосы ............................................................................................ 40 1.9.1. Формула Эйлера .............................................................................................................. 42 1.9.2. Конструкции центробежных насосов .......................................................................... 47 1.10. Вихревые насосы ............................................................................................ 51 1.10.1 Правила эксплуатации центробежных и вихревых насосов ................................. 53 1.11. Струйные насосы: принцип действия ....................................................... 54 1.11.1. Конструкции струйных насосов ................................................................................. 55 1.11.2. Правила эксплуатации струйных насосов ............................................................... 56 2. СИСТЕМЫ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ................. 58 2.1. Топливные системы ......................................................................................... 58 2.1.1. Приемно-перекачивающий трубопровод ................................................................... 60 2.1.2. Топливоподготовка ......................................................................................................... 63 2.1.3. Расходно-топливная система ........................................................................................ 66 2.1.4. Определение основных характеристик механизмов и оборудования топливной системы ....................................................................................................................................... 72 2.1.4.1. Топливоперекачивающие насосы ........................................................................... 72 2.1.4.2. Топливоподкачивающие насосы ............................................................................ 72 2.1.4.3. Сепараторы топлива и масла .................................................................................. 73 2.1.4.4. Подогреватели топлива ........................................................................................... 80 2.1.4.5. Отстойные цистерны ............................................................................................... 81 2.1.4.6. Расходные цистерны ................................................................................................ 81 3 2.2. Системы смазочного масла ............................................................................ 82 2.2.1. Системы смазочных масел СДУ .................................................................................. 84 2.2.2. Механизмы и оборудование систем смазочного масла ............................................ 88 2.2.2.1. Определение основных характеристик механизмов и оборудования ............... 89 2.3. Системы охлаждения ....................................................................................... 93 2.3.1. Назначение и классификация систем, температурный режим охлаждения дизелей 93 2.3.2. Состав и схемы систем водяного охлаждения ........................................................... 94 2.3.3. Механизмы и оборудование систем водяного охлаждения ..................................... 98 2.3.4. Определение основных характеристик оборудования .......................................... 100 2.4. Системы сжатого воздуха (пусковая система) ......................................... 101 2.4.1. Назначение и состав ..................................................................................................... 101 2.4.2. Схемы систем сжатого воздуха ................................................................................... 103 2.4.3. Определение основных характеристик .................................................................... 104 2.4.4. Рекомендации по комплектации ................................................................................ 107 2.4.4.1. Воздушные компрессоры ...................................................................................... 107 2.4.4.1.1. Конструкция компрессоров пускового воздуха ............................................ 107 2.4.4.1.2. Эксплуатация поршневых воздушных компрессоров .................................. 110 2.4.4.1.3. Особенности обслуживания поршневых компрессоров .............................. 111 2.4.5. Воздухохранители ......................................................................................................... 111 2.5. Системы подачи воздуха и выпуска газов ДВС, газовых турбин, котлов и инсинераторов .................................................................................................... 112 2.5.1. Назначение и определение проходного сечения газовыпускных труб ............... 113 2.5.2. Состав газовыпускных систем ................................................................................... 114 2.5.2.1. Компенсаторы ........................................................................................................ 114 2.5.2.2. Глушители .............................................................................................................. 114 2.5.2.3. Искрогасители ........................................................................................................ 115 2.5.2.4. Маслоотделители ................................................................................................... 115 3. ПАРОВЫЕ И КОНДЕНСАТНО-ПИТАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОБОРУДОВАНИЕ ПАРОВЫХ СИСТЕМ ....................................................... 116 3.1. Системы главного и вспомогательного пара ........................................... 116 3.2. Системы отработавшего пара и продувания............................................ 120 3.3. Системы подачи и отсоса пара от уплотнений. Атмосферные трубы. 123 3.4. Схемы конденсатно-питательных систем ................................................. 124 3.5. Конденсатно-питательные системы главных, вспомогательных и утилизационных котлов....................................................................................... 126 3.6. Системы опресненной воды ......................................................................... 131 3.7. Механизмы и оборудование конденсатно-питательной системы ........ 132 3.7.1. Оборудование систем .................................................................................................... 133 3.7.2. Водоопреснительные установки ................................................................................ 136 Классификация опреснительных установок ..................................................................... 138 3.7.2.1. Принципиальные схемы паровой опреснительной установки .......................... 138 3.7.2.2. Типовые паровые опреснительные установки .................................................... 140 3.7.2.3. Сепарационные устройства испарителей ............................................................ 149 3.7.2.4. Накипеобразование в опреснительных установках ............................................ 150 3.7.2.5. Методы предотвращения образования накипи в испарителях и ее удаление.. 151 4 3.7.3. Техническая эксплуатация водоопреснительных установок ............................... 153 3.7.4. Вспомогательное оборудование водоопреснительных установок ....................... 156 3.8. Системы очистки и промывки энергетического оборудования........... 158 3.8.1. Системы химической очистки котлов ...................................................................... 158 3.8.2. Системы и способы очистки проточной части газотурбинных двигателей (ГТД) .. 161 3.8.3. Системы очистки дизелей ........................................................................................... 162 4. СУДОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ............................................ 164 4.1. Биологические основы консервирующего действия холода ................. 164 4.2. Классификация холодильных установок .................................................. 164 4.3. Основные параметры холодильных установок ....................................... 165 4.4. Хладагенты судовых холодильных установок ......................................... 165 4.5. Принцип действия парокомпрессорной холодильной установки........ 166 4.6. Провизионные холодильные установки.................................................... 177 4.7. Конденсаторы и регенеративные теплообменники ................................ 179 4.8. Испарители и воздухоохладители ............................................................... 182 4.9. Вспомогательные аппараты ........................................................................ 185 4.10. Назначение и классификация автоматических приборов................... 186 4.11. Эксплуатация судовых холодильных установок ................................... 195 4.12. Правила технической эксплуатации судовых холодильных установок 199 4.12.1. Общие положения ....................................................................................................... 199 4.12.2. Подготовка к пуску ..................................................................................................... 200 4.12.3. Ввод в действие ............................................................................................................ 201 4.12.4. Признаки нормальной работы ................................................................................. 202 4.12.5. Регулирование режима работ ................................................................................... 203 4.12.6. Обслуживание во время работы............................................................................... 204 4.12.7. Вывод из действия (остановка) ................................................................................ 206 4.12.8. Общие указания по техническому обслуживанию ............................................... 207 4.12.9. Удаление хладона из системы................................................................................... 207 4.12.10. Наполнение системы хладоном и дозарядка ....................................................... 208 5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ТАНКЕРОВ ............................................... 209 5.1. Грузовые и зачистные системы................................................................... 210 5.2. Газоотводные системы .................................................................................. 211 5.3. Системы мойки и вентиляции грузовых танков ..................................... 212 5.4. Системы подогрева груза ............................................................................. 213 6. ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И КОНСТРУКЦИЙ ......................................... 217 6.1. Область применения...................................................................................... 217 6.2. Нормативные ссылки .................................................................................... 217 6.3. Общие требования к системам .................................................................... 218 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 220 ГЛОССАРИЙ ......................................................................................................... 221 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................... 223 5 ВВЕДЕНИЕ Это учебное пособие предназначено для студентов и курсантов инженерных специальностей вузов и является логическим продолжением предыдущего пособия «Судовые системы и трубопроводы». При написании труда учитывалась значительно возрастающая роль систем судовых энергетических установок и их элементов в обеспечении эффективной эксплуатации судов, их усложненность на современных объектах морской инфраструктуры, приспособленность к тяжелым условиям эксплуатации. Эффективность работы морского транспорта зависит от многих факторов: объема грузопотока, степени механизации погрузочно-разгрузочных работ, мореходных качеств судов и степени их оснащенности средствами борьбы с пожарами и удаления из отсеков воды и влаги. Большую роль в обеспечении безопасности плавания, условий обитаемости, сохранности грузов и оборудования играют трубопроводные устройства, получившие название «судовые системы». Судовые системы представляют собой совокупность гидравлических и газодувных машин, трубопроводов, транспортирующих различные капельные жидкости и газы, арматуры, контрольно-измерительных приборов и приводов управления. Что же касается снабжения судовых энергетических установок топливом, водой, маслом или воздухом, то для этого предназначены особые трубопроводные устройства, получившие название судовых трубопроводов и входящие в состав систем судовых энергетических установок. Морские суда оборудуют как сложными автоматическими или полуавтоматическими судовыми системами, так и простыми трубопроводными устройствами с ручным управлением. Степень автоматизации работы систем определяется их назначением, условиями эксплуатации и экономической целесообразностью применения средств автоматики в конкретных условиях. При изучении дисциплины «Системы судовых энергетических установок» учащиеся должны получить квалифицированные знания во время лекционных, практических занятий, а также в процессе курсового проектирования. К числу первоочередных задач, касающихся дисциплины, относятся: ознакомление с судовыми системами энергетических установок на примере существующих систем механических установок, а также с автоматизированной работой их оборудования и дистанционного управления; изучение основных задач проектирования; применение современных материалов и изделий при создании систем; рассмотрение вопросов снижения экономических затрат и повышения надежности систем в эксплуатации. Судовые системы, независимо от их назначения, а также типа и особенностей эксплуатации судна, должны быть надежны в действии при возможной простоте устройства и обслуживания. Все эти аспекты нашли отражение в этой работе. Приведенные в учебном пособии материалы позволяют наглядно изучить конструкции и принципы работы систем и входящих в их состав аппаратов, механизмов и устройств, а также правила управления ими. 6 1. СУДОВЫЕ НАСОСЫ 1.1. Классификация судовых насосов Насос – это механизм, предназначенный для перемещения жидкости, преобразующий механическую энергию двигателя в энергию потока жидкости, перемещаемой по трубопроводу. Насосы классифицируются по следующим признакам: По назначению: общесудовые, энергетических установок и специальные насосы. Последние должны отвечать специальным требованиям, назначаемым в зависимости от свойств жидкости или условий работы насоса (например, насосы рулевых гидравлических приводов). По принципу действия (созданию напора) и конструктивным особенностям насосы подразделяются на объемные (или вытеснения), лопастные и струйные. К объемным относятся насосы поршневые и роторные (шестеренные, винтовые, пластинчатые, водокольцевые). Принцип действия объемных насосов основан на принудительном выталкивании определенного объема жидкости из замкнутой камеры. У лопастных насосов основным узлом является рабочее колесо с лопастями. Их принцип действия основан на силовом взаимодействии лопастей с потоком жидкости. В зависимости от формы рабочих колес и характера протекания в них жидкости, лопастные насосы в свою очередь подразделяются на центробежные, осевые (пропеллерные) и вихревые. К струйным насосам относятся эжекторы и инжекторы. Для перекачивания жидкости в них используется кинетическая энергия подведенного потока рабочей жидкости, пара или газа. По роду привода различают насосы: с электроприводом, с паровым приводом, с приводом от двигателя внутреннего сгорания, гидроприводом и с ручным приводом. Эти насосы могут быть навешенными и являются частью этих установок или устанавливаются самостоятельно. Насосы обеспечивают нормальный эксплуатационный режим обслуживаемой установки или вспомогательного механизма путем своевременной подачи, например, смазывающей или охлаждающей жидкости в определенном количестве и с заданным давлением или жидкости для гидравлического исполнительного механизма. Насосы специальных систем представляют собой исполнительные механизмы креновой, дифферентной, грузовой, зачистной и других систем на специализированных судах (ледоколах, танкерах, траулерах, земснарядах, грунтовозных шаландах и спасательных судах). Общесудовые насосы выполняют функции, связанные с назначением той судовой системы, составной частью которой они являются, и в свою очередь делятся на трюмные (балластные, осушительные), санитарные (насосы пресной и забортной воды, а также сточных вод) и пожарные. Для перемещения воздуха и газов предназначены компрессоры, воздуходувки и вентиляторы. 1.2. Судовая насосная установка и основные параметры, характеризующие работу насоса Вычисленные в результате гидравлического расчета судовой системы величины расхода жидкости Qc и требуемого напора Hс являются основными параметрами для выбора насоса, компрессора или вентилятора, обеспечивающих заданный режим работы. Чтобы судить о пригодности гидравлической машины для работы в данной системе, необходимо знать ее основные параметры. Разъяснение основных параметров насоса произведем на схеме насосной установки топливной системы (рис. 1). 7 Дежурный топливный насос 3 перекачивает топливо по подводящему трубопроводу 2 и нагнетательному 4 через фильтр 5 из расходной цистерны 1 в дежурные баки 6. Из баков топливо самотеком поступает к топливным насосам высокого давления двигателя внутреннего сгорания. Система снабжается подогревателем топлива, фильтрами грубой и тонкой очистки и расходомером. Основными параметрами, характеризующими работу насоса, являются: подача (производительность), напор, мощность, коэффициент полезного действия (КПД), высота всасывания и число оборотов. Подачей (производительностью) насоса называется количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени в нагнетательный трубопровод. Количество подаваемой насосом жидкости измеряется в единицах объема и в единицах веса. Объемная производительность насоса Q измеряется в м3/час, м3/сек, л/мин. Весовая производительность насоса G измеряется в т/час, кг/час, кг/сек. Весовая производительность равна объемной, умноженной на удельный вес жидкости: G = Q · γ. Напором насоса Н называется приращение энергии 1 кг жидкости при прохождении ее через насос или разность удельных энергий жидкости при выходе и входе ее в насос. Напор измеряется в кгм/кг или сокращенно в метрах (как это определено при гидравлических расчетах систем). Мощность и коэффициент полезного действия насоса. Энергия, получаемая насосом от двигателя в единицу времени, представляет собой потребляемую насосом мощность или мощность на валу Рис. 1. Схема топливной системы. насоса N. Часть этой энергии рассеивается в насосе в виде потерь на перетекание в зазорах и трение. Если вычесть из потребляемой насосом мощности N мощность всех потерь в насосе 𝑁нас , то получим полезную мощность насоса 𝑁п = 𝑁 – 𝑁нас . Полезная мощность насоса 𝑁п представляет собой приращение энергии жидкости в насосе в единицу времени: Nп = 𝐺𝐻 = γ𝑄𝐻 кгм/сек = где γ𝑄𝐻 γ𝑄𝐻 л. с. = кВт, 75 102 G измерена в кг/сек; 𝑄 – в м3/сек; γ – в кг/м3; Н – в кгм/кг. Полезную мощность вентилятора можно определить по уравнению: 𝑁п = 𝑄∆𝑝 кгм/сек = 𝑄∆𝑝 𝑄∆𝑝 л. с. = кВт. 75 102 Потери энергии в насосе характеризуются коэффициентом полезного действия (КПД) насоса η, который равняется отношению полезной мощности 𝑁п к потребляемой насосом мощности N: η= 𝑁п . 𝑁 8 Отсюда потребляемая насосом мощность: 𝑁= 𝑁п γ𝑄𝐻 γ𝑄𝐻 = кгм/сек = л. с. η η 75η Если насос перекачивает воду с удельным весом 𝑦в = 1000 кг/м3 и производительность насоса измеряется в м3/час, то уравнение для потребляемой насосом мощности будет иметь следующий вид: 𝑁= 1000𝑄𝐻 𝑄𝐻 𝑄𝐻 = л. с. = кВт. 75 · 3600 · η 270η 362,2η Все потери энергии в насосе делятся на гидравлические, объемные и механические и характеризуются соответствующим КПД насоса. Гидравлический КПД ηг . Часть энергии, сообщаемой жидкости в насосе, расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений каналов насоса. Если обозначить энергию, сообщаемую 1 кг жидкости в насосе, через 𝐻т , а энергию, теряемую 1 кг жидкости на гидравлические сопротивления в насосе, через ℎнас , то получим: 𝐻т = 𝐻 + ℎнас . Величина 𝐻т называется теоретическим напором насоса. Гидравлические потери в насосе учитываются гидравлическим КПД ηг. Он равен отношению полезной мощности насоса 𝑁п к сумме полезной мощности и мощности гидравлических потерь 𝑁гп = γ 𝑄 hнас: ηг = 𝑁п γ𝑄ℎ 𝐻 = = . 𝑁п + 𝑁гп γ𝑄ℎ + γ𝑄ℎнас 𝐻 + ℎнас Или ηг = 𝐻 𝐻𝑇 + ℎнас ℎнас = =1− . 𝐻𝑇 𝐻𝑇 𝐻𝑇 Объемный КПД η0 . Часть жидкости из камеры нагнетания насоса направляется не в нагнетательный трубопровод, а возвращается через зазоры в уплотнениях внутри насоса в приемную камеру или вытекает через зазоры сальников из корпуса насоса наружу. Энергия, сообщенная этой жидкости, является потерянной и представляет собой объемные потери в насосе. Мощность приемных потерь в насосе определяется по уравнению: 𝑁0 = γ𝑞1 𝐻𝑞1 + γ𝑞2 𝐻𝑞2 +. . . +γ𝑞𝑛 𝐻𝑞𝑛 = ∑γ𝑞𝑖 𝐻𝑞𝑖 , где γ – удельный вес жидкости; 𝑞𝑖 – утечка жидкости; 𝐻𝑞𝑖 – энергия, теряемая 1 кг жидкости с утечками. Объемные потери в насосе учитываются объемным КПД η0 . Объемный КПД: η0 = 𝑁г + 𝑁0 𝑁0 =1− , 𝑁г 𝑁г 𝑁г – гидравлическая мощность насоса. Гидравлическая мощность насоса представляет собой энергию, передаваемую жидкости в насосе в единицу времени: где 𝑁г = 𝑁п + 𝑁гп + 𝑁0 = γ𝑄𝐻 + γ𝑄ℎнас + ∑γ𝑞𝑖 𝐻𝑞𝑖 = γ𝑄𝐻𝑇 + ∑γ𝑞𝑖 𝐻𝑞𝑖 , 9 поэтому η0 = γ𝑄𝐻𝑇 = γ𝑄𝐻𝑇 + ∑γ𝑞𝑖 𝐻𝑞𝑖 𝑄 . ∑𝑞𝑖 𝐻𝑞𝑖 𝑄+ 𝐻 𝑇 Если в насосе 𝐻𝑞1 = 𝐻𝑞2 =. . . = 𝐻𝑇 и ∑𝑞𝑖 = 𝑞, то объемный КПД насоса: η0 = 𝑄 , 𝑄+𝑞 q = ∑𝑞𝑖 = 𝑞1 + 𝑞2 + 𝑞3 +. . . +𝑞𝑛 – сумма утечек жидкости в насосе. Утечки жидкости через сальники насоса составляют незначительную величину, и ими можно пренебречь. Механический КПД ηм . Энергия 𝑁м , затрачиваемая на преодоление механического трения в насосе (в подшипниках, сальниках и других уплотнениях), является потерянной и представляет механические потери в насосе. Механические потери в насосе учитываются механическим КПД ɳм . Он равен отношению гидравлической мощности 𝑁г насоса к потребляемой насосом мощности N: где ηм = 𝑁г 𝑁 − 𝑁м 𝑁м = = 1− , 𝑁 𝑁 𝑁 𝑁м – мощность механических потерь; 𝑁г = 𝑁 − 𝑁м – гидравлическая мощность насоса. Выразим КПД насоса η через гидравлический, объемный и механический КПД. Для этого преобразуем уравнение КПД насоса. Так как 𝑁п + 𝑁гп = 𝑁г − 𝑁0 , то: где η= 𝑁п 𝑁г − 𝑁0 𝑁г · · = ηг ηо ηм . 𝑁п + 𝑁гп 𝑁г 𝑁 КПД насоса η равен произведению гидравлического, объемного и механического КПД. Характеристика насосной установки (системы). Напор насосной установки. Насос сообщает жидкости энергию, необходимую для перемещения ее по трубопроводам системы. Для перемещения жидкости из приемного резервуара насосной установки 1 в напорный резервуар (рис. 1) в общем случае требуется преодолеть разность давлений 𝑝к − 𝑝а на свободную поверхность жидкости в резервуарах, поднять жидкость от уровня в приемном резервуаре до уровня в напорном резервуаре на высоту 𝑍к − 𝑍а , преодолеть гидравлические сопротивления подводящего ℎтп и нагнетательного ℎтн трубопроводов. Энергия, необходимая для перемещения 1 кг жидкости из приемного резервуара в напорный, называется напором насосной установки 𝐻у и находится по уравнению: 𝐻у = 𝑝к — 𝑝а ʋ2н − ʋ2в + 𝑍к − 𝑍а + + ℎтп + ℎтн , γ 2𝑔 𝑝а и 𝑝к – давления над уровнем жидкости в приемном и напорном резервуарах; 𝑍к и 𝑍а – расстояния от плоскости сравнения до уровня жидкости в резервуарах; ʋн и ʋв – скорости жидкости на выходе и на входе в насос; ℎтп и ℎтн – гидравлические потери в подводящем и нагнетательном трубопроводах. В зависимости от назначения насосной установки в выражении для 𝐻у могут отсутствовать отдельные его составляющие. В топливной системе, изображенной на рисунке 1, давление в цистернах равняется атмосферному, т. е. 𝑝к = 𝑝а и, следовательно, 𝑝к − 𝑝а = 0. Поэтому напор насосной установгде 10 ки 𝐻у определяется высотой подъема жидкости 𝑍к − 𝑍а и гидравлическими сопротивлениями подводящего ℎтп и нагнетательного ℎтн трубопроводов: 𝐻у = 𝑍к − 𝑍а + ℎтп + ℎтн Характеристика насосной установки. Напор насосной установки можно разделить на статический: 𝑝к − 𝑝а 𝐻у.ст = + 𝑍к − 𝑍а , γ и динамический: 𝐻у.дин = ʋ2н − ʋ2в + ℎтп + ℎтн . 2𝑔 Давление в приемном 𝑝а и напорном 𝑝к резервуарах, а также положение уровня жидкости в этих резервуарах (𝑍к и 𝑍а ) обычно не зависят от расхода жидкости 𝑄𝑦 в установке. Поэтому статический напор насосной установки 𝐻у.ст остается постоянным при изменении 𝑄y . Гидравлические потери насосной установки ℎт = ℎтп + ℎтн изменяются пропорционально квадрату скорости движения жидкости или пропорционально квадрату расхода жидкости в насосной установке. Поэтому динамический напор насосной установки 𝐻у.дин будет изменяться также пропорционально квадрату расхода жидкости 𝑄𝑦 в насосной установке: 𝐻у.дин = 𝑎𝑄𝑦2, 𝑎 – коэффициент пропорциональности, зависящий от устройства системы. Графическое изображение зависимости напора насосной установки 𝐻у от расхода жидкости в установке 𝑄𝑦 называется характеристикой насосной установки или системы (рис. 2): 𝑝к — 𝑝а 𝐻у = + 𝑍к − 𝑍а + 𝑎𝑄y2 . где γ Определение рабочего режима насоса. Под рабочим режимом насоса понимается установившийся режим работы насоса в данной системе. Установившийся режим характеризуется материальным и энергетическим балансом насосной установки. Материальный баланс насосной установки заключается в равенстве весовой подачи насоса 𝐺 расходу жидкости в насосной установке (системе) 𝐺𝑦 : 𝐺 = 𝐺y . Если удельный вес жидкости при ее движении в насосной установке не изменяется, то уравнение материального баланса насосной установки можно привести к виду: Рис. 2. Характеристика насосной установки (системы). Рис. 3. К определению рабочего режима насоса. 11 Энергетический баланс насосной установки заключается в равенстве энергии 𝐺𝐻, сообщаемой жидкости в насосе, энергии 𝐺𝑦 𝐻𝑦 , необходимой жидкости для движения по трубопроводам системы. Для определения рабочего режима насоса необходимо совместить на одном чертеже характеристику системы 𝐻𝑦 = 𝑓(𝑄𝑦 ) и характеристику насоса 𝐻 = 𝑓(𝑄) (рис. 3). Точка А пересечения характеристик насоса и установки определит рабочий режим насоса, так как в этой точке выполняется материальный и энергетический баланс установки. Точка А называется рабочей точкой. Изменение характеристики насосной установки 𝐻𝑦 = 𝑓(𝑄𝑦 ) вызовет перемещения точки А по характеристике насоса и, следовательно, изменение режима работы насоса (на рисунке это пунктирные линии). Параметры, соответствующие рабочему режиму насоса, называются рабочими параметрами насоса. Рабочие параметры насоса, на которые рассчитывается насос, называются расчетными, или спецификационными, а режим работы насоса – расчетным, или спецификационным. Обычно расчетному режиму работы насоса соответствует наибольший КПД. При расчете, на входе и выходе из насоса, определялся напор нагнетания, напор всасывания, как это указывалось ранее при гидравлических расчетах систем. Напор в приемном патрубке насоса может быть разным, в зависимости от уровня принимаемой жидкости. Для определения этого напора используем уравнение Бернулли: 𝑃0 𝑃в 𝑉в2 = 𝑍в + + + ℎв , 𝜌𝑔 𝜌𝑔 2𝑔 откуда напор всасывания: 𝑃в 𝑃0 𝑉в2 = − (𝑍в + + ℎв ). 𝜌𝑔 𝜌𝑔 2𝑔 Таким образом, при расположении насоса выше уровня всасываемой жидкости во всасывающем патрубке насоса образуется разрежение (вакуум); оно тем больше, чем выше расположен насос, чем больше скорости движения жидкости и гидравлические потери в патрубке. 𝑃0 – давление над уровнем всасываемой жидкости; 𝑉в – скорость воды во всасывающем патрубке; ℎв – потери напора во всасывающем трубопроводе; 𝑍в – геометрическая высота всасывания, то есть расстояние по вертикали от уровня жидкости в приемном резервуаре: у горизонтального насоса: до его оси; у вертикального насоса со спиральным отводом: до горизонтальной оси спирального отвода; у вертикального насоса с направляющим аппаратом: до середины входных кромок лопастей рабочего колеса. Условие всасывания насоса, расположенного выше уровня всасываемой жидкости 𝑍в < 10 м, так как атмосферному напору соответствует высота столба воды 10 м, а часть этого давления тратится на преодоление сопротивления трубопровода и скоростной напор, которые создают вакуум. 𝑉2 в Поэтому сумма 𝑍в + 2𝑔 + ℎв = 𝑍вак называют вакуумметрической высотой всасыва- ния насоса. Действительная высота всасывания, наибольшая у объемных насосов, – до 7 метров. Наименьшей высотой всасывания обладают центробежные насосы – до 4 метров. Поэтому их 12 комплектуют с объемными насосами (водокольцевой, вихревой, шестеренный), чтобы обеспечить самовсасывание. Понятие «вакуумметрическая высота» всасывания используется при обработке результатов испытаний насоса на кавитацию, характерную для лопастных насосов. Под кавитацией понимается процесс вскипания жидкости с последующей конденсацией образовавшихся паров при перемещении их из области минимального давления в область повышенного давления. К примеру, на крылатке центробежного насоса пузырьки с парами жидкости, образующиеся у входящей кромки лопасти, все время смываются движущимся потоком жидкости и переносятся к выходной кромке лопасти в область повышенного давления. Здесь пар конденсируется, и жидкость, окружающая пузырек, устремляется с большим ускорением в пространство, ранее занимаемое паром. В центре пузырька частицы жидкости сталкиваются и останавливаются. При этом кинетическая энергия частиц жидкости преобразуется в потенциальную энергию давления. Конденсация пара завершается гидравлическим ударом и резким повышением местного давления на несколько сотен атмосфер. Образование и уничтожение пузырьков пара происходит вблизи или на поверхности проточных каналов насоса. В местах конденсации пара его поверхность подвергается сильным местным гидравлическим ударам, которые повторяются с большой частотой и приводят к механическому разрушению материала. Появляется шум и вибрация насоса. Подача и КПД насоса значительно снижаются. В областях пониженного давления помимо паров из жидкости выделяются растворенные в ней газы и воздух. Поверхности насоса подвергаются эрозии и коррозии. При падении давления на входе в насос область кавитации расширяется и охватывает значительную часть задней стороны лопасти; образуются крупные парогазовые полости. Поэтому при работе насоса с подсосом во всасывающем трубопроводе может возникнуть явление вскипания жидкости, если абсолютное давление разрежения окажется меньше давления насыщения при температуре перекачиваемой жидкости. Следствием этого будет образование паровых пузырей в потоке, нарушение сплошности потока и, как результат, – срыв подачи насоса. Если обозначить напор насыщенного пара при температуре всасываемой жидкости 𝑃нп , то уравнение напора всасывания примет вид: 𝜌𝑔 𝑃в 𝑃0 𝑉в2 𝑃нп = − (𝑍в + + ℎв ) − . 𝜌𝑔 𝜌𝑔 2𝑔 𝜌𝑔 При расположении насоса ниже уровня всасывания жидкости насос работает с подпором. В этом случае: 𝑃в 𝑃0 𝑉в2 𝑃нп = + 𝑍п − ( + ℎв + ), 𝜌𝑔 𝜌𝑔 2𝑔 𝜌𝑔 где все величины приняты как в предыдущих формулах, кроме 𝑍п , которая является высотой от уровня в приемном резервуаре до оси горизонтального насоса, оси выходного патрубка вертикального насоса или до середины входных кромок лопастей рабочего колеса вертикального насоса с направляющим аппаратом. Из выражения видно, что условия всасывания жидкости при работе насоса с подпором более благоприятны, чем при работе с подсосом, так как высота Zп увеличивает напор всасывания. Напор нагнетания. Напор в нагнетательном патрубке насоса: 𝑃н 𝑉н2 = 𝑃к + 𝑍н + + ℎн , 𝜌𝑔 2𝑔 где 𝑃к – давление в наполняемом резервуаре, перед гидроприводом или в пожарной системе; 13 𝑍н – геометрическая высота нагнетания, измеряется от нагнетательного патрубка насоса до уровня поверхности жидкости в напорном резервуаре; 𝑉н2 2𝑔 – скоростной напор в нагнетательном трубопроводе; ℎн – потери напора в нагнетательном трубопроводе. 1.3. Поршневые насосы Поршневые насосы относятся к объемным, или насосам вытеснения. Оба эти названия определяют их принцип действия. По конструкции поршней – к дисковым, дифференциальным и плунжерным (в насосах, создающих давление до нескольких десятков мегапаскалей (МПа). В свою очередь поршневые насосы можно классифицировать по следующим основным признакам. По числу рабочих полостей цилиндра: насос одностороннего действия (рис. 4 а), в котором жидкость всасывается и нагнетается в полости с одной стороны поршня (в основном это плунжерные насосы); насос двустороннего действия (рис. 4 б), в котором жидкость всасывается и нагнетается в полостях с обеих сторон поршня (дисковые насосы). а б в г д е Рис. 4: а – схема работы насоса одностороннего действия; б – схема работы насоса двустороннего действия; в – насос двойного действия; г – насос тройного действия; д – насос четверного действия; е – схема насоса прямодействующего типа. 14 По кратности действия, т. е. по числу объемов цилиндра, подаваемых за двойной ход поршня, насосы подразделяются на насосы простого, двойного и многократного действия (в последнем случае насос представляет собой блок из нескольких цилиндров), имеющих общие всасывающий и нагнетательный трубопровод (рис. 4 в, 4 г, 4 д). По способу соединения с двигателем различают насосы с кривошипно-шатунным механизмом: приводные (рис. 4 а), и прямодействующие (рис. 4 е). 1.3.1. Принцип действия поршневых насосов с дисковыми поршнями Насос с дисковым поршнем одностороннего действия. Рассматривая схему работы насоса (рис. 5 а), мы видим, что при движении поршня 2 вверх в цилиндре 1 создается разреженное пространство, и давление в цилиндре становится ниже атмосферного. Открывается всасывающий клапан 4, и перекачиваемая среда поступает в полость цилиндра. При движении поршня вниз под давлением, создаваемым поршнем, всасывающий клапан 4 закрывается, и открывается нагнетательный клапан 3, происходит вытеснение перекачиваемой среды из полости цилиндра. а б Рис. 5 а. Схема работы насоса одностороннего действия. Рис. 5 б. Схема работы насоса двустороннего действия. Насос с дисковым поршнем двустороннего многократного действия (рис. 5 б). При движении поршня вправо в полости а цилиндра создается разреженное пространство, происходит открытие всасывающего клапана 2, среда поступает в полость а цилиндра. При движении поршня влево в полости а создается давление, клапан 2 закрывается, а нагнетательный клапан 3 открывается. Происходит вытеснение среды. Одновременно открывается всасывающий клапан 6, и заполняется полость цилиндра в. При движении поршня вправо происходит закрытие клапана 6, открытие нагнетательного клапана 7 и всасывающего клапана 2. Цикл повторяется. Таким образом, мы приближаемся к сплошности потока перекачиваемой среды. Но в насосах двустороннего действия объемы перекачиваемой среды в одной и другой полостях цилиндра отличаются. В данном примере объем полости цилиндра в меньше объема полости а за вычетом объема штока поршня. Подача (в м3/ч) насосов одинарного действия (кроме дифференциальных) может быть определена по формуле: Q = η 0 · 𝐹 · S / п · 60, где η0 – коэффициент подачи (учитывает потери из-за протечек и неполноты наполнения); F – площадь поршня, м2; S – ход поршня, м; 15 п – частота вращения в минуту; 60 – коэффициент, позволяющий определить подачу в час. Конструкция насосов с дифференциальным поршнем (рис. 6). Конструкция насосов с дифференциальным поршнем зависит от их назначения. На рисунке 6 изображена схема насоса, у которого подача среды происходит при движении поршня как вниз, так и вверх. При движении поршня вверх в результате разрежения в цилиндре открывается клапан 3, и среда заполняет пространство в цилиндре, равное по объему произведению площади поршня на пройденный им ход (от одного крайнего положения до другого, т. е. FS). При движении поршня вниз под действием повышающегося давления среды под поршнем клапан 2 открывается, и среда перетекает в верхнюю полость насоса. Так как объем верхней полости насоса наполовину занят объемом толстого штока, часть жидкости подается через клапан 1 в нагнетательный трубопровод в количестве V1 = = fшт × S, где fшт – площадь поперечного сечения штока (м2), S – ход поршня (м). При последующем движении поршня вверх давление среды повышается, клапан 2 закрывается, и среда, оставшаяся над поршнем, подается через клапан 1 в нагнетательный трубопровод; при этом объем вытесняемой жидкости: Рис. 6. Схема насоса с дифференциальным поршнем. V 2 = (F − f шт ) S, F – площадь поперечного сечения поршня (м2). Таким образом, общий объем жидкости, поданной насосом с дифференциальным поршнем, за два хода поршня составит где V = V1 + V2 = S fшт + (F − fшт) S = S fшт + FS − S fшт = FS. Из этой формулы видно, что подача насоса с дифференциальным поршнем равна подаче насоса одинарного действия, но движение потока приближается к режиму ламинарного движения (неразрывности). Такие насосы обычно применяются в нагнетательных трубопроводах значительной длины. Для получения более равномерной подачи на судах широко применяются насосы: двойного действия: они могут состоять из двух насосов одинарного действия; тройного действия: представляют собой комбинацию одноцилиндровых насосов одинарного действия; четверного действия: состоят из двух одноцилиндровых насосов двойного действия или четырех одноцилиндровых насосов одинарного действия. Необходимо учитывать и тот фактор, что особенностью работы поршневых насосов с приводом от кривошипно-шатунного механизма является неравномерность их подачи по ходу поршня, что объясняется неравномерным движением поршня в цилиндре. Действительно, в общем случае, в любой момент времени подача насоса в м3/с составляет: Q = С F, где С – мгновенная скорость поршня (м/с), F – площадь поршня (м2). 16 В свою очередь, мгновенная скорость поршня С = r ω sinφ, * где r – радиус кривошипа; ω – угловая скорость вращения кривошипа; φ – угол поворота кривошипа. * Из формулы видно, что при равномерном вращении коленчатого вала скорость поршня изменяется по синусоиде (в крайних положениях скорость поршня равна нулю, а в средней части хода наибольшая). Поэтому подача насоса также изменяется по синусоиде. Отношение наибольшей мгновенной подачи qmax к средней подаче qср или отношение наибольшей скорости поршня Сmax к средней Сср называется степенью неравномерности подачи δ, т. е. δ = qmax/qср = Сmax/Сср. Для насосов простого действия δ = 3,14, а для насосов двойного действия δ = 1,57. Таким образом, наибольшая подача больше средней подачи у насосов простого действия в 3,14 раза, а двойного действия в 1,57 раза. У прямодействующих насосов скорость поршня в течение хода изменяется незначительно, поэтому δ = 1, т. е. насос подает жидкость почти без пульсаций давления. Прямодействующие насосы (рис. 7) получили большое распространение на судах благодаря простоте конструкции, надежности в работе и большому коэффициенту подачи, доходящему в отдельных случаях до величины, близкой к единице. Прямодействующие насосы изготавливаются как горизонтальные, так и вертикальные с одинарными и спаренными цилиндрами. Конструктивно эти насосы состоят из паровых цилиндров 1, золотниковых коробок 2, золотника 3 и зеркала золотниковой коробки (золотник является парораспределительным механизмом), поршней 5 жидкостных цилиндров, которые соединены общим штоком с паровыми поршнями. К таким насосам относятся прямодействующие паровые двухцилиндровые насосы типа «Вортингтон». Рис. 7. Схема На рисунке 8 изображена схема вертикального прямодействующего насоса. плунжерного (скальчатого) наcoca простого действия. Жидкость через отверстие 2 всасывающего патрубка поступает во всасывающий колпак 3. При движении плунжера 1 вверх жидкость из колпака 3 через всасывающий клапан 4 и клапанную коробку 5 поступает в цилиндр 6. Рис. 8. Схема плунжерного насоса с общей клапанной коробкой. Рис. 9. Схема плунжерного насоса с отдельными клапанами. 17 При движении плунжера 1 вниз, жидкость из цилиндра 6 будет вытесняться в клапанную коробку 5, а отсюда через нагнетательный клапан 10 и нагнетательный воздушный колпак 7 в нагнетательный трубопровод 8. Место выхода плунжера из цилиндра уплотняется сальником 9. На рисунке 9 изображен вертикальный плунжерный (скальчатый) насос простого действия с самостоятельными клапанными коробками всасывающего 1 и нагнетательного 2 клапанов, расположенными по обе стороны цилиндра 3. Такое расположение, кроме увеличения гидравлических потерь вследствие удлинения пути жидкости от всасывающего до нагнетательного клапана, увеличивает габаритные размеры насоса. Роль воздушных колпаков на нагнетательных трубопроводах – обеспечивать практически необходимую равномерность подачи за счет амортизирующего действия сжимаемого в них воздуха. 1.3.2. Конструкции поршневых насосов Поршневой насос типа ЭНП (рис. 10). Этот насос используется на морских судах для перекачки воды и нефтепродуктов. Насос двухцилиндровый с электроприводом, каждый цилиндр двойного действия. Насос расположен на двойной раме, верхняя 6 и нижняя 1 части соединены стойками. Цилиндр 2 со сменными втулками 3 образуют блок. Четыре всасывающих клапана 12 и четыре нагнетательных 11 (по паре для каждой рабочей полости цилиндра) размещены в коробке, являющейся частью блока цилиндров. Рис. 10. Поршневой электронасос типа ЭНП. 18 На чертеже показана пара клапанов верхней полости цилиндра. У насосов для перекачивания нефтепродуктов применяются чугунные поршни 13 с текстолитовыми уплотнительными кольцами, а для перекачивания воды – латунные поршни с эбонитовыми кольцами. Шатун 8 шарнирно соединен с ползуном 9, который движется по параллели 7 и крепится клином 10 со штоком 4. На чертеже виден воздушный колпак 5 всасывающего трубопровода и уплотнение штока. Подача насосов ЭНП составляет Q = 30–50 м3/ч при напоре нагнетания Н = 50 м. Прямодействующий поршневой насос типа «Вортингтон» (рис. 11). Насос состоит из паровой и гидравлической частей. Гидравлический 16 и паровой 17 поршни цилиндров закреплены на одном штоке. Каждая полость гидравлического цилиндра имеет по одному всасывающему и нагнетательному клапану. Все восемь клапанов 13 размещены в общей клапанной коробке: всасывающие в нижнем ряду, нагнетательные в верхнем. Пар по полостям цилиндра 18 распределяется золотником 19, который может быть плоским или цилиндрическим. Золотник приводится в движение поршневым штоком через систему рычагов 7, 8, 9 и обеспечивает поочередный впуск пара в левую и правую рабочие полости цилиндра. Паровой цилиндр и золотниковая коробка имеют тепловую изоляцию. На штуцер золотниковой коробки устанавливается масленка с маслом, подача которого в цилиндр (вместе с паром) регулируется краником. Рис. 11. Прямодействующий поршневой насос типа «Вортингтон». Устройство парораспределения видно из схемы (рис. 12). Рычаг первого рода 7, опираясь на шарнир 8, приводит в движение от штока поршня цилиндра I золотник цилиндра II, а рычаг второго рода 6, опираясь на шарнир 5, приводит в движение от штока поршня II золотник цилиндра I. Для непрерывности процессов парораспределения поршни в цилиндрах I и II смещены на полхода относительно друг друга, на полхода смещены также золотник и поршень одного и того же цилиндра. 19 Сдвоенный горизонтальный прямодействующий насос для перекачивания горячих жидкостей. На рисунке 11 приведен сдвоенный горизонтальный прямодействующий насос 4-ПТ для перекачивания горячих нефтепродуктов. Охлаждающая вода в сальник подводится через фланец 1 и отводится через фланец 2. Для увеличения поверхности охлаждения корпус сальника снабжен ребрами 3. Смазка сальника осуществляется через штуцер 4, а просочившиеся через набивки нефтепродукты отводятся через фонарь 5 и трубку 6. Автоматическая масленка 14 приводится в действие от соединительной муфты штоков поршней при помощи рычагов 7, 8 и 9. Крайнее положение поршней – 15. Свежий пар подводится к фланцу 10 парового цилиндра, а отработавший отводится через фланец 11. Перекачиваемая жидкость подводится к фланцу 12 жидкостного цилиндра и, пройдя цилиндр, нагнетается через фланец 20. Рис. 12. Схема парораспределения по цилиндрам прямодействующего насоса. Насос имеет следующие основные данные: Подача при минимальном числе ходов в минуту…………….13,5 м3/час Подача при максимальном числе ходов в минуту……………34 м3/час Число двойных ходов в минуту………………………………..25 Температура перекачиваемой жидкости…………………….. до 350 °С Диаметр парового цилиндра…………………………………...350 мм Диаметр жидкостного цилиндра……………………………….150 мм Ход поршней…………………………………………………….350 мм Давление свежего пара в золотниковой коробке……………..8,5 ати Требуемая высота подпора……………………………………..3 м Максимальное давление, создаваемое насосом……....………34 ати Вес насоса………………………………………………………..3,5 т 1.3.3. Ручные поршневые насосы Вертикальный насос простого действия. На рисунке 13 приведен вертикальный насос простого действия с дифференциальным поршнем. От рукоятки 1, имеющей ось вращения 2, закрепленную в корпусе кронштейна цилиндра 6, через звено 3 приводится в движение дифференциальный проходной поршень насоса. Звено 3 при помощи своих осей крепится к рукоятке 1 и верхней крышке поршня 4, закрепленной в теле поршня 14 при помощи резьбы. В нижней полости поршня установлен шаровой клапан 10, нагруженный пружиной 12. Нижняя часть поршня уплотнена манжетным уплотнением 7, а верхняя – таким же уплотнением 5. Полости клапанной коробки шарового клапана соединены горизонтальными каналами 13 с нагнетательной полостью цилиндра. При ходе поршня вверх жидкость из всасывающего трубопровода по каналу 11, открыв всасывающий клапан 8, нагруженный пружиной, поступит в нижнюю полость цилиндра. Из верхней полости в это время будет происходить нагнетание через канал 9. При ходе поршня вниз жидкость из нижней полости цилиндра поступит в верхнюю полость и частично в нагнетательный трубопровод по каналу 9. 20 Рис. 13. Ручной насос простого действия. Рис. 14. Ручной вертикальный двухцилиндровый насос. На рисунке 14 изображен вертикальный насос двойного действия. В корпусе 6 цилиндров помещены клапанные коробки с шаровыми нагнетательными 4 и тарельчатыми всасывающими 3 клапанами. В корпусе 6 цилиндров помещены два поршня с уплотнением из резиновых колец. Поршни приводятся в движение шатунами 7 от коромысла 8, снабженного рукояткой 9. При качательном движении рукоятки коромысло, поворачиваясь вокруг оси 10, будет приводить поршни в возвратно-поступательное движение. Насос всасывает жидкость по каналу 1 и нагнетает по каналу 2. Основные детали насосов изготовляются из машиноподелочных сталей и обычных литейных чугунов. Детали, соприкасающиеся с морской водой, обычно изготовляются из бронзы. Для штоков, шатунов, тяг, крепежных болтов, гаек, шпонок и других мелких деталей используют стали с содержанием углерода от 0,35 до 0,45 %. Детали, к материалу которых не предъявляется высоких требований в отношении механической прочности и плотности, отливаются из чугуна СЧ 12 и СЧ 16 по ГОСТ 1412-85. Детали насосов, находящиеся под давлением, как, например, корпуса насосов, цилиндры, патрубки, клапанные коробки, поршни – отливаются из чугуна СЧ 28 по ГОСТ 1412-85. Ответственные детали насосов высокого давления отливаются также из стали с содержанием углерода 0,3–0,4 %. Поверхности, подвергающиеся износу, изготовляются из бронзы или покрываются баббитом. Для изготовления уплотнений поршней и сальников применяются чугун, сталь, бронза, пластмассы, кожа, резина и прорезиненные ткани, в зависимости от свойств перекачиваемой жидкости. Клапаны изготовляются из бронзы, нержавеющей стали, кожи, резины и прорезиненных тканей, в зависимости от температуры перекачиваемой жидкости и ее химического и механического состава. 21 1.3.4. Клапанные коробки поршневых насосов На рисунке 15 дана принципиальная схема клапанной коробки насоса двойного действия. Клапанная коробка 1 разделена перегородками 2, 3 и 4 на четыре камеры 5, 6, 7 и 8. В нижнюю камеру подводится перекачиваемая жидкость из всасывающего трубопровода и поступает к всасывающим клапанам 9 и 10 нижней и верхней полостей цилиндра. При движении поршня, как указано на рисунке стрелкой, жидкость, пройдя всасывающий клапан 9, поступает в камеру 6, а отсюда в нижнюю полость 12 цилиндра 13. Рис. 15. Схема клапанной В это время из верхней полости 14 цилиндра жидкоробки насоса двойного кость будет поступать через нагнетательный клапан 15 в действия. верхнюю полость I клапанной коробки 1 и оттуда в нагнетательную трубу через патрубок 16. При ходе поршня вниз жидкость, поступившая за предыдущий ход по патрубку 17 в нижнюю полость 12 цилиндра 13 будет по этому же патрубку подведена в камеру 6 и, пройдя нагнетательный клапан 18, поступит в камеру 8, а оттуда в нагнетательный трубопровод. Во время этого хода через клапан 10, камеру 7 и патрубок 19 жидкость будет засасываться в верхнюю полость 14 цилиндра 13. В это же время в камеру 5 будет подсасываться воздух через клапан 20. Чертеж половины клапанной коробки приведен на рисунке 16. В клапанной коробке расположены один над другим пластинчатые всасывающие 4 и нагнетательные 5 клапаны, Рис. 16. Чертеж расположения клапанов в коробке. сидящие на направляющих шпильках 10, ввернутых в седла 6 клапанов. Клапаны нагружены пружинами, расположенными между клапанами и отбойниками 9, служащими для упора пружины и ограничения подъема клапанов. Седла 6 клапанов запрессованы в свои гнезда в клапанной коробке. Отбойники закреплены при помощи траверзы 12, упирающейся в корпус клапанной коробки, гайки 13 и шпильки 11, снабженной резьбой и квадратной головкой. Перекачиваемая жидкость подводится к клапану 4 из камеры 1, а отводится от нагнетательного клапана 5 через патрубок 2. К недостаткам этой клапанной коробки следует отнести невозможность регулирования натяжения пружин всасывающих клапанов и необходимость снятия нагнетательных клапанов при осмотре всасывающих. 1.3.5. Предохранительные клапаны На рисунках 17 и 18 изображены наиболее типичные конструкции предохранительных клапанов. Рассмотрим конструкцию и действие клапана, приведенного на рисунке 17. В приливе 22 литого корпуса 1 предохранительного клапана помещен разгрузочный поршень 2 с лабиринтным уплотнением. К поршню 2 на резьбе крепится штуцер 5, сквозь его отверстие с зазором по окружности проходит шпиндель 3 тарелки клапана, на нижний конец которого на резьбе насажена гайка 4. На средней (утолщенной) части шпинделя 3 между нижним его торцом и гайкой 19 зажата тарелка клапана, состоящая из двух дисков 7 и 8 резинового кольца 6, благодаря которому клапан имеет большую герметичность. Корпус 1 предохранительного клапана снабжен крышкой 9, служащей одновременно и коробкой сальника шпинделя 3. Уплотнение сальников набивки достигается подтягиванием накидной гайки 11, которая через сальниковый стакан 10 воздействует на набивку, обес22 печивая ее плотное прилегание к поверхности штока. Клапан снабжен пружиной 12, помещенной между шайбами 13 и 14, надетыми на шпиндель. Нижняя шайба 13 упирается в торцовую поверхность верхнего конца утолщенной части шпинделя. Верхняя шайба 14 упирается в нажимную втулку 16, снабженную маховиком 17 и ввернутую в нарезной конец кожуха 15 пружины 12. Кожух 15 крепится на резьбе к крышке 9 предохранительного клапана. Верхняя шайба снабжена указателем 18, позволяющим по шкале, нанесенной на кожухе 15, устанавливать натяжение пружины 12 на требуемое давление. Своим верхним фланцем 20 корпус предохранительного клапана соединен с нагнетательной полостью клапанной коробки, нижним 21 – со всасывающей камерой клапанной коробки. Площадь проходного сечения седла клапана больше площади разгрузочного поршня 2, вследствие чего при отсутствии пружины клапан был бы всегда открыт. При повышении давления под тарелкой клапана выше допустимого она будет поднята, и жидкость будет поступать из нагнетательной коробки во всасывающую, давление в нагнетательной части насоса упадет, и клапан снова сядет в свое седло. На рисунке 18 приведен предохранительный клапан в несколько другом конструктивном оформлении. Предохранительный клапан крепится своим верхним фланцем к нагнетательной части клапанной коробки насоса, а его нижний фланец при помощи колена 2 соединяется со всасывающей полостью клапанной коробки. В корпусе помещен разгрузочный поршень 8, снабженный нижними направляющими 10 и притертой конической уплотняющей поверхностью 11, сидящей в своем седле. Верхняя часть поршня помещена в цилиндр, образованный верхней частью 13 корпуса 1, и снабжена тремя уплотнительными самораспирающимися кольцами 9. К цилиндру 13 по резьбе крепится крышка 3, в которой помещен нажимной болт 4, снабженный нарезкой и гайкой 7. Нажимной болт 4 упирается своим концом в шайбу 5 служащую верхней упорной поверхностью для пружины 6. Пружина входит в полость верхней части 12 разгрузочного поршня и упирается своим нижним концом в кольцевой выступ дна поршня. Регулирование нажатия пружины осуществляется болтом 4, который стопорится гайкой 7. Перед поджатием гайки 7 под нее укладывается уплотнение из хлопчатобумажных нитей. Рис. 17. Предохранительный клапан с разгрузочным поршнем. Рис. 18. Предохранительный клапан с дифференциальным поршнем. 23 1.3.6. Рабочие клапаны поршневых насосов На рисунке 19 показан плоский тарельчатый клапан с верхней направляющей шпилькой 1, тарелкой 2 и цилиндрической пружиной 3. Достоинством этой конструкции является простота устройства, изготовления и возможность регулирования гайкой 4 натяжения пружины, а, следовательно, и высоты подъема клапана. Кроме того, даже при некотором несовпадении осей симметрии клапана и его седла, плотность прилегания их притертых поверхностей будет сохранена. На рисунке 20 изображен плоский тарельчатый клапан с конической пружиной. На рисунке 21 изображен конический тарельчатый клапан с верхней направляющей без пружинной нагрузки. Рис. 19. Плоский тарельчатый клапан. Рис. 20. Плоский тарельчатый клапан с конической пружиной. Рис. 21. Плоский тарельчатый клапан с конической посадкой. Гидравлическое сопротивление этого клапана в открытом положении меньше, чем плоских тарельчатых клапанов, но потеря напора на отрыв его от седла больше. При малейшем несовпадении углов конусности, осей клапана и его седла нарушается герметичность уплотняющей поверхности, что является его недостатком. Кроме того, эти клапаны чаще стучат при работе, чем ранее рассмотренные. Для обеспечения совпадения осей клапана и седла конические клапаны почти всегда снабжаются нижней направляющей 1 (рис. 22). Гидравлическое сопротивление клапана при такой конструкции возрастет. Если клапанная коробка не дает возможности разместить плоские тарельчатые клапаны с верхней направляющей, то ставят плоские тарельчатые клапаны с нижней направляющей 1 (рис. 23). Рис 22. Конический клапан с нижней направляющей. Рис. 23. Плоский тарельчатый клапан с нижней направляющей. 24 За последнее время получили распространение армированные тарельчатые клапаны. Такой клапан изображен на рисунке 24. Его тарелка 1 изготовлена из кожи или резины и армирована металлической крышкой 2. Направляющая 3, ввернутая в средний прилив клапана 4, снабжена пустотелой гаечной головкой 5, служащей одновременно отбойником и верхним упором для пружины 6. Вворачивая или выворачивая направляющую 3, можно регулировать натяжение пружины 6. К достоинствам этого клапана следует отнести меньший вес, работу без стука, легкость ремонта и хорошую герметичность, для достижения которой не требуется притирки рабочих поверхностей седла и клапана. Рис. 24. Армированный клапан. Рис. 25. Клапан шарового типа. Если насос предназначен дли перекачивания загрязненных жидкостей, он снабжается шаровым клапаном (рис. 25). Здесь запорным устройством служит шар 1 из металла или пластмассы, который напором проходящей жидкости отрывается от своего седла 2. Иногда клапанная коробка шарового клапана снабжается направляющими 3 (рис. 26). Рис. 26. Клапан шарового типа с ограничителем. 25 Рис. 27. Клапан шарового типа с пружинами. Рис. 28. Клапан однокольцевой. Для облегчения веса шаровых клапанов, а тем самым для уменьшения потери напора на их отрыв от седла, применяют шаровые клапаны с пружинной нагрузкой. Такой клапан приведен на рисунке 27. В корпусе 1 в своем гнезде сидит седло клапана 2, к которому прижимается пружиной 4 шаровой клапан 3. Ограничитель подъема 6 и направляющие 8 отлиты заодно с крышкой 5, поставленной на прокладке 7. При необходимости сократить площадь, занимаемую тарелкой клапана, а также, если нельзя обеспечить допускаемую скорость течения жидкости через отверстие седла тарельчатого клапана, применяют групповые, кольцевые и многоэтажные клапаны. На рисунке 28 изображен однокольцевой клапан с плоским кольцом 1 и ребрами 2, соединенными с втулкой 3, которая насажена на направляющей 4 и служит нижним упором для пружины 5. Верхним упором служит колпак 6, упирающийся в корончатую гайку 7, которая может перемещаться по верхнему нарезному концу направляющей шпильки, регулируя натяжение пружины. 1.3.7. Правила технической эксплуатации поршневых насосов 1. Пуск поршневых насосов при закрытых клапанах на нагнетательном трубопроводе запрещается. 2. При подготовке к действию и пуске парового прямодействующего насоса, если он не запускается, необходимо: проверить, в каком положении остановился насос; если оба золотника стоят в среднем положении, то закрыть клапан свежего пара, открыть продувочные краны цилиндров и золотников, передвинуть один из поршней вручную так, чтобы золотник был выведен из среднего положения, после чего насос пустить в ход; проверить движение механизма и убедиться в том, что штоки движутся свободно, без заедания; проверить правильность обжатия сальников, а также убедиться в отсутствии погнутости штоков. 3. Запрещается для пуска парового прямодействующего насоса в ход: перестанавливать ограничительные гайки золотника, не убедившись в том, что причина заключается действительно в неправильной регулировке парораспределения; ударять по штокам или муфтам молотками, ключами и другими предметами; приводить насос в движение вручную с помощью ломиков и других рычагов при незакрытом клапане свежего пара. 4. При подготовке к пуску и пуске электроприводного поршневого насоса необходимо: проверить уровень масла в картере насоса; открыть клапаны на нагнетательном и всасывающем трубопроводах; проверить состояние приводного соединения и наличие защитного ограждения; 26 пустить в ход электродвигатель; убедиться в нормальной работе насоса и поступлении масла во все места смазки. 5. При пуске плунжерных насосов, работающих в гидравлической системе, необходимо проверить уровень масла в компенсационном баке и при необходимости пополнить его. Проверить отсутствие воздуха в системе и пропусков масла. 6. При обслуживании поршневых насосов во время работы необходимо: следить за наличием воздуха в воздушных колпаках; следить за наличием смазки на трущихся частях и за температурой их нагрева; остановить насос при возникновении вибрации, сильных стуков, недопустимого нагрева деталей, резкого повышения или падения давления в нагнетательном трубопроводе, сильных протечек жидкости и неисправности привода. 7. Перед остановкой парового насоса необходимо подать смазку в цилиндры, закрыть клапан свежего пара, открыть продувание цилиндров, затем закрыть клапан отработавшего пара. После остывания насоса закрыть краны продувания. 1.4. Радиально-поршневые насосы В силу присущей им высокой равномерности подачи эти насосы широко применяются в судовых гидравлических системах с давлением до 40 МПа. В роторно-поршневом насосе рабочие органы выполнены в виде поршней (плунжеров), а вытесняемые объемы замыкаются вытеснителями в цилиндрических полостях вращающегося ротора (цилиндрового блока). Благодаря свойству обратимости, заключающемуся в том, что жидкость, подводимая к насосу под давлением, приводит во вращение его ротор и вал, роторные насосы могут быть использованы в качестве гидромоторов. Роторно-поршневые насосы различаются как радиально-поршневые и аксиальнопоршневые. В радиально-поршневых насосах поршни движутся в одной плоскости, а цилиндры расположены звездообразно (рис. 29), причем их оси пересекаются в одной точке. Цилиндры такого насоса можно разместить в несколько рядов (от двух до шести), благодаря чему можно получить большую подачу. Радиально-поршневые насосы изготавливаются как в регулируемом, так и в нерегулируемом по подаче вариантах. Схема работы радиально-поршневого насоса с регулируемой подачей. Электродвигатель непрерывно вращает ротор, а вместе с ним блок цилиндров с плунжерами 2 и ползунами 1. Под действием центробежной силы ползуны прижимаются к внутренней поверхности направляющего кольца 5 и перемещаются по нему. Цапфа 3 предназначена для перемещения направляющего кольца 5 из средней точки вправо и влево от оси ротора 7. В центре ротора 7 находится перемычка 4, которая образует две полости (g и с) рабочей жидкости. Рис. 29. Схема работы радиально-поршневого насоса: a – положение, когда полость g всасывающая; b – положение кольца нейтральное; c – нагнетание в верхнюю полость. 27 Примем вращение ротора против часовой стрелки. На рисунке 29 b направляющее кольцо установлено в среднее положение, и при вращении ротора плунжеры также находятся в среднем положении, перекачивания жидкости не происходит. Передвинем направляющее кольцо 5 при помощи цапфы 3 вправо по оси ротора (рис. 29 с), тем самым создадим эксцентриситет и изменим положение плунжеров в цилиндрах. Ползун, пересекая ось с верхней части в нижнюю, под действием центробежной силы прижимается к направляющему кольцу и выдвигает за собой плунжер. Создается разрежение в цилиндре. Происходит всасывание рабочей жидкости из полости с. При пересечении плунжером оси ротора справа с нижней части в верхнюю изменяется направление движения плунжера, и рабочая жидкость вытесняется из цилиндра в полость g. Изменим положение направляющего кольца влево. Соответственно изменится положение поршней, и при вращении ротора в том же направлении против часовой стрелки (рис. 29 а) полости g и с поменяют свое значение – полость g становится всасывающей, а полость с – нагнетательной. Тем самым изменилось направление движения жидкости, т. е. произведен реверс. В зависимости от степени изменения положения направляющего кольца изменяется объем перекачиваемой рабочей жидкости. Исходя из вышеизложенного, приходим к выводу, что рассмотренный радиальнопоршневой насос является реверсивным, с регулируемой подачей. Существуют различные модификации радиально-поршневых насосов. Рассмотрим некоторые их конструкции. Радиально-поршневой насос фирмы «Орста Гидравлик» размещается в коробчатом корпусе 12 (рис. 30). Цапфа 2 крепится к корпусу насоса винтами 4 и фиксируется штифтами 1. К отверстиям а и б цапфы присоединяются всасывающий и нагнетательный трубопроводы. Отверстие б соединяется с двумя верхними осевыми каналами цапфы, отверстие а с двумя нижними. На цапфе 2 установлен блок цилиндров 8 с бронзовой втулкой. Девять плунжеров 7, расположенных в радиальных цилиндрах блока, при вращении под действием центробежной силы прижимаются к направляющему кольцу, которое является внутренней обоймой радиально-упорного подшипника 6, установленного в поворотной раме 5. Рама может отклоняться в обе стороны на оси 11, занимая при этом эксцентричное положение относительно блока цилиндров 8. Отклонение производится воздействием на поворотный упор, устанавливаемый в отверстие в верхней части рамы. Радиальные сверления во втулке блока цилиндров 8 соединяют полости цилиндров, расположенные выше горизонтальной оси, с поперечной канавкой в цапфы, а расположенные внизу – с канавкой г. Канавки, разделенные перемычкой 10, образуют полости, каждая из которых соединяется с двумя осевыми клапанами цапфы. При смещении рамы 5 влево и вращении блока цилиндров против часовой стрелки поршни верхней части блока будут двигаться к периферии, осуществляя всасывание через верхнюю пару осевых каналов. При пересечении горизонтальной оси перемычки 10 поршни меняют направление движения и производят нагнетание через нижнюю пару осевых каналов. Отклонения рамы 5 ограничиваются выступами на кольце 3. Блок цилиндров 8 приводится во вращение приводным валом через крестовую муфту. Промежуточный диск 9 муфты соединяется вертикальным пазом с выступом блока цилиндров, а горизонтальный паз с другой стороны диска входит в зацепление с лапами приводного вала 9 (рис. 31). Корпус 7 привода состоит из двух крышек и промежуточной плиты. В крышках расположены подшипники 2 и 8 приводного вала, связанного эластичной муфтой, установленной на шпонке 1, с электродвигателем. На вал на шпонке насажена ведущая шестерня 6 насоса, от которой получают вращение две шестерни 5, напрессованные на валик 4, вращающийся в подшипниках скольжения 3. Вспомогательный шестеренный насос подает масло в систему управления. 28 Насосы этого типа используются в гидросистемах рулевых машин. Их подача Q = 6,0 –9,6 м /ч, номинальное давление Рн = 6 МПа при частоте вращения п = 1450 об/мин. 3 Рис. 30. Конструкции насоса роторно-поршневого. Рис. 31. Приводная муфта насоса. 1.5. Аксиально-поршневые (роторно-поршневые) насосы (АПН) Аксиально-поршневым называется поршневой насос, у которого рабочие камеры образованы рабочими поверхностями цилиндров и поршней, а оси поршней параллельны (аксиальны) оси блока цилиндров или составляют с ней угол не более 45°. 29 а б в Рис. 32. Принципиальная схема насоса: а – конструктивное выполнение; б – схематическое изображение; в – схема работы распределителя насоса. В зависимости от расположения ротора аксиально-поршневые насосы изготовляются либо с наклонным диском, у которого оси ведущего звена и вращения ротора совпадают, либо с наклонным блоком, у которого оси ведущего звена и вращения ротора расположены под углом. Изготовляются оба этих вида насосов как в регулируемом, так и нерегулируемом по подаче вариантах. Аксиально-поршневые насосы (АПН) с наклонным блоком (рис. 32 а, 32 б, 32 в), в которых ведущий диск 5 через двойной кардан 6 передает крутящий момент блоку цилиндров 2. Шатуны 4 с помощью шариковых шарниров соединяют поршни 3 с диском 5. При отклонении оси блока цилиндров от оси вала 7 на некоторый угол β, поршень 3, находящийся в верхней позиции, в течение полуоборота вокруг центральной оси блока будет совершать ход нагнетания, вытесняя жидкость через отверстие 8, и окно а распределительного диска 1. Последующие полуобороты поршень будет совершать ход всасывания, при этом полость цилиндра через окно б диска 1 и отверстие 8 будет заполняться жидкостью. В момент, когда поршень находится в мертвой точке и изменяет направление движения, отверстие 8 цилиндра совпадает с перемычкой (рис. 32 в) распределительного диска, разделяющей окна а и б. Диск 5 выполняет роль кривошипа. Чем больше угол наклона β, тем больше ход поршня h, а следовательно и подача насоса. При отклонении блока 2 в другую сторону направляющие подачи изменятся. Угол отклонения блока обычно не превышает ±30°, давление нагнетания – 35 МПа. 30 Рис. 33. Блок насоса с наклонным диском. У насосов с наклонным диском (рис. 33) блок 14 вращается, наклонный диск 9 неподвижен, плунжеры 11 шарнирно соединены с башмаками 10, которые зафиксированы в осевом направлении и при движении плунжеров 11 с блоком скользят по кольцевой проточке наклонного диска 9. Угол наклона диска обычно не превышает ±18°. Распределение осуществляется диском 12. Подвод и отвод жидкости происходит через каналы в крышке 13. Ход поршня h и подача пропорциональны углу наклона диска, который может изменяться с помощью гидравлического или ручного механического привода. Насосы этого типа отличаются простотой конструкции, высокой компактностью и могут создавать давление, превышающее 35 МПа. КПД этих насосов несколько ниже, чем у насосов с наклонным блоком. Оба вида насосов без существенных конструктивных изменений могут использоваться как гидромоторы. Аксиально-поршневые насосы имеют по сравнению с радиальными некоторые преимущества: их масса при прочих равных условиях меньше массы радиальных примерно в два раза. Особенностью этих насосов является малый момент инерции, что имеет существенное значение при использовании их в качестве гидродвигателей. Конструкция аксиально-поршневого регулируемого насоса с наклонным блоком цилиндров, двойным не силовым карданным валом и торцовым распределением (рис. 34). Рис. 34. Конструктивный чертеж насоса. 31 В расточке 9 насоса установлен вал 12 на подшипниках 8 и 11. Вал насоса через карданный вал 6 соединен с блоком цилиндров 13. В последнем размещены семь поршней 3, которые при помощи шатунов 4 связаны с фланцем 7 вала. Большие сферические головки шатунов завальцованы во фланце вала, малые головки – в поршнях. Установленный на оси 14 с подшипником 15 блок цилиндров поджат пружиной 16 к распределительному диску 17. Распределительный диск неподвижно закреплен на крышке 18 люльки 2, которая может поворачиваться в цапфах 5 на угол β = ±30°. Подсоединение насоса к напорной и всасывающей линиям происходит через фланцы 1. Внутренняя полость литого корпуса 9 используется в качестве емкости для рабочей жидкости; корпус с двух сторон закрыт крышками 10 и 19. Для обеспечения работы в составе следящего гидропривода насос оснащен подпиточным насосом, клапанами и специальной автоматикой. Принцип работы насоса. От вала 12 вращение передается блоку цилиндров 13 через карданный вал 6. Карданный вал является не силовым, т. к. он передает усилие только для преодоления момента инерции блока цилиндров и момента трения торца блока цилиндров о распределительный диск. Основной крутящий момент передается через шатуны. При вращении вала поршни, при отклонении люльки на угол β, совершают сложное движение: вращение вместе с блоком цилиндров и возвратно-поступательное движение в цилиндрах. За один оборот вала происходит один рабочий цикл насоса (всасывание и нагнетание) с принудительным поочередным соединением рабочих камер с линиями всасывания и нагнетания. Конструкция аксиально-поршневого насоса с наклонным диском (рис. 35). Ходовая часть насоса состоит из барабана 13 с толкателями 12, ротора 11 с поршнями 10, вала 1 с подшипниками и распределительного диска 7. Цилиндры управления 6 и 8 с пружиной 9 и наклонный диск 4 с подшипником 5 образуют механизм регулирования подачи. Ходовая часть насоса и механизм регулирования подачи расположены в корпусе 3, закрытом крышкой 2. Рис. 35. Аксиально-поршневой насос с наклонным диском. Наличие поршневой группы – барабана с толкателями и ротора с поршнями – позволяет исключить воздействие радиальных нагрузок толкателей на ротор, что способствует самоустановке его относительно рабочей поверхности распределительного диска. Поджим поршней и толкателей к наклонному диску осуществляется давлением рабочей жидкости, находящейся в рабочих камерах. Торцовая поверхность ротора 11, на которой расположены 32 окна всасывания и нагнетания, опирается на рабочую поверхность распределительного диска, где имеются два полукольцевых канала – всасывания и нагнетания. Каждый из каналов соединен со своим присоединительным штуцером. Ротор прижимается к распределительному диску 7 пружиной и силами давления рабочей жидкости, находящейся в рабочих камерах. Принцип работы насоса. При вращении вала 1 поршни 10 совершают возвратнопоступательное движение. Ход поршня определяется углом наклона β диска 4. Поршни, рабочие камеры которых соединены, с помощью всасывания перемещаются по направлению от распределительного диска, и жидкость заполняет их. При соединении рабочих камер с каналом нагнетания поршни движутся к распределительному диску, и совершается процесс нагнетания. Полость гидроцилиндра 6 соединена с линией нагнетания, а полость гидроцилиндра 8 с линией всасывания. Под действием пружины 9 ось наклонного диска 4 отклонена от оси вала на угол β и более. В случае повышения давления нагнетания на штоке цилиндра 6 возникает усилие, превышающее усилие пружины 9. Под действием этого усилия диск 4 поворачивается обратно, и подача насоса уменьшается. При увеличении расхода жидкости в гидросистеме снижается давление нагнетания, и диск 4 насоса под действием силы пружины 9 поворачивается на больший угол, что увеличивает подачу. Рассмотрим еще одну схему машины с аксиальным расположением цилиндров (рис. 36), отличающуюся тем, что блок цилиндров 6 неподвижен, а наклонный диск 8, жестко связанный с валом 9 машины, вращается. Распределяется поток жидкости вращающимся плоским золотником 2. На зеркале диска 5 распределительного устройства имеются круговые, концентрично расположенные каналы 3 и 4, из которых один сообщается с напорной линией, а второй – с отводящей. Золотник 2 приводится в движение эксцентриком 1 на валу 9. В зависимости от положения золотника каждый из цилиндров попеременно подключается то к одному, то к другому каналу в полном соответствии с движением поршня. Машины такого типа используются в качестве гидравлического двигателя, например, для привода судового шпиля, схематически изображенного на рисунке 37. 1.5.1. Правила эксплуатации роторно-поршневых насосов Для роторно-поршневых насосов следует применять хорошо профильтрованное масло без примесей и воды. Перед пуском трубопроводы насоса следует заполнить рабочей жидкостью при среднем положении направляющего кольца радиально-поршневых насосов и люльки аксиально-поршневых насосов. Во время работы насоса необходимо контролировать подачу рабочей жидкости, не допускать ее утечек через неплотности уплотнений вала и тяг управления, не допускать перегрева подшипников. Причинами недостаточной подачи насоса при нормальном давлении нагнетания, а также невозможности получения нужного рабочего давления могут быть увеличенные зазоры в паре плунжер-цилиндр или ротор-цапфа. Для устранения протечек масла следует подтянуть пружины манжет (или заменить манжеты), заменить прокладки и кольца тяг. При надлежащем уровне технической эксплуатации роторно-поршневые насосы имеют большой срок службы. 33 Рис. 36. Принцип работы насоса. Рис. 37. Схема системы шпиля с гидравлическим приводом. 1.6. Роторные насосы В роторных насосах напор создается равномерно вращающимися вытеснителями – роторами. Конструктивно роторы могут быть выполнены в виде фигурных роторов (коловратные), в виде одного или нескольких сопрягаемых винтов (винтовые), в виде сопрягаемых зубчатых колес (шестеренные), в виде пропеллеров (пропеллерные). Эти насосы используются главным образом для перекачивания вязких жидкостей (масла, топлива). Наряду с вышеперечисленными, к роторным насосам относятся также водокольцевые вакуумные и пластинчатые насосы двойного действия. В отличие от поршневых роторные насосы не имеют всасывающих и нагнетательных клапанов (кроме специального назначения). Для нормальной работы с почти полным отсутствием обратного движения жидкости из нагнетательной полости во всасывающую (вдоль поверхности роторов) роторные насосы имеют установочные зазоры, величина которых должна быть не более предельно допустимой, т. к. увеличение этих зазоров вызывает уменьшение объемного КПД. 1.6.1. Коловратные насосы Рис. 38. Роторный насос. Двухвальный коловратный насос с восьмеркообразным вытеснителем. На рисунке 38 приведена схема насоса этого типа. В корпусе 1 эллиптической формы со всасывающим па34 трубком 2 и нагнетательным патрубком 3 помещены два симметричных ротора 4, имеющие форму восьмерки. Роторы жестко связаны со своими валами и вращаются с равными угловыми скоростями в разные стороны. Согласованность движения роторов достигается зубчатой передачей, помещенной вне корпуса. Положение роторов, изображенное на рисунке 38, соответствует всасыванию жидкости в полость 5 между поверхностью левого ротора и стенкой корпуса. Одновременно левый ротор из полости 6 производит подачу жидкости через нагнетательный патрубок 3. Всасывание в полость 5 и нагнетание из полости 6 закончится, когда левый ротор займет вертикальное положение. Правый ротор к этому времени займет положение перпендикулярное левому, т. е. примет горизонтальное положение. При дальнейшем вращении левого ротора полость 5 сообщится с нагнетательным пространством 6 и полостью 7. Таким образом будет происходить нагнетание жидкости из полости 7 и полости 5 через нагнетательный патрубок 3. На том же рисунке внизу представлены кривые изменения крутящих моментов за один оборот: для левого ротора – линией а, а для правого ротора – линией b. Суммарный крутящий момент за оборот вала изображен линией с, а средний – линией dd. Двухвальный коловратный насос с трехкулачными роторами. Схема этого насоса изображена на рисунке 39. К преимуществам этого насоса следует отнести несколько большее значение коэффициента подачи, чем у рассмотренного выше коловратного насоса. Однако усложнение формы роторов влечет за собой большую сложность монтажных работ и усложнение технологического процесса изготовления роторов. В зависимости от направления вращения роторов жидкость будет подводиться к одному из фланцев корпуса и отводиться из насоса через другой фланец. Рис. 39. Двухвальный трехкулачный коловратный насос. 1.7. Винтовые насосы Винтовой насос типа ИМО (рис. 40). Трехвинтовой со средним ведущим винтом 1, со шпонкой 4 и ведомыми 5. Винты стальные с циклоидальным профилем расположены горизонтально в бронзовой обойме, которая вставлена в корпус 3, закрытый крышками. Корпус 6 имеет всасывающий и нагнетательный патрубки. Валы вращаются в подшипниках 2. Выход вала ведущего винта уплотнен резиновым кольцом 7. Коловратные и винтовые насосы применяются для перекачивания вязких жидкостей (масла, топлива). Одновинтовой насос героторного типа применяется для перекачки топлива, масел, льяльных и сточных вод (рис. 41). Конструктивно насос выполнен следующим образом: в обойме, облицованной резиной, вращается винт, свободно закрепленный на приводном валу и имеющий по радиусу пространственное перемещение, и таким образом перекачивает жидкость, как объемный насос. 35 Рис. 40. Трехвинтовой насос. Рис. 41. Одновинтовой (героторный) насос: 1 – передняя крышка; 2 – обойма; 3 – винт; 4 – задняя крышка; 5 – электромотор. Шестеренные насосы. Шестеренные насосы выполняются с прямыми зубьями, косыми и шевронными, подразделяются на насосы с внешним и внутренним зацеплением. В системах морских судов применяются преимущественно шестеренные насосы с внешним зацеплением. Рассмотрим схему работы шестеренного насоса (рис. 42). Ведущая 2 и ведомая 5 шестерни расположены в корпусе 1 и находятся во внешнем зацеплении. При показанном на рисунке направлении вращения патрубок 6 будет всасывающим, а патрубок 4 – нагнетательным. При вращении насоса в полости 7 впадина между зубьями, ранее заполненная зубом, в каждом колесе освобождается и заполняется перекачиваемой жидкостью из всасывающего патрубка. Вращением колеса этот объем переносится в нагнетательную полость 3, а затем вытесняется в нагнетательный патрубок. Часть объема перекачиваемой жидкости заполняет радиальные зазоры между головками зубьев 8 и донышками впадин и в подаче не участвует, что учитывается объемным КПД шестеренного насоса. 36 Рис. 42. Схема шестеренного насоса. У шестерен с косыми и шевронными зубьями коэффициент зацепления больше, чем с прямыми. Они меньше изнашиваются, менее требовательны к монтажу, работают плавно и с меньшим шумом. Недостаток шестерен с косыми зубьями – это осевые усилия, возникающие во время работы. В шестернях с шевронными зубьями осевые усилия от каждой половины зуба взаимно противоположны и уравновешиваются, однако такие шестерни сложнее изготавливать. В шестеренных насосах с прямым зубом чаще возникают явления запирания жидкости во впадине зуба – создается высокое давление (несколько десятков мегапаскалей), и жидкость по этой причине нагревается. При этом также увеличивается нагрузка на подшипники. При выходе зуба из зацепления давление со стороны всасывания сразу падает, и нагретая жидкость вскипает, что может сорвать всасывание насоса. Предупреждают запирание жидкости различными конструктивными мерами: создают зазор по нормали по профилю (0,2–0,5 мм) в зацеплении, создают впадины ведомой шестерни разгружающими сверлениями или скосы во впадине ведомой шестерни. Конструкцию шестеренного насоса рассмотрим на примере насоса типа РЗ, используемого в масляной системе дизелей (рис. 43). Вал 13 ведущей нижней шестерни соединен с валом приводного электродвигателя. Корпус 1, крышки корпуса 5 и 12 – чугунные. На стальные ведущий 13 и ведомый 11 валы, которые вращаются в подшипниках 7 и 22, одеты по две стальные шестерни 2, 23 и 9, 10. Каждая из шестерен на своем валу имеет противоположные направления нарезки зуба и в паре образует шевронный зуб. Чтобы зубья в зацеплении самоустанавливались, шестерни 2 и 23 на валу 13 и шестерня 9 на валу 11 установлены на шпонках, а шестерня 10 сидит Рис. 43. Чертеж шестеренного насоса. свободно. Установочные кольца 3 и 6, закреплен37 ные на валах винтами 4 и 8, предотвращают осевое смещение шестерен 2 и 9. Валы 13, 11 вращаются в шарикоподшипниках, которые смазываются перекачиваемым маслом. Уплотнение выхода ведущего вала располагается в приливе крышки 14 и состоит из стальной пяты 18, чугунного подпятника 15, резинового амортизатора 16, стального упорного кольца 20, резинового уплотняющего 19, распорной пружины 21 и крышки 17; 7 и 22 – подшипники. Левый патрубок – всасывающий, правый – нагнетательный. В верхней части корпуса насоса расположен перепускной клапан. Давление нагнетания изменяют натяжением пружины, нагружающей клапан, с помощью винта. Клапан служит для регулирования подачи и предупреждения повышения давления нагнетания и соединяет нагнетательную полость со всасывающей. Подача шестеренного насоса с двумя шестернями наружного зацепления, м3/с: Q = (D н 2 — D в 2 ) bnη о π/4, где Dн, Dв – диаметры окружности выступов и впадин шестерни соответственно, м; b – ширина шестерни, м; n – частота вращения, с-1; ηо – объемный КПД насоса (ηо = 0,7–0,9). Мощность на валу насоса, кВт: N = Qp/10 3 η н , где Q – подача насоса, м3/с; р – давление нагнетания, Па; ηн – полный КПД насоса (ηн = 0,5–0,85). Многоступенчатые шестеренные насосы. Для повышения давления, создаваемого насосом, применяют последовательное соединение парных шестерен. На рисунке 44 приведена схема трехступенчатого насоса. Подача каждой предыдущей ступени выше расхода последующей, поэтому для перепуска излишков жидкости каждая ступень снабжена предохранительным клапаном, отрегулированным на определенное давление (как правило, 1,1 Ррабочего). Рис. 44. Схема трехступенчатого шестеренного насоса. Трехступенчатый насос показан на рисунке 45. Корпус насоса состоит из двух крышек 1 и 2 и двух цилиндрических колец 3 и 4, между которыми помещены кольцевые перегородки 5 и 6. Все части корпуса стянуты болтами и гайками и образуют три рабочих полости для ведущих шестерен 7, 8, 9 и ведомых 19, 10 и 11. Ведущие шестерни сидят на сферических шпонках на валу 12. Вал 12 лежит в шариковых 13 и роликовых 14 подшипниках, закрепленных на нем гайкой 15. Ведомые шестерни сидят на неподвижной оси 16 на игольчатых подшипниках 17. Нагнетательная камера каждой 38 предыдущей ступени служит всасывающей камерой для последующей. Выход вала 12 из крышки 1 уплотнен двойным сальниковым уплотнением из манжет с нажимной втулкой 18. Рис. 45. Чертеж трехступенчатого шестеренного насоса. Правила технической эксплуатации шестеренных и винтовых насосов 1. Запуск шестеренных и винтовых насосов производится при открытых приемных и напорных клапанах. Если насос был осушен или готовится к работе впервые, его необходимо залить. Работа насоса «всухую» запрещается. 2. При запуске насоса из холодного состояния для перекачки высоковязкой жидкости необходимо следить за показаниями манометра и при чрезмерном повышении давления ослабить затяжку пружины перепускного клапана. Регулировку перепускного клапана восстановить после прогрева системы. 3. Производительность насосов следует регулировать путем частоты вращения приводного двигателя или затягом пружины перепускного клапана. При параллельной работе насосов необходимо следить, чтобы перепускные клапаны всех насосов были отрегулированы на одинаковое давление. Не допускается длительная работа насоса при закрытом напорном трубопроводе, когда перекачиваемая жидкость полностью циркулирует через перепускной клапан. 1.8. Пластинчатый (шиберный) насос двойного действия Пластинчатый насос двойного действия (рис. 46) имеет эллиптический корпус 6 с полуосями r1, r2. Цилиндрический ротор 5 расположен с корпусом соосно. В пазах ротора свободно установлены подвижные лопасти 2. При вращении ротора лопасти будут прижиматься к внутренней поверхности корпуса центробежной силой. При прохождении окон 3 и 7 объем между двумя соседними лопастями будет увеличиваться – жидкость всасывается; при прохождении окон 1 и 4 этот объем будет уменьшаться – происходит нагнетание. Такие насосы имеют высокую равномерность подачи, применяются в системах гидроприводов. Объемный КПД такого насоса ηо = 0,7–0,85. 39 Рис. 46. Пластинчатый насос. 1.9. Лопастные насосы Принцип действия лопастных насосов основан на том, что движение жидкости осуществляется за счет вращения лопастей. Профиль лопасти может быть различным. В зависимости от характера движения жидкости лопастные насосы делятся на три группы: центробежные, в которых жидкость перемещается в радиальном направлении от центра к периферии; осевые, в которых жидкость перемещается вдоль оси насоса; вихревые, в которых жидкость движется вихреобразно по периферийному кольцу. В свою очередь центробежные насосы классифицируются по признакам: по расположению вала – на горизонтальные и вертикальные; по величине напора (давления) – на низконапорные с давлением до 5 кгс/см2, средненапорные с давлением от 5 до 50 кгс/см2 и высоконапорные с давлением свыше 50 кгс/см2. по способу привода – на электронасосы, турбонасосы и мотопомпы с приводом от ДВС; по подаче – на насосы малой (до 20 м3/ч), средней (20–60 м3/ч) и высокой подачи (более 60 м3/ч); по способу подвода жидкости к колесу – на насосы с односторонним и двусторонним подводом жидкости; по роду перекачиваемой жидкости – на нефтеперекачивающие и водоперекачивающие насосы, а также насосы, перекачивающие кислоты и щелочи, жидкости с механическими частичками, находящимися во взвешенном состоянии, минеральные масла; по всасывающей способности – на насосы самовсасывающие, снабженные приспособлением для самовсасывания, и несамовсасывающие, нуждающиеся перед запуском в заливке их жидкостью; по конструкции корпуса – на насосы однокорпусные, имеющие корпус с одним разъемом, который проходит через ось вала насоса, и секционные, у которых корпус состоит из отдельных секций, имеющих разъем не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях; по быстроходности, характеризуемой коэффициентом быстроходности, – на насосы тихоходные, нормальные и быстроходные. Центробежные насосы Центробежный насос обеспечивает высокую равномерность подачи при малых габаритных размерах. а б Рис. 47. Схема сопоставления размеров поршневых и центробежных насосов одинаковой подачи: а – поршневой насос; б – центробежный насос. 40 На рисунке 47 показаны габаритные размеры центробежного и поршневого насосов одинаковой производительности и с одинаковым напором (а – поршневой насос, б – центробежный насос). Рассмотрим схему работы центробежного насоса (рис. 48). Этот насос состоит из следующих основных частей: корпуса 1 спиралевидной формы, рабочего колеса с лопастями 2, приводного вала 3, приемного патрубка 4, нагнетательного патрубка 5. При вращении рабочего колеса насоса возникает центробежная сила, под действием которой жидкость движется в радиальном направлении, одновременно лопасти придают жидкости вращательное движение. Поэтому в центре насоса возникает разряжение, что обеспечивает непрерывный приток жидкости из всасывающего патрубка к центру. Рис. 48. Схема центробежного насоса. Пройдя через вращающееся колесо насоса, жидкость отбрасывается с окружной скоростью в спиральный расширяющийся канал, который служит направляющим аппаратом для потока жидкости (рис. 49). Рис. 49. Схема подвода и отвода жидкости в насосе. В расширяющемся спиралевидном канале направляющего аппарата происходит частичное преобразование кинетической энергии, полученной жидкостью на колесе насоса, в гидродинамическое давление, с которым жидкость отводится в нагнетательный трубопровод. 41 Напор Н, создаваемый центробежным насосом, и его подача являются функциями угловой скорости ω, т. е. Н(ω2); Q(ω). Следовательно, от угловой скорости ω и радиуса колеса r зависит одновременно напор Н и подача Q. Однако окружная скорость колеса u = rω ограничивается прочностью его материала. Так, чугунные колеса могут иметь u ≤ 40 м/с, а стальные u ≤ 300 м/с, что и определяет напор, создаваемый насосом. 1.9.1. Формула Эйлера Напор жидкости в цилиндре поршневого насоса – статический, и создается он непосредственно давлением поршня на жидкость. В центробежном насосе напор жидкости создается за счет быстрого вращения рабочего колеса. Поэтому характер создаваемого напора в основном скоростной. Каждая частица жидкости, двигаясь в межлопастном пространстве, совершает сложное движение. Параллелограммы скоростей на рабочем колесе при входе жидкости на лопасть и при выходе с нее изображены на рисунке 50. Рис. 50. Параллелограммы скоростей на рабочем колесе. На рис. 50: w – относительная скорость, вектор ее направлен по касательной к профилю лопатки; u – окружная скорость, вектор ее направлен по касательной к окружности кромок лопасти; c – абсолютная скорость, вектор ее направлен по диагонали параллелограмма, построенного на составляющих скоростях; α – углы между направляющими абсолютных и окружных скоростей; r1, r2 – радиусы окружностей входных и выходных кромок лопастей. Теоретический напор центробежного насоса при бесконечно большом числе лопастей можно определить по формуле Эйлера: 𝐻т∞ = (u2 c2 cosα2 – u1 c1 cosα1) / g. Для уменьшения потерь напора вход жидкости на колесо делается радиальным (направление абсолютной скорости с1 – радиальное). При этом α1 = 90˚, cosα1 = 0, и формула Эйлера примет вид: 𝐻т∞ = u2 c2 cosα2 / g. 42 В действительном насосе при конечном числе лопастей имеются потери напора вследствие завихрений частиц жидкости (учитывается коэффициентом φ) и гидравлических сопротивлений (учитывается гидравлическим КПД ηr). Действительный напор насоса 𝐻 д = 𝐻т∞ φηг. С учетом всех потерь КПД центробежного насоса составляет ηн = 0,46–0,80. В эксплуатационных условиях напор центробежного насоса (м) можно определить по эмпирической формуле: Н = К' п 2 D 2 , К' = (1–1,5)10-4 – опытный безразмерный коэффициент; п – частота вращения рабочего колеса, мин-1; D – наружный диаметр рабочего колеса, м. Подачу насоса, л/с, ориентировочно можно определить по диаметру нагнетательного патрубка: где Q = К" d2, где К" – опытный коэффициент; для насосов с диаметром патрубка до 100 мм: К" = 13–18, более 100 мм: К" = 20–25; d – диаметр нагнетательного патрубка, дм. Напор центробежного насоса в большей степени зависит от размеров колеса r, угловой скорости ω и профиля лопасти. У центробежных насосов, перекачивающих капельные (вязкие) жидкости, лопасти загнуты назад, а у перекачивающих пары и газы – вперед. Кроме вышеперечисленных признаков центробежные насосы имеют различные типы колес: односторонние (рис. 51 а) и двухсторонние (рис. 51 б). В центробежных насосах осуществляется осевой подвод жидкости, а выход радиальный. а б Рис. 51. Виды односторонних и двухсторонних крылаток. Полуосевые насосы имеют колеса, обеспечивающие осевой подвод жидкости, а выход по диагонали (рис. 52). Рис. 52. Вид крылатки полуосевого насоса Рис. 53. Вид крылатки осевого насоса. 43 Рис. 54. Вид крылатки вихревого насоса. Осевые насосы имеют подвод и отвод жидкости по оси насоса, что обеспечивается колесом, изображенным на рисунке 53. Колесо вихревого насоса с лопастями на периферии, позволяющее создавать напор за счет многократной рециркуляции жидкости через межлопаточные каналы насоса, показано на рисунке 54. Схема принципа действия вихревого насоса приведена на рисунке в разделе о вихревых насосах. Для повышения производительности, увеличения напора либо обеспечения одновременно повышения производительности и увеличения напора судовые центробежные насосы выпускаются промышленностью с различными конструктивными схемами соединения колес. Рис. 55. Насос с двусторонним подводом. Рис. 56. Многоступенчатый насос. Для повышения производительности одноколесных насосов и создания одинаковой силы давления на диски колес с обеих сторон применяют параллельное соединение колес (рис. 55 а) или двусторонний подвод жидкости к колесу (рис. 55 б). Для создания напоров, превышающих возможный напор одного колеса, применяют последовательное соединение колес (рис. 56); такие насосы называются многоступенчатыми. При необходимости одновременно обеспечить повышение напора и производительности применяют последовательное соединение колес с двусторонним подводом жидкости (рис. 57) или параллельно-последовательное соединение колес (рис. 58). Рис. 57. Двухступенчатый насос с двухсторонним подводом. Рис. 58. Двухступенчатый насос с параллельно-последовательным соединением колес. Наиболее распространены схемы последовательного соединения. По мере возрастания числа оборотов колеса насоса, при одинаковых производительности и напоре, создаваемом 44 им, изменяются соотношения основных размеров колеса и коэффициента быстроходности, что наглядно представлено в таблице 1. Коэффициент быстроходности помогает выбрать наиболее рациональные размеры колеса, которые при заданных напоре, подаче и частоте вращения обеспечивают наиболее высокое значение КПД. Максимальное значение КПД (90 %) было достигнуто для быстроходных насосов. Таблица 1 Коэффициенты быстроходности насосов Центробежные насосы Тихоходное Нормальное Быстроходное колесо колесо колесо ns1 = 40÷80 D2/D0 ≈ 2,5 ns1 = 80÷120 D2/D0 ≈ 2 ns1 = 120÷200 D2/D0 ≈ 1,8÷1,4 Колесо диагонального насоса Колесо пропеллерного насоса ns1 = 200÷500 D2/D0 ≈ 1,2÷1,1 ns1 = 500÷1200 D2/D0 ≈ 0,8÷0,6 Коэффициентом быстроходности элементарного лопастного насоса называется число оборотов геометрически подобного насоса, который на кинематически подобном режиме при одинаковых гидравлических (ηгн = ηгм ) и объемных (ηон = ηом ) КПД создает напор Нм = 1 (кгм/кг) или М, имеет полезную мощность Nпм= 0,736 кВт и перекачивает жидкость с удельным весом γм = 1000 кг/м3. Формула коэффициента быстроходности: √𝑄 n s = 3.65 𝑛 𝐻 0,75 , где n – число оборотов элементарного насоса в минуту; Q – подача элементарного насоса, м3/ч; Н – напор элементарного насоса, м. При работе центробежного насоса может возникнуть кавитация. Для предотвращения кавитации давление во всасывающем тракте должно быть больше давления насыщенного пара перекачиваемой жидкости. Кроме того, не следует превышать высоту всасывания насоса и перекачивать жидкость с высокой температурой. Необходимо своевременно устранять попадание воздуха во всасывающем трубопроводе. Из конструкционных материалов более других подвержены кавитационному разрушению чугун и углеродистая сталь, поэтому применяют цветные сплавы и пластмассы. 45 Рис. 59. Схема сил. При работе в центробежных насосах вследствие разных по значению и направлению давлений, действующих на рабочее колесо, возникает осевая сила (рис. 59). Остается неуравновешенной сила давления жидкости на участке колесного диска. На рисунке 60 показана эпюра давлений. Из эпюры видно, что неуравновешенной остается сила R = R1 − R2, стремящаяся сдвинуть колесо в осевом направлении. Осевая сила зависит от размеров рабочего колеса и количества подаваемой жидкости. Она всегда направлена в сторону всасывающего отверстия и вызывает осевой сдвиг колеса в этом же направлении. Для устранения осевой силы в небольших колесных центробежных насосах в диске колеса у его ступицы делаются небольшие отверстия 1 (рис. 59), через которые жидкость перетекает из полости повышенного давления в полость пониженного давления. Таким образом, давление выравнивается с обеих сторон колеса. В больших насосах делается двусторонний подвод жидкости на рабочее колесо (рис. 61). В многоступенчатых насосах на валу устанавливается разгрузочный диск (рис. 62). Вода к диску подРис. 60. Распределение нагрузки. водится под давлением по каналу 4 из напорного трубопровода насоса, проходит зазор между подушкой 3 и диском 2 и отводится по каналу 1. Рис. 62. Разгрузочный диск. Рис. 61. Схема подвода жидкости на рабочее колесо. Если под действием осевой силы вал насоса с диском сместится вправо, зазор уменьшится, давление жидкости на диск возрастет, и он сместится влево, восстановив нормальный зазор между ним и подушкой. На рисунке 63 показан разгрузочный диск, установленный внутри корпуса насоса. Жидкость после схода с колеса через зазор 1 проникает в камеру 2, а отсюда по щели между диском 3 и его подушкой в камеру 5 и через вторую щель 8 разгрузочного диска в камеру 6, откуда отводится по трубке, присоединяемой к отверстию 7, во всасывающий трубопровод. На рисунке 64 показан разгрузочный диск в увеличенном масштабе. 46 Рис. 63. Разгрузочный диск внутри корпуса насоса. Рис. 64. Разгрузочный диск в увеличенном масштабе. 1.9.2. Конструкции центробежных насосов Рассмотрим сначала работу насосной установки с центробежным насосом (рис. 65). При работе насоса перекачиваемая жидкость, пройдя сетку приемной коробки 2 и клапаны 3, поступит во всасывающий трубопровод 4, а отсюда к центру колеса насоса 5, приводимого по вращение двигателем. Колесо 16 снабжено рабочими лопатками 6, помещенными между двумя боковыми дисками. При вращении колеса вокруг своей оси 7 по часовой стрелке жидкость, поступившая на лопасть колеса, приобретает в идеальном случае окружную скорость u, направленную по касательной к окружности. Возникающая в массе жидкости вследствие вращения вокруг оси 7 центробежная сила будет отбрасывать ее от центра колеса к периферии, вследствие чего жидкость со скоростью w будет двигаться в каналах между лопастями колеса. Геометрическим сложением скоростей w и u можно получить абсолютную скорость с движения жидкости в Рис. 65. Насосная установка колесе насоса. Вследствие силового воздействия лопастей с центробежным насосом. колеса насоса на жидкость ей передастся механическая энергия двигателя, приводящего колесо во вращение. Сойдя с лопастей колеса, жидкость поступит в расширяющийся кожух насоса, образующий спиральную камеру 8 в виде улитки, и затем в диффузор 9. Если при открытой задвижке 10 напор, созданный насосом, выше противодавления в нагнетательном трубопроводе 11, то жидкость, открыв невозвратный клапан 12, поступит в цистерну 13. 47 Установка снабжена вакуумметром 14, показывающим падение напора во всасывающем трубопроводе, и манометром 15, показывающим напор в нагнетательном трубопроводе. Теоретический напор, создаваемый одним колесом, может достигать 200 м вод. ст. На рисунке 66 приведен горизонтальный двухступенчатый насос общего назначения. Рис. 66. Горизонтальный двухступенчатый насос. Рабочие колеса первой 1 и второй 2 ступеней насоса насажены на вал 3 на шпонках и помещены в разъемный корпус, состоящий из верхней и нижней половин. Корпуса подшипников 4 и 5 крепятся к корпусу насоса на шпильках с гайками. Вал лежит в подшипниках скольжения с кольцевой смазкой. В местах прохода вала сквозь корпус установлено сальниковое уплотнение, укупоренное жидкостью, подводимой из напорной камеры 6 по трубкам 7. Производительность насоса достигает 306 м3/час при напоре 150 м вод. ст. и числе оборотов 2975 об/мин. На рисунке 67 приведен двухступенчатый трехсекционный насос с направляющим лопастным аппаратом. Корпус насоса состоит из трех частей: крышки 3, цилиндрической части 4 и крышки 5, стянутых стяжными болтами 1 с гайками 2. Крышка 3 служит корпусом для колеса 6 первой ступени и его направляющего лопастного аппарата 7. К крышке 3 крепится корпус приемного патрубка 8, к последнему – корпус шарикового упорного подшипника 9 и опорного 10. В цилиндрической части 4 корпуса расположена проточная часть 12, соединяющая нагнетательную камеру 15 первой ступени со всасывающей полостью 16 второй ступени, а также рабочим колесом 13 второй ступени и его лопастным направляющим аппаратом 14. К цилиндрической части 4 корпуса насоса крепится крышка 5, отлитая заодно с нагнетательным патрубком 11 и сборной камерой 17. К крышке 5 монтируется корпус 18 подшипника скольжения с кольцевой смазкой. Колеса насоса снабжены отверстиями 19 для выравнивания давления по обе стороны дисков колес. 48 Рис. 67. Двухступенчатый трехсекционный насос с направляющим лопастным аппаратом. На рисунке 68 приведен горизонтальный одноступенчатый турбонагнетательный насос, приводимый в действие от турбины. Число оборотов ротора турбины изменяется от 500 до 2000 об/мин и развиваемое насосом давление доходит до 25 кг/см2. Рис. 68. Горизонтальный одноступенчатый турбонагнетательный насос. Корпус турбины 1 отлит заодно с корпусами подшипников 2 и фланцем 3 для крепления корпуса 4 насоса. В корпусе насоса 4 помещено колесо 5, отлитое заодно с гидравлической разгрузочной пятой. Для обеспечения стабильного положения колеса насоса в аксиальном направле49 нии всасывающий патрубок 6 соединен трубой 7 с камерой 8 разгрузочного устройства. Вал насоса снабжен рубашкой 9 и сальником 10. При помощи пробного краника 11 можно определить, подает или не подает насос воду, и выпустить из него воздух. Колесо насоса приводится во вращение турбиной с тремя ступенями скорости. Турбина снабжена предельным регулятором 12 мембранного типа, регулирующим поступление пара в турбину в зависимости от давления, создаваемого насосом, и предохранительным регулятором 13, прекращающим доступ пара в турбину при повышении числа оборотов ее вала выше допустимого. Предохранительный регулятор тягой 14 соединен со стопорным клапаном 15 турбины. Подшипники вала турбины снабжены кольцевой смазкой, и масло в них охлаждается при помощи змеевиков 16. Водокольцевые вакуумные насосы Наиболее распространены вследствие простоты устройства и надежности в работе в качестве вакуумных насосов водокольцевые насосы. а б в Рис. 69. Водокольцевой насос. Если в корпус 7 (рис. 69 а), частично наполненный жидкостью, поместить лопастное колесо 8, то при вращении последнего жидкость образует концентричное кольцо (рис. 69 б), вращающееся относительно центра вращения. При этом находившийся в корпусе поверх уровня жидкости воздух, заключенный теперь в полостях 1–6, образованных лопастным колесом и жидкостным кольцом, будет вращаться вместе с ними. Если теперь расположить вращающееся лопастное колесо эксцентрично относительно корпуса (рис. 69 в ) и снабдить торцовую стенку корпуса серповидными щелями 9 и 10, соединенными со всасывающим и нагнетательным трубопроводами, то получится водокольцевой насос. На рисунке 70 изображена конструкция водокольцевого насоса. Рис. 70. Чертеж водокольцевого насоса. 50 В рабочей полости корпуса, состоящего из цилиндра 1 и крышек 2 и 3, стянутых болтами и гайками, помещен лопастной ротор 4, сидящий на шпонке на валу 5. Вал уплотнен сальниками 6 и 7 и покоится в шариковых подшипниках 8 и 9, расположенных в крышках 2 и 3. Для заливки полости корпуса насоса жидкостью, образующей водяное кольцо, служит канал 10. При вращении ротора по часовой стрелке через щели 11, расположенные на обеих крышках и соединенные со всасывающим патрубком 12, будет происходить всасывание. В то же время через щели 13, расположенные также в крышках и соединенные с нагнетательным патрубком 14, будет происходить нагнетание. Если за один оборот каждая лопасть совершает одно всасывание и одно нагнетание (один рабочий цикл), такой насос является насосом прямого действия. 1.10. Вихревые насосы Вихревые насосы являются разновидностью лопастных насосов. Это дальнейшая ступень развития водокольцевых насосов. Своими рабочими колесами они могут всасывать и перекачивать жидкости и их эмульсии с воздухом или парами этих жидкостей. Особенность вихревого насоса – сочетание самовсасывающей способности и большого напора, превышающего напор обычного центробежного насоса в 3–5 раз при одной и той же окружной скорости. Рассмотрим схему устройства вихревого насоса и движения жидкости в нем (рис. 71). У диска колеса 1 радиальные лопасти фрезерованные. Цилиндрический корпус имеет всасывающий патрубок 2 и нагнетательный 3 (рис. 71 а), которые разделены перегородкой 4. При вращении колеса жидкость лопастями перемещается по кольцевому каналу 5. Зазоры между торцами колеса и стенками корпуса, а также перегородкой и ободом колеса составляют 0,2–0,3 мм. Под действием центробежной силы и вращения лопаток частичка жидкости занимает последовательно положения А, В и D, двигаясь по спирали (рис. 71 б, 71 в). При сравнении центробежных, вихревых и водокольцевых насосов определили, что у центробежных насосов нет сухого всасывания (значит, он не самовсасывающий), водокольцевой и вихревой обладают свойствами самовсасывания. Поэтому, если центробежный насос оборудовать вакуумными приставками, можно получить самовсасывающий насос. Например, наиболее часто применяется центробежно-вихревой насос, у которого корпус и приводной вал рабочих колес общие. Рис. 71. Схема устройства вихревого насоса. 51 Рассмотрим схему центробежно-вихревого насоса (рис. 72). Из схемы видно, что перекачиваемая жидкость поступает в полость центробежного колеса 3, откуда под напором поступает в полость вихревого колеса 1, под действием которого напор увеличивается в 3–5 раз, и перекачиваемая жидкость через нагнетательный патрубок поступает к потребителю. Центробежно-вихревой насос типа ЭСН (Э – электрический, С – самовсасывающий, Н – насос), изображенный на рисунке 73, представляет собой агрегат, объединяющий в одно целое горизонтальный двухступенчатый центробежРис. 72. Схема центробежно-вихревого но-вихревой насос и электродвигатель. Присонасоса. единительный фланец 1 и патрубок 18 отлиты заодно с крышкой 16, соединены с корпусом 2 шпильками. Первая ступень насоса выполнена в виде колеса центробежного насоса с обтекателем; вторая ступень – в виде колеса вихревого насоса 15, помещенного в рабочую камеру, образованную из двух вставок 13. Так как насос предназначен для подачи пресной и соленой воды, его корпус 2 и вставки 13 выполнены из бронзы. Положение вставок фиксируется цилиндрическим штифтом 17. Оба лопастных колеса насажены на удлинитель 4 вала электромотора 3, выполненного из нержавеющей стали, закрепленного штифтом, проходящим через отверстие 5. На удлинителе вала имеется канавка для стального кольца 11, которое закрепляет сальниковую пружину. Сальниковое уплотнение состоит из подпятника 6 из нержавеющей стали и пяты 7 из свинцовой бронзы, торцовое трение которых создает необходимое уплотнение. Плита прижимается к подпятнику пружиной 10 через бронзовую втулку 9. Для повышения герметичности в вал устанавливается уплотняющее резиновое кольцо 8. Для спуска воды из насоса при продолжительной его остановке служат пробки 12 и 14, установленные соответственно в корпусе и на крышке насоса. Рис. 73. Центробежно-вихревой насос типа ЭСН. Осевые (пропеллерные) насосы. Схема пропеллерного насоса изображена на рисунке 74 а. В корпусе 2 помещено вращающееся лопастное колесо 1 и неподвижные направляющие лопасти 3. 52 Жидкости, поступающей, как указано стрелками, к рабочему колесу 1, сообщаются лопастями колеса окружная и переносная скорости. Жидкость, пройдя по каналам, образованным лопастями колеса, по выходе из него попадает на направляющие лопасти 3. Если рассечь лопастное колесо цилиндрической поверхностью радиуса r, ось которой совпадает с осью лопастного колеса, а затем развернуть эту поверхность на плоскости, то след лопастей на этой поверхности даст ряд профилей, об- Рис. 74. Осевой насос: а – конструкция; б – развертка крылатки. разующих каналы (рис. 74 б). Такая развертка называется решеткой профилей. На рисунке 75 изображен осевой циркуляционный насос главных конденсаторов паровой силовой установки. Корпус насоса состоит из приемного патрубка со входными неподвижными направляющими лопастями 1 и отливной части 10, соединенных болтами с гайками. К отливной части 10 крепятся на винтах неподвижные направляющие лопасти 2, отлитые заодно с корпусом подшипника 8. Втулка подшипника 11 залита белым металлом или набрана материалом, работающим на водяной смазке (бакаут, текстолит и т. д.) и закреплена в корпусе 8 на резьбе. В подшипник вставлена нижняя часть вала 4, на конус которого при помощи шпонки и гайки 12 своей ступицей 3 насажено четырехлопастное колесо с лопастями 6. Рабочее колесо отлито из фосфористой бронзы. Для уменьшения гидравлических сопротивлений торец ступицы и гайка закрыты удобообтекаемым кожухом 7. Смазка к подшипнику подводится по трубе 5. Верхний конец вала уплотнен обычным сальником 13. Циркуляционная вода подводится от кингстона к отверстию фланца 14, проходит направляющие лопасти 1 приемного патрубка, проточную часть рабочего колеса и направляющие лопасти 2 нагнетательной части, а затем через отверстие фланца 15 отводится к месту назначения. Насос одновременно может служить и мощным водоотливным средством. Рис. 75. Осевой насос с паТрубопровод водоотливной системы присоединяеттрубком аварийного приема. ся к фланцу патрубка 16. 1.10.1. Правила эксплуатации центробежных и вихревых насосов 1. При запуске центробежного насоса необходимо выполнить следующие операции: а) закрыть полностью клапан на нагнетательной стороне насоса (если другое не предусмотрено инструкцией); б) при наличии гидравлического затвора сальников и систем охлаждения подшипников обеспечить поступление рабочей жидкости к затворам и подшипникам; в) полностью открыть клапан на всасывающей стороне насоса; г) проверить наличие жидкости в насосе и приемном трубопроводе. При отсутствии жидкости несамовсасывающий насос залить, а во самовсасывающем насосе проверить подсасывающее устройство и либо включить его в действие, либо подготовить к действию (в зависимости от типа и конструкции насоса); д) подготовить к действию двигатель насоса и запустить его; е) постепенно открыть клапан на нагнетательном трубопроводе. 53 2. Во время работы насоса необходимо: а) вести наблюдение за показаниями контрольно-измерительных приборов: значительное колебание стрелки манометра на нагнетательном трубопроводе указывает на наличие в насосе воздуха; резкие изменения в показаниях амперметра при неизменяющихся показаниях манометров могут свидетельствовать о механических неисправностях насоса: заедании в подшипниках, в уплотнениях колес, сальниках, вакуумном устройстве; б) следить за температурой подшипников, не допуская их чрезмерного нагревания; в) следить за состоянием сальниковой набивки по просачиванию перекачиваемой жидкости; г) периодически открывать краны на корпусе насоса (при их наличии) для удаления воздуха. Работа насоса без жидкости запрещается. 3. Регулирование производительности и напора насосов должно осуществляться с помощью изменения частоты вращения двигателя или посредством изменения открытия клапана на нагнетательном трубопроводе. Регулирование производительности насоса перекрытием клапана на всасывающем трубопроводе не рекомендуется, т. к. это может привести к кавитационым разрушениям рабочей поверхности крылатки и срыву потока. 4. При техническом использовании вихревых насосов следует руководствоваться пп. 1– 3 с той разницей, что запуск вихревого насоса должен производиться при открытом нагнетательном клапане. 5. При остановке насоса первым следует закрывать нагнетательный клапан во избежание опорожнения насоса и трубопровода. 1.11. Струйные насосы: принцип действия Струйный насос – насос, действие которого основано на использовании для перемещения капельной жидкости, а также газов и паров кинетической энергии струи другой жидкости, пара или газа. Особенностью этих насосов является их устройство, которое не имеет ни одной движущейся детали, что значительно увеличивает надежность его в работе по сравнению с уже рассмотренными насосами. Они подразделяются на инжекторы и эжекторы. Инжекторы – насосы нагнетающие, представляющие насосы высокого давления, как правило, применяются на судах только как паровые. Эжекторы – насосы отсасывающие, являются насосами низкого давления и могут работать водой, паром или газом. В зависимости от назначения струйного насоса в качестве рабочей жидкости могут использоваться: вода, смазочное масло, водяной пар, воздух и т. п., причем давление рабочей жидкости редко превышает 10–15 кгс/см2 для жидкости и 15–25 ата для водяного пара. По типу рабочей жидкости струйные насосы подразделяются на водоструйные, пароструйные и газоструйные. Принцип действия эжекторов и инжекторов основан на постоянстве суммарной потенциальной и кинетической энергии. Согласно уравнению Д. Бернулли для идеальной жидкости сумма энергий: Z + P/γ + V 2 /2g = const. За счет увеличения скоростной энергии V2/2g уменьшается статический напор и образуется разряжение, необходимое для всасывания воздуха и перекачиваемой жидкости. Рассмотрим схему работы струйного насоса (рис. 76). 54 К соплу 1 подводится рабочая жидкость под напором Н1н м вод. ст. При истечении рабочей жидкости из сопла 1 динамический напор ее возрастает, а статическое давление падает. Проходя камеру смешения 2, рабочая жидкость увлекает за собой воздух, находящийся в ней, создавая вакуум Н2 м вод. ст. Далее смесь воздуха и воды попадает в расходящийся диффузор 3, где происходит преобразование динамического напора в статическое давление, которое необходимо для поднятия жидкости на высоту Zн, а также преодоления давления Р0 в резервуаре 4 и гидравлических сопротивлений трубопровода на длине ℓн. Когда в камере смешения разрежение достигает достаточной величины для поднятия перекачиваемой жидкости из нижнего резервуара 5 на высоту Zн и преодоления сопротивления всасывающего трубопровода, под давлением атмосферы Ра на свободную поверхность жидкости она станет поступать в камеру смеРис. 76. Схема работы шения 2 по всасывающему трубопроводу 9. струйного насоса. Смешиваясь в камере 2 с рабочей жидкостью, перекачиваемая жидкость поступит в диффузор 3 и далее в резервуар 4. Пьезометрические трубки показывают давление жидкости в контрольных точках. Пьезометрическая трубка 6 показывает давление перед соплом 1 равное Н1н, трубка 7 – вакуум в камере смешения 2, равный высоте Н2, и трубка 8 – давление нагнетания на выходе из диффузора равное высоте: Н3 = Zн ± P 0 / γ + hн, где hн потери – напора на преодоление гидравлических сопротивлений трубопровода на пути ℓ н . Если в сопло поступает Q1 м3 жидкости, а по всасывающему трубопроводу Q2, то в нагнетательный трубопровод будет поступать Q1 + Q2 = Q м3 жидкости. 1.11.1. Конструкции струйных насосов Рис. 77. Водоструйный водоотливной насос. На рисунке 77 изображен водоструйный водоотливной насос, состоящий из сопла 1, камеры смешения 2, диффузора 3 и нагнетательного патрубка 5, расположенного в конце горловины. Рабочая жидкость под давлением обычно подается из пожарной водяной системы к соплу 1 и, пройдя его, поступает в горло 6, а затем в диффузор 3. 55 Проходя камеру смешения, струя рабочей жидкости отсасывает из нее воздух, создавая в ней разрежение, вследствие чего через патрубок 4 в камеру смешения поступает перекачиваемая жидкость. Из камеры смешения смесь рабочей и перекачиваемой жидкостей поступает в горло 6, а затем через диффузор 3 в нагнетательный трубопровод 5. Для увеличения КПД водоструйных насосов поток перекачиваемой жидкости направляют параллельно потоку струи рабочей жидкости. На судах в качестве водоотливных средств отсеков, не имеющих приемных отростков соответствующих судовых систем, применяются стационарные или переносные водоструйные насосы. 1.11.2. Правила эксплуатации струйных насосов 1. При вводе в действие пароструйного воздушного эжектора необходимо: а) открыть клапаны на трубопроводе охлаждающей воды (конденсата) и убедиться в поступлении воды к охладителям эжектора; б) открыть запорный клапан на паровом трубопроводе к эжектору и продуть паропровод; в) поднять давление рабочего пара перед соплами и, убедившись, что эжектор поддерживает вакуум, медленно открыть приемный клапан отсоса паровоздушной смеси. 2. При вводе в действие установки, обслуживаемой пароструйным воздушным эжектором, сначала пускается его последняя ступень. Затем для создания более глубокого вакуума включаются последовательно вторая и первая ступени. При наличии двух пароструйных эжекторов, один из которых резервный, для ускорения создания разрежения допускается включать на параллельную работу оба эжектора. 3. Во время работы пароструйного воздушного эжектора необходимо: а) следить за поддержанием вакуума, нормального давления пара, температуры охлаждающей воды; б) следить за выходом воздуха (паровоздушной смеси) из атмосферной трубы; в) контролировать действие дренажной системы для удаления конденсата из охладителей эжекторов. 4. При срыве работы пароструйного эжектора (запаривании) вследствие перегрева охладителя необходимо отключить эжектор и снова ввести его в действие. 5. При выключении паровоздушного эжектора необходимо: а) закрыть приемный клапан паровоздушной смеси; б) выключить вначале первую, затем вторую, а в трехступенчатом эжекторе – третью ступень; в) закрыть клапан на подводе и клапаны на всасывающем и нагнетательном трубопроводах охлаждающей воды (конденсата); г) открыть спускные краники для осушения эжектора и трубопроводов. 6. При подготовке водоструйного эжектора к действию необходимо: а) открыть клапан на отливном трубопроводе; б) открыть запорный клапан на трубопроводе рабочей жидкости; в) открыть запорный клапан у всасывающего патрубка. 7. Во время работы водоструйного эжектора необходимо следить за поддержанием рабочего давления жидкости, не допуская повышения противодавления (напора) выше указанного в инструкции по эксплуатации. При обслуживании переносных эжекторов не допускать перегибов и заломов всасывающих и нагнетательных шлангов. При выключении эжектора необходимо последовательно закрыть запорные клапаны рабочей жидкости на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. 8. При подготовке инжектора к действию необходимо: а) открыть питательный клапан на котле, а также убедиться, что все необходимые переключения клапанов выполнены правильно; 56 б) открыть клапан на трубопроводе подвода свежего пара к инжектору и медленно переводить пусковую рукоятку, пока инжектор начнет подавать воду. 9. Во время работы инжектора необходимо вести наблюдение за вестовой трубой; если наблюдается большой пропуск пара или воды, следует произвести повторный пуск инжектора. При срыве работы инжектора от перегрева прекратить подачу пара к нему и охладить его. Максимальная температура питательной воды, подаваемой к инжектору, не должна быть выше 70 °С. 57 2. СИСТЕМЫ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 2.1. Топливные системы Общие положения. Топливные системы предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к двигателям, котлам и инсинераторам. Проектирование и конструирование топливных систем осуществляют в соответствии с отраслевыми стандартами и Правилами Регистра. В связи с обширностью выполняемых функций топливные системы подразделяются на ряд самостоятельных систем: приемно-перекачивающую, топливоподготовки и расходную. В свою очередь, каждая из перечисленных систем в зависимости от сорта топлива может предназначаться для маловязкого топлива (МВТ) и высоковязкого топлива (ВВТ). Большинство дизелей транспортных теплоходов на основных режимах плавания работают на тяжелых (вязких) сортах топлива. При запуске же, на переходных режимах и перед остановкой используют легкое (маловязкое) топливо. Поэтому в составе СДУ необходимо наличие двух топливных систем: тяжелого и легкого топлива; первая обеспечивает также работу вспомогательного парогенератора, а вторая – работу вспомогательных двигателей. Если главный и вспомогательные двигатели работают только на легком топливе, а вспомогательный парогенератор – на тяжелом, то для него предусматривается отдельная система топливоподачи. Состав и работу топливной системы СДУ рассмотрим на примере приведенной на рисунке 78 принципиальной схемы, которая предусматривает возможность работы главного двигателя как на легком, так и на тяжелом топливе. Рис. 78. Принципиальная схема топливной системы СДУ. Левая часть схемы относится к системе подачи легкого топлива из цистерны основного запаса в расходную цистерну и из нее к двигателю, правая часть – к системе подачи тяжелого топлива. Схема предусматривает возможность выполнения всего комплекса операций по подготовке и подаче к главному двигателю как легкого, так и тяжелого топлива. Чтобы не загромождать чертеж, все механизмы и устройства системы даны без учета требований ре- 58 зервирования. Показаны также трубопроводы подачи топлива к вспомогательным двигателям (ВД) и парогенератору (ВПГ). Система подачи легкого топлива. Из цистерны основного запаса 1 (рис. 78, левая часть) легкое топливо через приемную трубу и путевой фильтр грубой очистки (ФГО) 4 забирается топливоперекачивающим насосом 5 с автономным, преимущественно электрическим приводом, прокачивается через фильтр тонкой очистки (ФТО) 6 и подается в расходную цистерну 9 главного или вспомогательного двигателя. Заполнение цистерны 9 контролируют по мерному устройству 8 и контрольному стеклу переливного устройства 8. Для более тонкой очистки топлива, очистки от воды, которая могла попасть в него в хранилищах, а также для резервирования топливоперекачивающего насоса 5 параллельно ему установлен сепаратор 7. Из расходной цистерны через запорный клапан 11 и путевой (сдвоенный или самоочищающийся) фильтр грубой очистки (ФГО) 12 топливо забирается одним из двух параллельно включенных топливоподкачивающих насосов 18. Привод может быть автономным у каждого насоса или один из насосов может приводиться от коленчатого вала, а второй – от электродвигателя. Через сдвоенный фильтр тонкой очистки 16 топливо подается к топливным насосам высокого давления (ТНВД) 14. Изображенные на рисунке подогреватель 17 и регулятор вязкости 15 при работе двигателя только на легком топливе не устанавливают. Избыток подаваемого топлива по магистрали 13 возвращается в специальную деаэрационную цистерну 19 (о назначении ее будет сказано при рассмотрении схемы подачи тяжелого топлива). В СДУ, где главный двигатель работает только на легком топливе, такой цистерны, как правило, не ставят. В этом случае избыточное топливо или возвращается к приемному патрубку топливоподкачивающего насоса 18, или сливается в расходную цистерну. Внизу расходной цистерны 9 установлен клапан 10, через который отстой спускается в специальную цистерну грязного топлива 20. Описанная схема подачи легкого топлива полностью соответствует как главной, так и вспомогательной установке, в которой двигатель работает только на легком топливе. Система подачи тяжелого топлива. Из цистерны основного запаса 1 (рис. 78, правая часть) тяжелое топливо, перед тем как попасть в свою расходную цистерну 9, проходит процесс специальной подготовки. Этот процесс состоит в отстаивании подогретого топлива и последующей его сепарации. Из цистерны основного запаса 1, где тяжелое топливо хранится в подогретом состоянии, через приемную трубу и путевой ФГО 4 топливоперекачивающий насос 5 с автономным приводом подает топливо к подогревателю 17, а затем оно сливается в отстойную цистерну 21, вмещающую суточный запас, и отстаивается в течение 24 ч при температуре 30–60 °С. Необходимая температура поддерживается установленным в цистерне подогревателем. При этом оседает часть механических примесей, вода и растворившиеся в ней химические примеси. После окончания отстаивания осевшая грязь и вода через клапан 10 спускаются в цистерну грязного топлива 20. Окончательная очистка топлива происходит в сепараторах 7, где отделяются примеси и вода. На схеме предусмотрена возможность как последовательного, так и параллельного включения сепараторов. При последовательном включении в первом сепараторе происходит отделение воды (пурификация), а во втором – отделение механических примесей (кларификация). При параллельном включении оба сепаратора работают в одном режиме – пурификации или кларификации. Очищенное топливо откачивающим насосом сепаратора подается в расходную цистерну тяжелого топлива 9, где необходимая температура поддерживается подогревателем 17. В системе устанавливают не менее двух самоочищающихся сепараторов. Контроль за наполнением расходной цистерны ведется по мерному и переливному устройствам 8. Из расходной цистерны 9 через клапан 11, сдвоенный путевой фильтр грубой очистки 12 и деаэрационную цистерну 19 топливо забирается одним из топливоподкачивающих насосов 18, 59 работающих так же, как в системе легкого топлива. Через подогреватель 17 и регулятор вязкости 15 оно подается к топливным насосам высокого давления 14. При изменении вязкости поступающего топлива регулятор вязкости 15 подает импульс на подогреватель 17, в результате чего изменяется степень подогрева топлива. Как и в рассмотренной выше системе, избыток топлива из ТНВД по трубопроводу 13 поступает в деаэрационную цистерну 19, где отделяются парогазовые пузырьки, образовавшиеся в процессе подогрева и дросселирования топлива в ТНВД. Избыточное топливо, температура которого выше, чем температура топлива, поступающего из расходной цистерны, смешиваясь с ним в цистерне 19, подогревает его, после чего это подогретое топливо поступает к топливоподкачивающим насосам 18. Наличие деаэрационной цистерны позволяет уменьшить потери теплоты в системе и обеспечить постепенный перевод двигателя с одного вида топлива на другое. Перевод с легкого топлива на тяжелое происходит после полного прогрева двигателя и выхода на постоянный режим. В целях уменьшения потерь теплоты от топлива, проходящего подготовку, все трубопроводы и хранилища должны иметь тепловую изоляцию. При использовании очень вязких сортов топлива для поддержания их температуры на пути от расходной цистерны до форсунки параллельно топливному трубопроводу прокладывают трубопровод пара (спутник) и заключают их в общий теплоизолирующий кожух. Трассировка спутников показана на рисунке 78 штриховой линией. Как видно из рисунка 78, топливоперекачивающие насосы 5 в системе легкого и тяжелого топлива кроме подачи топлива в расходные и отстойные цистерны обеспечивают его перекачку из одной цистерны основного запаса в другую. Правила Регистра требуют, чтобы эти насосы имели резерв. Допускается использовать в качестве резерва насосы сепараторов. Так, в системе легкого топлива приемный насос сепаратора 7 резервирует топливоперекачивающий насос 5. Для использования в качестве резерва насосов сепараторов 7 в системе тяжелого топлива необходимо соединить трубопроводами с установленными на них клапанами точки I–I и II–II. Кроме того, если соединить патрубки 2–2 и 3–3 в системе тяжелого и легкого топлива, то насосы 5 тяжелого и легкого топлива будут резервировать друг друга. Это позволяет, в частности, оставить один насос 5, зарезервированный сепараторами. Он будет обеспечивать перекачку как тяжелого, так и легкого топлива. 2.1.1. Приемно-перекачивающий трубопровод Рис. 79. Схема приемно-перекачивающего топливного трубопровода промыслового судна. Трубы: наливные; ---------- зачистные. 1 – топливные отсеки в двойном дне; 2 – топливоперекачивающий насос; 3 – приемники топлива; 4 – топливные высокие отсеки вне двойного дна (диптанки). 60 Трубопровод приема и перекачки топлива выполняет следующие функции: прием топлива с берега или с другого судна и выдачу топлива на другое судно; размещение топлива в цистерны основного запаса; перекачивание топлива из одних цистерн основного запаса в другие; подачу тяжелого топлива из цистерн основного запаса в отстойные цистерны, дизельного топлива – в расходные цистерны. На рисунке 79 дана схема приемно-перекачивающего топливного трубопровода промыслового судна. В этом случае все цистерны расположены вблизи МО, и управление клапанами при наливе и перекачке осуществляется из одного места. На рисунке 80 схемы топливного трубопровода сухогрузного судна цистерны размещены относительно далеко от МО, поэтому должны быть диптанками для обеспечения подпора перед насосами. Управление процессом приема или перекачки производится через приемно-напорную клапанную коробку 3 и клапаны 2, установленные на приемно-наливных магистралях вблизи цистерн. Управление клапанами может быть как местным, так и дистанционным – из поста управления в МО. Принимаемое топливо через соответствующие клапаны 2 или приемнонапорную коробку 3 распределяется по цистернам. Перекачка топлива из цистерны в цистерну осуществляется топливоперекачивающим насосом 4. Рис. 80. Схема приемно-перекачивающего топливного трубопровода сухогрузного судна: 1 – кормовые цистерны во втором дне; 2 – групповые клапанные коробки; 3 – приемно-напорная клапанная коробка; 4 – топливоперекачивающий насос; 5 – цистерны в районе МО; 6 – носовые цистерны. Контроль за количеством топлива в цистернах в процессе эксплуатации СДУ осуществляется через контрольные трубы футштоком. Кроме того, может быть установлена система дистанционного замера с поста управления в МО. Одна из возможных систем дистанционного пневматического контроля за уровнем топлива (рис. 81) работает следующим образом. При подаче насосом 1 воздуха в трубу 2 уровень ртути в правом стекле U-образного манометра повышается до тех пор, пока топливо из трубы 2 не будет выжато давлением воздуха, и воздух через конец трубы 3 не начнет поступать в цистерну 4. Столб ртути h в манометре в масштабе покажет количество топлива в цистерне. Для цистерн (танков) должны быть на судне таблицы кривых емкости танков в зависимости от высоты наполнения, так как емкость танков зависит от конструктивного насыщения корпуса, частью которого они являются. Кроме пневматической применяются гидравлические и электрические системы. 61 Прием топлива на судно является ответственной операцией, характеризующейся повышенной пожароопасностью и вероятностью загрязнения судна и окружающей акватории нефтепродуктами. Большинство промысловых судов свыше половины расходуемого топлива получают от приемно-транспортных судов или танкеров в море. Учитывая качку, еще большая осторожность требуется при бункеровке судов в открытом море. Для приема топлива на судах имеются специальные устройства, размещаемые в приемных станциях. Приемные устройства оснащены приемными патрубками по обоим бортам и грязевыми коробками, а приемные станции – необходимыми контрольноизмерительными приборами. Шланги, по которым подается топливо на судно, присоединяют к приемным патрубкам с помощью болтов, замков или струбцин. При использовании в СЭУ нескольких сортов топлива для каждого из них желательно иметь автономный приемно-перекачивающий трубопровод, но допускается прием различных сортов топлив и по одному трубопроводу, диаметр которого должен обеспечить прием бункера за 6–10 часов. Для судов промыслового Рис 81. Пневматическая система флота это время рассчитывают по интенсивности прие- дистанционного контроля уровня ма топлива, которая зависит от водоизмещения судна: топлива в цистерне. 50 т/ч – до 1200 т, 70 т/ч – при 1200–1900 т и 100 т/ч – свыше 1900 т. Трубопровод приема топлива оборудуется переливной трубой, выполненной в виде петли, на которой устанавливается смотровое стекло и предупредительное реле, а также цистерной для сбора переливного топлива. Во время приема топлива необходимо следить за заполнением цистерн запаса, чтобы не допустить перелива через головки воздушных труб. Контроль осуществляется одним из трех способов: по переливным трубам, по воздушнопереливным трубам и по контрольным цистернам (рис. 82). Запорные клапаны на приемных трубах цистерн основного запаса имеют, как правило, привод дистанционного закрытия из ЦПУ. Для перекачивания топлива на судне предусматривают не менее двух топливоперекачивающих насосов. Один из них является резервным, им может быть и насос сепаратора. Производительность насоса выбирается с таким расчетом, чтобы суточный расход топлива ЭУ на режиме максимального хода перекачивался за 1–1,5 ч. Давление, развиваемое насосом, принимается 0,25–0,5 МПа в зависимости от условий его работы. Рекомендуется предусматривать насосы для каждого сорта топлива. Перед насосами устанавливают фильтры грубой очистки. В качестве топливоперекачивающих устанавливаются обычно электроприводные шестеренчатые или винтовые насосы, которые кроме местных постов управления имеют средства для их остановки, расположенные вне машинного отделения (МО). Для хранения жидкого топлива на судне служат топливные цистерны: основного запаса, аварийного запаса, расходные, отстойные, переливные, сбора нефтесодержащих остатков, а также шлама. 62 Рис. 82. Схема приема топлива в цистерны запаса с различными способами контроля уровня: а – по переливным трубам; б – по воздушно-переливным трубам; в – по контрольным (высоким) цистернам. 1 – трубопровод от внесудовых средств; 2 – переливная труба; 3 – переливная цистерна; 4 – трубопровод к топливоперекачивающим насосам; 5 – контрольная цистерна. Цистерны основного запаса располагают в бортовых отсеках (не в районе МО), в междудонном пространстве, диптанках. Общая вместимость цистерн зависит от автономности плавания и определяется расчетом. Цистерны аварийного запаса топлива, не требующего подогрева, размещают вне двойного дна. Их вместимость должна быть не менее суточного запаса топлива на ЭУ при работе ее на полной мощности. Расходные цистерны, служащие для хранения топлива, подготовленного для двигателя, располагаются в бортовых отсеках и диптанках. На судне с одним ГД обычно устанавливают две расходные цистерны. Если ГД работает на мало- и высоковязком топливе, должны быть предусмотрены отдельные расходные цистерны для каждого вида топлива. Объем цистерн зависит от степени автоматизации судна. Отстойные цистерны предназначены для предварительного отстоя топлива, во время которого из него выпадают твердые частицы и вода. Их размещают вблизи от расходных цистерн одинаковой с ними вместимости. Расходные и отстойные цистерны оборудуются переливными трубами, которые отводятся в нижерасположенные цистерны. На переливной трубе обычно устанавливают смотровое стекло или устройство, сигнализирующее о переливе жидкости. Топливные цистерны всех назначений оборудуются воздушными трубами диаметром не менее 50 мм, которые выводятся выше палуб переборок. Они выводятся из верхней части цистерны в местах, удаленных от наполнительного трубопровода во избежание образования воздушных мешков. Выходные концы воздушных труб выполняются в виде колена, обращенного отверстием вниз, или имеют другую конструкцию, согласованную с Регистром, как правило, это специальные воздушные головки. На них устанавливают пламяпрерывающие сетки и автоматически действующие запорные устройства поплавкового типа для предотвращения попадания воды в цистерну. Для измерения количества топлива в цистернах двойного дна обычно используют измерительные трубы с размеченными для каждой цистерны футштоками, а также широко используются приборы дистанционного измерения уровня топлива в цистернах. 2.1.2. Топливоподготовка Топливоподготовка является важнейшей эксплуатационной операцией, улучшающей качество топлива. Применяемые на судах способы обработки топлив делятся на две основные группы: первая – обеспечивающие изменение физического состояния методом тепловой обработки и гомогенизацией и вторая – обеспечивающие изменение физико-химического со63 става топлива очисткой его от механических примесей и воды химической обработкой, а также вводом присадок. Тепловая обработка высоковязкого топлива (ВВТ) заключается в его подогреве с целью повышения текучести, лучшей очистки от механических примесей и более эффективного распыла. Наибольшее распространение получили паровые подогреватели кожухотрубного типа и реже – пластинчатые подогреватели фирмы «Альфа Лаваль». Обогрев топливных цистерн осуществляется с помощью паровых или водяных змеевиков, а в последнее время применяют и местный обогрев методом размыва (горячеструйный) – циркуляцией топлива по замкнутому контуру через мощный подогреватель (ПТК-20В или ПТК-10В). Метод позволяет упростить оборудование цистерн, уменьшить их материалоемкость, не снижая эффективности подогрева. Змеевики обогрева изготовляют из стальных труб и размещают в нижней части цистерн. Давление греющего пара принимают 0,4–0,5 МПа. Максимальная температура подогретого топлива в цистернах должна быть ниже температуры вспышки паров топлива не менее чем на 15 С. На протяженных трубопроводах ВВТ обычно устанавливают паровые спутники, представляющие собой паропровод небольшого диаметра, уложенный на топливный трубопровод и вместе с ним заизолированный. При гомогенизации ВВТ разрушаются желеобразные сгущения и твердые агломераты, исключаются потери горючей массы топлива, механические примеси из топлива не удаляются, а измельчаются. Фильтрация топлива позволяет улучшить его по тонкости очистки от механических примесей в зависимости от требований эксплуатации. Для очистки топлив применяют соответствующие материалы и конструкции. Конкретные технические требования к топливным фильтрам дизелей изложены в ГОСТ 14146-79. С целью обеспечения непрерывной очистки топлива в системе устанавливают сдвоенные или строенные фильтры, в которых фильтрующие патроны работают попеременно, или применяют автоматические самоочищающиеся обратным потоком фильтруемой жидкости фильтры. На судах зарубежной постройки широко применяются фильтрационные установки самоочищающегося типа, способные освобождать топливо не только от механических примесей, асфальто-смолистых отложений, но и от воды. Такие установки стали конкурировать с сепараторами. Их достоинство заключается в периодической или непрерывной очистке фильтрующих патронов, применении новых эффективных материалов для них и высокой степени автоматизации. Наибольшее распространение получили фильтрационные установки зарубежных фирм «Винслоу», «Софранс», «Скаматик» и др. Сепарирование топлива является наиболее распространенным и эффективным способом очистки топлив от механических примесей и воды. Центробежные сепараторы обеспечивают удаление примесей неорганического происхождения с размерами частиц 5 мкм и менее и органического происхождения 7 мкм и менее, а также воды (следов). Потери горючей части топлива вместе с отсепарированной водой и осадком при удалении не превышают 1 % при очистке МВТ и 3 % при очистке мазутов. Критерием для выбора типа сепаратора считается количество примесей, подлежащих удалению из топлива. Самоочищающиеся сепараторы с поршневыми подвижными затворами (типа РХ, CNS, МАРХ) эффективны при очистке топлив с содержанием примесей 0,03– 0,4 %. При содержании примесей 0,05–2 % и более предпочтительны сепараторы с непрерывным удалением разжиженного шлама (типа «Гравитол»). Наиболее распространенными и эффективными на судах являются сепараторы фирмы «Альфа Лаваль». Эффективность работы сепараторов снижается с увеличением плотности топлив, которая для обычных сепараторов не должна превышать 990 кг/м3 при 15 С. Максимальная разность плотности топлива и воды наблюдается при 80–90 С. Для очистки топлива большей плотности необходимо применять специальные сепараторы. За рубежом создана специальная система очистки тяжелых сортов топлив предельной плотности 1010 кг/м3 при 15 С – АЛКАП. В нее входят новые сепараторы ФОПКС, не имеющие гравитационных дисков. 64 В зависимости от способа настройки сепаратор может работать как кларификатор (отделение твердых частиц из топлива) или как пурификатор (сепарация воды и отстоя, причем вода непрерывно удаляется из барабана). При обработке низкосортного тяжелого топлива сепараторы обычно подключаются последовательно: пурификатор за кларификатором, что обеспечивает необходимое качество очистки топлива. Сепарирование ВВТ производят саморазгружающимися сепараторами, а МВТ – саморазгружающимися и несаморазгружающимися сепараторами. Характеристики центробежных сепараторов приведены в таблице 2. Согласно Правилам Регистра в системе топливоподготовки необходимо установить не менее двух сепараторов для ВВТ и один сепаратор для МВТ. Сепаратор МВТ резервируется одним из сепараторов ВВТ. Схема включения сепараторов в систему топливоподготовки СДУ мощностью 25000 кВт показана на рисунке 83. Она предусматривает сепарирование мало- и высоковязкого топлива (до 350 мм2/с). В ее состав входит один сепаратор МВТ и три – ВВТ (на рисунке показан один). Сепараторы ВВТ могут подключаться в системе параллельно и последовательно. Один из них является резервным, он же резервирует и сепаратор МВТ. В цистернах ВВТ предусмотрены змеевики для обогрева. Во время работы системы поддерживается температура топлива в расходных цистернах 70 С, в отстойных – 60 С. Перед сепаратором оно подогревается в штатном подогревателе до 95–98 С, а затем подается в расходные цистерны через охладитель, где температура снижается до 70 С. Трубопровод ВВТ оборудован паровым спутником, они изолированы совместно. Химическая обработка топлива заключается во введении в него присадок. Она необходима для уменьшения потерь топлива вследствие выпадания из него осадка. Ванадиевые соединения в ВВТ вызывают высокотемпературную коррозию выпускных клапанов и проточной части газовых турбин. Поэтому ванадий ингибируют добавлением присадки из магниевых соединений. Масса магния должна в три раза превышать массу присутствующего в топливе ванадия. При такой пропорции из пятиокиси ванадия образуются ванадаты магния, которые имеют достаточно высокую температуру плавления и поэтому не отлагаются на деталях турбины и клапанах, тем самым не вызывая их коррозии. Рис. 83. Схема включения сепараторов в систему топливоподготовки: 1 – цистерны отстойные ВВТ; 2, 3 – цистерны расходные ВВТ, МВТ соответственно; 4 – цистерна МВТ розжига котлоагрегата; 5 – цистерна расходная МВТ ДГ; 6 – цистерна запасно-отстойная МВТ; 7 – осушение цистерны; 8 – охладитель топлива; 9 – цистерны расходные котлоагрегата; 10, 12 – сепаратор ВВТ и МВТ соответственно; 11 – подогреватель топлива; 13 – фонарь смотровой; 14 – в цистерну сбора протечек; 15 – цистерна отходов сепарации топлива и масла (шлама). 65 В СДУ наиболее чувствительными к физико-химическому составу топлива и его физическому состоянию являются прецизионные пары топливных насосов и распылителей форсунок, от работы которых зависит полнота сгорания топлива и нормальная эксплуатация двигателей. Для обеспечения надежности топливной аппаратуры снижают общее содержание в топливе механических примесей, удаляют из него частицы, превышающие зазор в прецизионных парах, и повышают дисперсность асфальто-смолистых веществ и глобул воды. Топливоподготовку рекомендуется проводить комплексно от приема топлива на судно до подачи его в двигатель. Комплексная обработка ВВТ позволяет поддерживать в чистоте емкости для хранения и трубопроводы, исключая образование в них отложений. Система топливоподготовки для СДУ показана на рисунке 84. Рис. 84. Универсальная система топливоподготовки для судовых дизельных установок: 1 – цистерна маловязкого топлива; 2, 24 – топливоперекачивающие насосы; 3 – сепаратор; 4 – расходные цистерны маловязкого топлива; 5 – эжекционно-смесительное устройство; 6, 13, 20 – подогреватели; 7, 12 – контрольные фильтры; 8 – регуляторы вязкости; 9 – топливный трубопровод в ТНВД вспомогательного дизеля; 10 – приточный трубопровод от ТНВД; 11 – трубопровод к ТНВД ГД; 14 – топливоподкачивающие насосы; 15 – смесительная колонка (емкость); 16 – расходная цистерна высоковязкого топлива; 17 – фильтрационная установка; 18 – гомогенизатор; 19 – ротаметр; 21 – цистерна многофункциональных присадок; 22 – цистерна высоковязкого топлива; 23 – дозатор; 24 – насос ВВТ. Дизелестроительные фирмы производят средне- и малооборотные дизели, приспособленные к использованию сверхвысоковязких топлив (до 700 мм2/с). Для этого фирмы разработали специальные системы топливоподготовки закрытого типа. Их особенность (в отличие от систем топливоподготовки открытого типа) заключается в том, что они дополнительно оборудованы специальным блоком подачи топлива, который позволяет поддерживать повышенное давление во всей топливной системе. Это предохраняет от наступления кипения и образования паров и газов в топливе при температуре 130–150 С, поддерживаемой в системе с целью получения необходимой вязкости низкосортных тяжелых топлив. Если подогревать топливо до таких температур в открытой системе топливоподготовки, произойдет вскипание легких фракций, что приведет к потерям топлива (до 7 %). 2.1.3. Расходно-топливная система Такая система обеспечивает непрерывную подачу топлива от расходных цистерн к насосам высокого давления двигателей. В расходных цистернах находится отсепарированное и прошедшее топливоподготовку, готовое к употреблению топливо. Расходные цистерны ВВТ для ГД или вспомогательных котлов располагают обычно выше уровня топливных насосов, создавая тем самым подпор в приемных патрубках насосов. Согласно международной конвенции СОЛАС-74 для каждого сорта топлива рекомендуется устанавливать не менее двух расходных цистерн, каждая вместимостью на 8 часов максимального расхода на ГД, ДГ, котлы или 12 часов при классе AUT2 и 24 при классе AUT1. 66 Таблица 2 Характеристики центробежных сепараторов Характеристика Номинальная производительность, м3/ч Фактическая производительность, м3/ч: дизельное топливо марки Л, (8 мм2/с; 20 С) моторное топливо марки ДТ (20 мм2/с; 65 С) моторное топливо марки ДМ и мазут экспортный по МРТУ 42-63 (30 мм2/с; 85 С) мазут Ф5 (20 мм2/с; 80 С) мазут Ф12 (25 мм2/с; 85 С) мазут топочный марки М40 (38 мм2/с; 90 С) масло турбинное 46 (40 мм2/с; 55 С) масло дизельное М10В2 (46 мм2/с; 65 С) Мощность электродвигателя, кВт Масса, кг Габариты, мм: длина ширина высота СЦ 1,5/1-II СЦ 1,5-4 СЦ 3/1-II СЛ-1 СЛ-2 СЛ-3 СЛ-4 СЛ-5 СЛ-6 2,0 2,5 3,0 2,5 4,5 5,5 9,5 12,0 17,5 2,0 2,5 3,0 – – – – – – 2,5 1,4 0,8 4,5 2,5 1,6 5,5 3,0 2,0 9,5 5,3 3,3 12,0 6,7 4,2 17,5 9,8 6,2 – – – – – – – – – 1,1 0,9 2,8–3,2 269 1,2 3,2 225 1,4 1,3 3,9–4,5 390 1,4 1,1 0,7 1,2 1,1 2,2 270 2,5 2,0 1,2 2,4 2,0 4,0 432 3,0 2,4 1,5 2,4 2,5 5,0 829 5,3 4,2 2,6 5,0 4,4 11,2 1290 6,6 5,3 3,3 6,2 5,5 11,0 1200 9,7 7,7 4,8 9,1 8,1 15,0 490 1087 500 840 1217 660 840 1140 735 980 905 890 1100 1160 920 1225 1705 1015 1780 2070 1317 1520 1470 1230 1585 1470 1290 1690 – Примечание: В скобках указаны вязкость топлива или масла и температура сепарирования. 67 На судах со степенью автоматизации А1, где предусматривается пополнение расходных цистерн с местных постов управления, вместимость каждой из этих цистерн должна обеспечить работу обслуживаемых ею потребителей на максимальном режиме не менее 24 часов, при А2 – 12 часов. Расходные цистерны оборудуют быстрозапорными клапанами, общими для всех потребителей и имеющими управление из МО и вне его. В расходных цистернах должен быть установлен сигнализатор верхнего и нижнего уровней. В случае эпизодического использования танков запаса топлива в качестве балластных в расходно-топливной системе должны быть предусмотрены две отстойные цистерны на каждый вид топлива емкостью на 24 часа расхода топлива. Согласно Правилам Регистра топливные цистерны, расположенные в МО, необходимо оборудовать соответствующими им поддонами, не допускающими протечек топлива на механизмы. Запрещается размещать топливные цистерны над трапами, двигателями, котлами, электрическим оборудованием и постами управления ГД. Схема расположения трубопроводов подачи топлива к двигателям и выбранное оборудование должны обеспечивать независимую работу каждого двигателя, подачу топлива из расходных цистерн к насосам двигателя, окончательную очистку топлива в такой степени, которая требуется для двигателя, необходимую вязкость топлива перед двигателем, отвод протечек и слив топлива от двигателей и оборудования, консервацию топливной аппаратуры двигателей. Расходно-топливные системы в СЭУ различных типов судов существенно не различаются. Наиболее просты системы в установках, использующих только МВТ. Схема расходно-топливной системы ВВТ малооборотного двигателя изображена на рисунке 85. Она несколько сложнее системы МВТ, так как в нее входят дополнительные элементы для подогрева тяжелого топлива и трубопровод МВТ, обеспечивающий работу ГД при пуске и во время маневрирования. Расходные цистерны ВВТ заполняют отсепарированным или прошедшим обработку топливом. Они оборудованы змеевиками обогрева, с помощью которых при работе ГД поддерживается температура 70 С. К ТНВД дизеля из расходных цистерн топливо поступает через смесительную цистерну 9, а затем подается под давлением 1 МПа одним из топливоподкачивающих насосов (второй – резервный) через подогреватель 6, регулятор вязкости 7 и фильтр тонкой очистки. Отсеченное избыточное топливо по трубопроводу возврата направляется в смесительную цистерну, откуда оно вновь подается к ГД. Смесительная цистерна служит для обеспечения плавного перехода в работе ГД с одного сорта топлива на другое. Регулятор вязкости топлива включает в себя вискозиметр, который воздействует на клапан подачи пара в топливоподогреватель и тем самым регулирует вязкость топлива. Трубопровод ВВТ оборудован паровым спутником, оба трубопровода совместно изолированы. При работе ГД на легком топливе оно поступает через смесительную цистерну к одному из насосов 8, а затем по обводному трубопроводу, минуя подогреватель и регулятор вязкости 7 к ГД. В СЭУ для очистки рабочих сред, циркулирующих в системах, применяются фильтры. По назначению различают фильтры предварительной, грубой и тонкой очистки. По способу очистки жидкостей фильтрующие элементы делятся на три основных типа: поверхностные, щелевые и емкостные. Поверхностные задерживают примеси на поверхности фильтрующего элемента (сеточной, матерчатой, бумажной) со стороны подвода загрязненной жидкости. В щелевых элементах фильтров примеси оседают на кромках щелей, образуемых пластинками (пластинчатые), витками проволоки (проволочные) или тонкой лентой (ленточные). Для емкостных (объемных) фильтрующих элементов характерно отложение примесей не только на поверхности фильтрующего элемента, но и внутри него (в толще, в порах). Для этого используют войлочные, фетровые, металлокерамические и другие фильтрующие материалы. 68 Рис. 85. Расходно-топливная система главного дизеля 8ДКРН 60/229-12 (8С60МС): 1 – цистерны расходные МВТ; 2 – цистерны расходные ВВТ; 3 – от смесительной установки вспомогательных ДГ; 4 – к смесительной установке вспомогательных ДГ; 5 – охладитель возвратного топлива; 6 – подогреватель топлива; 7 – регулятор вязкости; 8 – топливо-перекачивающие насосы; 9 – смесительная цистерна; 10 – мерный бак ВВТ; 11 – в цистерну протечек. В качестве фильтра предварительной очистки топлива может быть использована, например, грязевая коробка или переносной палубный фильтр с сеточным фильтрующим элементом, отделяющим от топлива твердые частицы размером более 0,2 мм. Фильтры грубой очистки (ФГО) задерживают примеси размерами от 40 до 1000 мкм. Их устанавливают в топливной и масляной системах перед сепараторами. ФГО выполняют сеточными, пластинчато-ленточными и проволочно-щелевыми. Очистку загрязненных элементов этих фильтров осуществляют вручную проворачиванием рукоятки, обратным потоком жидкости или сжатым воздухом. Периодичность очистки фильтров зависит от их засоренности, что определяется в эксплуатации по разности давлений перед фильтром и за ним. Разность давлений на чистом ФГО составляет 0,02–0,04 МПа, а на загрязненном – 0,08–0,1 МПа. В системах топлива и масла в качестве ФГО применяют сеточные одинарные фильтры (ОСТ 5.4178-77), имеющие следующие характеристики: Марка ФМТ 20/6-1 ФТМ 32/6-1 ФМТ 40/6-1 ФМТ 50/6-1-1 ФМТ 80/6-2,5-1 ФМТ 100/6-2,5-1 ФМТ 150/6-2,5-1 Ду, мм 20 32 40 50 80 100 150 69 Тонкость фильтрации, мм 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 Очистка фильтрующей сетки производится периодически вручную после снятия крышки фильтра. Фильтры с Ду-20, 32, 40 и 50 имеют рабочее давление 0,3 МПа, остальные – 0,6 МПа. Кроме того, в системах СЭУ широко применяют щелевые облегченные фильтры топлива и масла. Их характеристики приведены в таблице 3. Они имеют ручную очистку путем поворота фильтрующих патронов на 1,5–2 оборота, в результате чего специальные скребки снимают образовавшийся осадок с их поверхностей. Шлам собирается в нижней части корпуса и затем удаляется через отверстие, соединенное с дренажным трубопроводом. Фильтр функционирует непрерывно и во время очистки не требует вывода его из действия. Таблица 3 Характеристики щелевых фильтров Марка фильтра 1ФЩ 32/40 2ФЩ 32/40 1ФЩ 40/10 2ФЩ 40/10 1ФЩ 50/10 2ФЩ 50/10 1ФЩ 60/10 2ФЩ 60/10 1ФЩ 125/6 2ФЩ 125/6 1ФЩ 150/6 2ФЩ 150/6 Условный Давле проход, лемм ние, МПа 32 3,9 32 3,9 40 1,0 40 1,0 50 1,0 50 1,0 60 1,0 60 1,0 125 0,6 125 0,6 150 0,6 150 0,6 Тонкость фильтрации, мм 0,25 0,4 0,15 0,25 0,15 0,25 0,15 0,25 0,5 0,4 0,25 0,4 Пропускная Максимальная Масса, способность, температура, кг м3/ч С 5,0 5,0 7,7 9,0 12,0 14,0 20,0 23,0 100 100 200 200 100 100 100 100 100 100 100 100 70 70 70 70 37 37 37 37 37 37 37 37 190 190 230 230 Габариты, мм 306210540 306210540 306210540 306210540 306210540 306210540 306210540 620586740 620586740 670636760 670636760 Фильтры тонкой очистки (ФТО) обеспечивают тонкость отсева от 40 до 2–3 мкм. Они работают с большими перепадами давления, поэтому их фильтрующие элементы должны обладать достаточной прочностью. В ФТО применяют: элементы из спекшейся металлической сетки, изготовленные путем наматывания и спекания бронзовых и стальных проволочных сеток, лучшие фильтры такого типа удерживают частицы размером 3 мкм; бумажные элементы, изготавливаемые в виде гофрированных цилиндров, удерживают частицы размером 10 мкм; элементы из различных тканей, которые удерживают частицы размером 10 мкм; элементы из высокосортного фетра, которые удерживают частицы размером 10 мкм; металлокерамические элементы, в зависимости от размеров гранул исходного порошка обеспечивают тонкость очистки до 2,5 мкм и менее; элементы из керамики, изготовленные в виде цилиндров с толщиной стенок 3 мм, тонкость очистки достигает 2 мкм; элементы из волокнистых прессованных материалов и пластмасс с высокопористой структурой, тонкость очистки достигает 1–2 мкм. Эти фильтры изготовляют поверхностного, объемного и щелевого типов. Возрастание перепада давления на фильтре при загрязнении фильтроэлемента приводит к деформации последнего и в случае чрезмерного возрастания перепада давления может 70 привести к его разрушению. Установка перепускного клапана предохраняет фильтроэлемент от разрушения, но ведет к попаданию в систему нефильтрованного топлива и масла. Из-за того что фильтр создает довольно значительное гидравлическое сопротивление, устанавливать его следует на тех участках, где это сопротивление не будет оказывать заметного влияния на работу агрегатов системы. На основе анализа конструкции современных систем выработаны определенные требования к размещению фильтров в системе. В частности, рекомендуется применять предохранительные сетки, устанавливаемые в линии всасывания непосредственно перед насосом. ФТО следует устанавливать на входе в агрегаты и устройства, а в топливных и масляных системах применять исключительно последовательную схему включения фильтров. В системах топливоподготовки и смазочного масла кроме фильтров грубой и тонкой очистки устанавливают магнитные фильтры, очищающие нефтепродукты от ферромагнитных частиц. В топливных системах применяют фильтрационные установки, заменяющие в системе топливоподготовки центробежные сепараторы. Они дают значительно меньшие потери топлива при очистке, легче автоматизируются и обеспечивают очистку топлива на уровне центробежного сепарирования. Освобождение обслуживающего персонала от тяжелого ручного труда, автоматизация процесса очистки, отсутствие быстровращающихся частей, малые энергозатраты выгодно отличают фильтрационные установки от сепараторов и дают существенную экономию времени и средств. Себестоимость изготовления фильтрационных установок значительно ниже, чем центробежных сепараторов. Таблица 4 Основные характеристики зарубежных фильтрационных установок Тип фильтрационной установки Фирма, страна Пропускная способность, м3/ч «Софракс «Софракс» 1,5–6 Дуплекс (Франция) 7036» «Винслоу» «Винслоу» 1,5 (Англия) «Скаматик» СКАМ С1 (Франция) С2 С3 1,93 1,98 6 «Автоклин» 1–50 «Автоклин» (США) «Болл и «Болл и Кирх» Кирх» (ФРГ) «Ниикура» «Ниикура» (Япония) Тип фильтрующего элемента, материал Сетчатый; металл Тонкость Способ очистки Свойство фильтро- фильтроэлементов фильтра по вания, от загрязнения водоотделемкм нию Рециркуляция обОтделяет 5–20 ратным потоком фильтрата Объемный; Не очищается, по Отделяет 5–10 пряжа, дредостижении превесное водельного перепада локно давления фильтроэлементы заменяются Проволочнощелевой; бронза, нержавеющая сталь Пластинчатощелевой 5–30 0,5–1,5 Пластинчатощелевой 10 2–2,5 Щелевой; сталь, литой чугун 20 71 40 Обратный поток, Не отделяет создаваемый лопастным насосом с приводом от гидромотора Поворот очищаю- Не отделяет щих пластин Сжатый воздух Отделяет продувает элементы Очистка сжатым Не отделяет воздухом Известны два типа конструкций фильтрационных установок, принципы действия которых различны. К первому типу относятся установки, в которых осуществляется периодическая очистка фильтрующих элементов от загрязняющих примесей для восстановления первоначального перепада давления. Ко второму типу относятся фильтрационные установки, работающие до предельно допустимого перепада давления, после чего их фильтрующие элементы заменяют новыми. В таблице 4 даны основные характеристики наиболее известных зарубежных фильтрационных установок. Некоторые из приведенных в таблице фильтрационных установок использованы в системах топливоподготовки судов отечественного флота. 2.1.4. Определение основных характеристик механизмов и оборудования топливной системы Разработка систем, обслуживающих СЭУ, начинается на стадии технического проектирования, когда определяется состав оборудования всех систем и установок судна. Исходным документом при проектировании является принципиальная схема ГЭУ, обслуживающих ее систем, СЭС, котельной установки, судовых систем и устройств, размещаемых в МО. Структурную схему СЭУ разрабатывают на этапах проектов: предложения, эскизного и технического (РД 5.0485-83). На каждом из этих этапов структурная схема совершенствуется, уточняется и преобразуется в комбинированную схему электропневмогидравлического типа. Виды и типы схем, общие требования к их выполнению регламентированы ГОСТ 2.701-84. При дипломном проектировании оценку характеристик механизмов и оборудования систем, обслуживающих СЭУ, производят расчетными методами на основе требований нормативной документации, а также статистических данных о СЭУ, находящихся в эксплуатации. 2.1.4.1. Топливоперекачивающие насосы Количество перекачивающих насосов зависит от района плавания судна и сорта используемого топлива. На судах с неограниченным районом плавания устанавливают два (один – резервный) насоса для каждого сорта топлива. На судах ограниченного плавания до 50 миль от базы укрытия устанавливают один насос с механическим приводом, а на судах, суточный расход топлива у которых не превышает 2 т, – один ручной насос. Подача топливоперекачивающего насоса должна обеспечить откачку топлива из наибольшей цистерны основного запаса Vц.о.з. за 1 = 2÷4 ч или обеспечить перекачку не менее суточного расхода топлива главным двигателем за 2 = 1÷2 ч, м3/ч: Qт где Vц .о .з . 1 24 Bгд 103 2 т , Bгд – наибольший часовой расход топлива главным двигателем, кг/ч; т – плотность топлива, т/м3. Напор топливоперекачивающих насосов лежит в пределах 0,2–0,4 МПа. 2.1.4.2. Топливоподкачивающие насосы На судах должно быть предусмотрено по два топливоподкачивающих насоса для каждого сорта топлива. Подача топливоподкачивающего насоса, м3/ч: Qп .т. K ge Ne т 103 , 72 где К = 1,21,3 – коэффициент запаса производительности насоса; gе – удельный эффективный расход топлива ГД, кг/(кВтч); Nе – номинальная эффективная мощность ГД, кВт. Если вспомогательный паровой котел оборудован системой отопления котла с механическим распыливанием топлива, должна быть предусмотрена установка основного и резервного топливных насосов, подача которых может быть определена по формуле, м3/ч: Qтк K T Bк 103 , где Вк – часовой расход топлива на работу котла при номинальной паропроизводительности, кг/ч; К = 1,2–1,3 коэффициент запаса подачи насоса. Напор топливоподкачивающих насосов зависит от конструктивных особенностей ДВС и ВПК. Типы, размеры и основные параметры насосов стандартизированы и приводятся в отраслевых каталогах и альбомах судовых механизмов. Основные характеристики ряда винтовых и шестеренных насосов, изготавливаемых заводом «Ливгидромаш» и рекомендуемых к установке на судах, приведены в таблице 5. 2.1.4.3. Сепараторы топлива и масла В топливных системах СЭУ, в которых используется только дистиллятное топливо, предусматривают лишь один сепаратор. Если ГД работают в основном на ВВТ, а при запуске и на маневрах – на МВТ, то только в системе ВВТ должно быть два сепаратора, а в системе МВТ – один. На промысловых судах применяются только самоочищающиеся сепараторы. Подача топливных сепараторов определяются по формуле, м3/ч: QV B kв т cen , где В – суточный расход соответствующего сорта топлива, т; kв – вязкостный коэффициент, учитывающий влияние динамической вязкости топлива на производительность сепаратора; cen – время сепарации, ч. Время сепарации составляет 7,5–11,5 ч. Подача на очистку и откачку очищенного топлива осуществляется двумя насосами, которые комплектуются с сепаратором или поставляются отдельно. Вязкостные коэффициенты топлив приведены ниже: Сорта топлива kВ Дизельное топливо……...……………………..1,0 Моторное топливо……...…………………...0,555 Мазут флотский Ф12……...………………...0,444 Мазут М-40……...……………………...........0,276 Мазут М-100……...…………………….........0,118 73 Температура сепарации, С До 50 65–70 75–80 90–95 98 Таблица 5 Основные характеристики топливо- и маслоперекачивающих насосов Тип насоса Марка насоса Вертикальный трехвинтовой 3ВХ 2 355/4,56 ЭМН-250/4,5 2НВВ-160М ЭМН-150/4,5 ЭНН-120/5 ЭМН-80/4-1 ЭВ 63/25-150/46-3 ЭВ 63/25-1-45/8Б-3 Ш80-6-36/3Б Ш80-6-22/3Б Ш40-8-18/3Б ЭВ 8/25-11/105-3 Ш8-25-5,8/6 Ш8-25-5,8/3 Ш5-25-36/4-5 Ш2-25-1,4/4 Ш2-25-1,4/6 Вертикальный пятивинтовой Вертикальный шестеренный Вертикальный трехвинтовой Горизонтальный шестеренный Вертикальный трехвинтовой Горизонтальный шестеренный Насос Q, м3/ч Н, МПа 355 0,45 250 0,45 250 0,35 150 0,45 120 0,50 80 0,40 50 0,40 45 0,80 36 0,30 22 0,25 18 0,30 11,0 0,60 5,8 0,60 5,8 0,30 3,6 0,40 1,4 0,40 1,4 0,60 74 Электродвигатель Марка Р, кВт n, мин-1 АМ 101-4 72,6 1445 АМ 92-4 55,0 1440 АМ 92-4 55,0 1440 АМ 82-2 42,0 2890 АМ 102-8 50,0 730 АМ 81-4 15,5 1435 АО2-61-4М 13,0 1450 АО2-71-4М 22,0 1500 АО2-61-6М 10,0 970 АО2-62-6М 10,0 725 АМ62-6 6,0 930 АО2-42-2М 7,5 2910 АО2-41-4М 4,0 1450 АО-31-4М 2,2 1430 АО2-31-4М 2,2 1430 АОМ32-4 1,5 1430 АОМ31-4 1,0 1430 Габариты LхВхН, мм 2250х955х970 2050х585х770 2100х635х608 1690х675х535 1800х800х673 1400х470х535 1450х550х520 1500х550х585 1040х325х520 1080х325х520 892х370х450 1050х425х345 750х370х310 650х317х266 625х317х266 625х240х260 600х240х260 Назначение и принцип действия центробежных сепараторов Полное сгорание топлива и наилучшие условия смазки трущихся деталей в судовых энергетических установках обеспечиваются применением качественных топлив и смазочных масел, а также их тщательной очисткой от примесей. При этом повышается эффективность работы энергетических установок вследствие уменьшения расхода топлива, износа и коррозии деталей. Значительное улучшение качества топлива и масла за счет снижения содержания воды, асфальто-смолистых соединений, парафина, механических примесей и золы обеспечивает сепарирование этих нефтепродуктов. Оно осуществляется судовыми сепараторами топлива и смазочного масла с трубчатыми или тарельчатыми барабанами под действием центробежной силы. Конструкции сепараторов Трубчатый сепаратор, схема которого показана на рисунке 86, представляет собой вращающийся трубчатый барабан, куда жидкость непрерывно поступает через нижнее центральное отверстие и захватывается стенками барабана. Под действием центробежных сил поток жидкости распределяется по стенкам барабана цилиндрическим слоем. При этом примеси, находящиеся в жидкости, отбрасываются к периферии, осаждаются на стенках барабана и могут быть выпущены вместе с тяжелыми фракциями в отверстие для воды, если сепаратор соответствующим образом оборудован для автоматического очищения барабана. Очищенная жидкость непрерывно отводится через верхнее центральное отверстие барабана. Тарельчатый сепаратор (его схема) показан на рисунке 87. Рис. 86. Схема работы В нем жидкость непрерывно подается во вращаютрубчатого сепаратора. щийся барабан через центральный канал, поступает к периферии барабана, протекает по каналам между тарелками и отводится через кольцевое отверстие в верхней части. В процессе этого движения жидкость захватывается стенками и тарелками барабана, которые придают ей вращательное движение. Под действием центробежных сил находящиеся в жидкости примеси осаждаются на стенках и тарелках барабана. Тяжелые фракции накапливаются и сползают по поверхностям тарелок к периферии, срываются с них и удаляются через специальные отверстия в верхней части барабана. Через отверстия, расположенные ближе к оси барабана, отводится очищенная жидкость. Судовые тарельчатые сепараторы имеют, как правило, принципиально одинаковую кинематическую схему (рис. 88). Вращение от электродвигателя 7 на горизонтальный вал 5 сепаратора передается через фрикционную муфту 6. Горизонтальный вал сепаратора закреплен в станине 4 на шарикоподшипниках 12. На вертикальный вал 13 сепаратора вращение передается через червячно-винтовую передачу 9. В верхней части вертикальный вал опирается на радиальный шарикоподшипник и пру- Рис. 87. Схема работы жинные амортизаторы (буксы) 3, а в нижней – на радиальносфе- барабана тарельчатого сепаратора. рический подшипник, радиальный подшипник 8 и пяту с шариком и пружиной подпятника. 75 Рис. 88. Схема центробежного сепаратора. На вертикальный вал, вращающийся с большой скоростью (7000–8000 об/мин), насажен барабан 2. В станине сепаратора также смонтирован сдвоенный шестеренный масляный насос 10, вращение которому передается от горизонтального вала 5 через эластичную муфту 11. Сверху станина накрыта сборником 1. Режимы работы сепараторов На рисунке 89 представлена схема работы сепаратора, в котором сепарируемая жидкость (топливо или смазочное масло) поступает во вращающийся барабан через центральный канал а в тарелкодержателе 1 и подается к периферии барабана 2. Затем жидкость проходит между тарелками 3 и через горловину 4 отводится из барабана. Под действием центробежных сил содержащиеся в нефтепродукте механические примеси осаждаются на стенках барабана и на конических поверхностях тарелок. Если в топливе или масле имеется вода, то она будет выделяться вместе с примесями и со временем заполнит весь грязевой объем барабана. При этом вода образует гидравлический затвор и перекроет путь для поступления нефтепродукта в пространства между тарелками. Нормальная работа сепаратора нарушается, а требуется его вскрытие и чистка, что усложняет эксРис. 89. Барабан, собранный для плуатацию сепаратора. Поэтому по рассмотренной кларификации. схеме сепарируют топливо или смазочное масло с незначительным содержанием воды, а работающий по этой схеме барабан называют кларификатором. Или работу в этом режиме еще называют режимом осветления. При сепарировании значительно обводненных нефтепродуктов желательно обеспечить непрерывный отвод выделяющейся воды. Для этого барабан собирают как пурификатор (рис. 90). Кларификаторную горловину 4 (рис. 89) снимают и вместо нее устанавливают регулировочную систему 5 (рис. 90). Вместо верхней тарелки ставят разделительную тарелку 6 большего диаметра. Нижнюю сплошную тарелку снимают, давая возможность проходить через каналы 3 топливу или маслу из тарелкодержателя в каналы, образованные отверстиями в тарелках. 76 В начале работы сепаратора (в целях предотвращения утечки очищаемого нефтепродукта через отверстие шайбы 5) во вращающийся барабан заливают воду, которая образует гидравлический затвор. После этого подается сепарируемая жидкость через канал а. Затем через тарелкодержатель 1 она проходит каналы, образуемые отверстиями в тарелках 3, и поступает в зазоры между тарелками. а а Рис. 90. Барабан, собранный для пурификации. Под действием центробежных сил вода, содержащаяся в топливе или масле, как более тяжелая составляющая, отбрасывается к периферии барабана. Там она смешивается с водой гидравлического затвора и отводится из барабана через отверстия в сменной регулировочной шайбе 5. Очищенный нефтепродукт, как более легкий, оттесняется к центру барабана и отводится через патрубок с разделительной тарелкой 6. Диаметр окружности, по которой расположены отверстия в тарелках барабана, образующие каналы для поступления топлива и масла в зазоры между тарелками, должен соответствовать диаметру так называемого «нейтрального слоя», т. е. условной поверхности раздела фаз «топливо или масло-вода». Этот диаметр зависит от объемного соотношения фаз в эмульсии, максимального и минимального диаметров тарелок. При таком соответствии диаметров уменьшается влияние встречных потоков легкой и тяжелой фаз, которые могут нарушить нормальный ход сепарирования и снизить эффективность обработки топлива или масла. Непрерывный отвод двух фаз из барабана сепаратора обеспечивается гидродинамическим равновесием потоков поступающей и выходящей жидкости. Это равновесие устанавливается подбором сменных регулировочных шайб (рис. 91), диаметр которых определяется исходя из принятой подачи сепаратора, марки топлива и с учетом оптимального расположения нейтрального слоя. Однако полного разделения эмульсии по нейтральному слою не происходит, процесс отделения воды в сепараторе сложнее: он наблюдается в зазорах между тарелками, там же возникают и встречные потоки легкой и тяжелой фаз, турбулизирующие жидкость в межтарелочном пространстве. Поэтому размеры выбранных шайб необходимо уточнять в зависимости от наблюдаемой эффективности работы сепаратора. 77 Рис. 91. Схема нормального процесса пурификации. Увеличение диаметра регулировочной шайбы приводит к перемещению поверхности раздела фаз «топливо или масло-вода» ближе к стенкам барабана. В случае если эта поверхность смещается за край разделительной тарелки, через отверстие регулировочной шайбы совместно с водой начинает вытекать топливо (рис. 92). Рис. 92. Схема нарушенного процесса пурификации, когда вместе с водой вытекает топливо. Рис. 93. Схема нарушенного процесса пурификации, когда вместе с топливом вытекает вода. Уменьшение диаметра регулировочной шайбы (рис. 93) сопровождается перемещением поверхности раздела фаз к оси вращения, и в этом случае вместе с топливом начинает вытекать вода. При этом эффект сепарирования снижается, так как уменьшается эффективная площадь тарелок. 78 Правила эксплуатации сепараторов топлива и масла (электроприводных) При подготовке сепаратора к работе необходимо: 1. Проверить уровень масла в картере сепаратора, при необходимости добавить масло. 2. Освободить тормоз барабана и стопорные винты сепаратора. 3. Проверить положение клапанов, подготовить системы (включая системы управляющей и добавочной воды) к работе. 4. Подготовить к действию подогреватели масла (топлива) и автономные насосы. 5. Открыть клапан на трубопроводе чистого масла (топлива) и включить двигатель сепаратора. 6. При работе сепаратора в режиме пурификации для создания гидравлического затвора залить барабан пресной водой; температуру воды рекомендуется иметь на 5 °С выше температуры сепарируемого масла (топлива). 5. После того, как барабан сепаратора наберет полную частоту вращения, подать масло (топливо) на сепарацию. Производительность сепаратора устанавливается в соответствии с инструкциями завода-изготовителя или судовладельца. При отсутствии указаний в инструкции рекомендуется поддерживать следующую производительность сепаратора: • для масла: 25–30 % от номинальной; • для высоковязкого топлива: 25 % от номинальной; • для средневязкого топлива: 40–50 % от номинальной; • для дизельного топлива: номинальную. При выборе температуры подогрева нефтепродукта перед сепаратором следует руководствоваться специальными инструкциями, а при их отсутствии – указаниями правил технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций, то есть подогрев перед сепаратором производится при не более 90 оС для нефтепродуктов с присадками и 75 оС с подачей воды для масла без присадок. Во время работы сепаратора необходимо: 1. Следить за равномерностью поступления на сепаратор и температурой подогрева очищаемого топлива (масла). 2. Периодически поверять нет ли масла (топлива) в отсепарированной воде. 3. Контролировать вибрацию сепаратора; исправный сепаратор работает с мягким монотонным шумом, без сотрясений. 4. Следить за показаниями манометров, вакуумметра и амперметра. 5. Периодически включать разгрузочное устройство самоочищающегося сепаратора. Периодичность очистки выбирается опытным путем в зависимости от качества и загрязненности топлива (масла). 6. Периодически проверять уровень масла в картере сепаратора. Не разрешается пользоваться забортной и холодной водой в качестве управляющей и для создания гидравлического затвора. При остановке сепаратора необходимо выполнить операции в следующей последовательности: 1. Прекратить подачу пара к подогревателю, а когда температура топлива (масла) начнет падать, закрыть клапан подачи топлива (масла) и добавочной воды. 2. Выключить систему автоматики и остановить электродвигатель. 3. Постепенно остановить барабан сепаратора с использованием тормозов. 4. Закрыть клапаны на системах сепаратора. Периодичность ручной очистки барабана сепаратора следует определять в каждом конкретном случае в зависимости от характера выделяющейся взвеси, производительности и шламового объема барабана; нельзя допускать, чтобы отложения шлама на стенках барабана доходили до края пакета тарелок. Допустимая загрязненность поверхности рабочих тарелок не должна превышать 30 %. 79 При сборке сепаратора необходимо следить за последовательностью установки рабочих тарелок по их номерам во избежание появления вибрации при работе. Особое внимание должно быть обращено на состояние резьбы для крепления барабана на вертикальном валу. 2.1.4.4. Подогреватели топлива Площадь поверхности нагрева подогревателя F, м2, зависит от количества подогреваемого топлива Вт и разности температур до (t1) и после (t2) подогревателя: F где k3Qт Kt , Qт – количество теплоты, необходимое для подогрева топлива, кДж/ч; k3 = 1,1 – коэффициент запаса; К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К). t t S где t1 t 2 – температурный напор, 2 t S – температура насыщения греющего пара, C. Необходимое для подогрева количество теплоты: Q т = B т C т (t 2 – t 1 ), где Cт – удельная теплоемкость топлива, Дж/К. Коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара к мазуту в первом приближении принимают К = 90200 Вт/(м2·К), Количество пара, необходимого для подогрева топлива, кг/ч, Dп Qт iк i1 , где iк , i1 – энтальпия свежего пара и дренажа соответственно, кДж/кг. Основные характеристики подогревателей топлива приведены в таблице 6. Аналогичным образом определяется поверхность охладителя топлива, используемого в качестве охлаждающей жидкости форсунок. Поверхность змеевиков обогрева топлива и масла, м2 , F зм = Z V ц , где Z – коэффициент, составляющий: 0,08–0,1 для топливных диптанков; 0,13–0,15 для бортовых топливных танков; 0,15–0,20 для междудонных топливных танков; 0,15–0,20 для расходных топливных танков; 0,10–0,15 для отстойных топливных танков, цистерн отработанного масла и сточноциркуляционных; 0,05–0,07 для танков запаса тяжелого топлива, не соприкасающихся с наружными бортами; Vц – объем цистерны, м3. Более полно порядок и нормы расчета обогрева цистерн даны в ОСТ 5.5281-85 «Системы обогрева топливных, масляных и водяных цистерн. Правила и нормы проектирования». 80 Таблица 6 Основные характеристики подогревателей топлива Тип подогревателя Марка Горизонтальный ПТГ10Г ПТГ5Г ПТК5В ПТС2/3 ПТС1/3 ПТС2/2 ПТС4/1 ПТС1/1 Вертикальный Трехсекционный Двухсекционный Односекционный Характеристика Q, т/ч S, м2 10 2–14 5 0,95–5,75 5 0,95–5,75 – 0,4–1,8 – 0,1–0,85 – 0,3–1,2 – 0,3–1,2 – 0,03–0,18 Габариты, мм 1700х830х847 1440х780х800 1440х530х750 1442х1173х290 942х1173х290 1440х1173х290 2405х1173х290 905х1173х290 При использовании ВВТ должен быть обеспечен его подогрев до температуры: 20–40 C в цистерне основного запаса; 40–60 С в отстойных и расходных цистернах; 80–100 С перед сепараторами; 90–150 С после подогревателей перед двигателями. 2.1.4.5. Отстойные цистерны На судах предусматривают 1–2 отстойные цистерны на каждый вид топлива. Их вместимость выбирают из среднечасового расхода топлива и необходимого времени отстоя, м3, Vо .ц . 12k2 g e N e где 3 10 т , k2 = 1,21,3 – коэффициент запаса; = 1,041,05 – коэффициент загромождения цистерн набором корпуса. 2.1.4.6. Расходные цистерны Для каждого сорта топлива на судне устанавливают расходные цистерны в количестве, регламентируемом международной конвенцией СОЛАС-74, в зависимости от того, на какие потребители эти топлива расходуются. Вместимость каждой из них принимается для восьмичасового расхода топлива ГД, ДГ, котлов (м3) или 12 часов при AUT2 и 24 при AUT1 в символе класса судна. V р .ц . 4k1k 2 g e N e 3 10 т , где k1 = 16 – число вахт работы двигателя (большее значение для двигателей большей мощности); k2 = 1,21,3 – коэффициент запаса. Объем расходной цистерны тяжелого топлива вспомогательного парового котла, м3, Vк 12k2 Bк где 3 10 т , Вк – часовой расход топлива, кг/ч. Объем расходной цистерны для вспомогательных ДГ, м3: 81 Vдг 12k3 g eД N eД 3 10 т , где k3 = 1,61,8 – коэффициент запаса (с учетом расхода дизельного топлива на пускиреверсы ГД). Топливные системы должны быть снабжены приборами, позволяющими контролировать уровень топлива в цистернах, давление и температуру топлива в системе. Для автоматизированных установок аварийно-предупредительная сигнализация (АПС) обеспечивается по уровню топлива в расходных цистернах, вязкости топлива перед топливоподкачивающими насосами ГД и форсунками котлов, давлению топлива п еред ТНВД главных двигателей и форсунками котлов, а также по температуре топлива и воды на входе в сепараторы. Должны быть предусмотрены автоматические устройства, перекрывающие подачу пара к змеевикам расходных и отстойных цистерн при повышении температуры топлива выше допустимой, дистанционный пуск и остановка из ЦПУ топливоподкачивающих насосов ГД. Предусматривается также программное управление топливными сепараторами. На нефтеналивных судах в качестве топлива для главных и вспомогательных котлов может использоваться сырая нефть или остатки груза в соответствии с особыми требованиями правил Регистра, обеспечивающими условия безопасной эксплуатации системы и котлов. Для применения природного газа (метана) в качестве топлива машинные помещения, системы подвода топлива (с двойными стенками и специальными каналами прокладки трубопроводов), системы вентиляции должны быть спроектированы и выполнены с особыми правилами Регистра. Система подачи топлива для камбузного оборудования и система заправки топливом вертолетов проектируются и выполняются в соответствии с требованиями правил Регистра с целью безопасной их эксплуатации. Наружные топливные трубопроводы высокого давления дизеля на участках от топливных насосов высокого давления до форсунок и трубопроводы отсечного топлива, если пульсация в них превышает 1,6 МПа, помещаются в систему закрытых трубопроводов, способную удерживать топливо от разбрызгивания при утечках (разрывах) в трубопроводах высокого давления. Эта наружная система должна обеспечивать отвод утечек в сборную цистерну утечек (желательно самотеком), подать сигнал об утечках, а в случае высоковязкого топлива, иметь обогрев трубопровода утечек до цистерны сбора утечек. 2.2. Системы смазочного масла Общие положения Системы служат для смазки и отвода теплоты от трущихся поверхностей двигателей, механических передач, дейдвудных, опорных и упорных подшипников валопроводов, охлаждения поршней в некоторых типах двигателей (в дизелях до 8–12 % теплоты топлива отводится с циркуляционным маслом), а также для приема, хранения, перекачивания, подогрева и очистки масла. Для смазки трущихся частей механизмов, входящих в состав СЭУ, применяются минеральные масла, получаемые в результате перегонки и последующей химической обработки нефти, или синтетические и консистентные смеси (смазки). Характеристики смазочных систем Системы смазочного масла СДУ состоят обычно из следующих независимых систем: системы приемки масла; системы циркулирующей смазки ГД и охлаждения поршней (для двигателей, у которых поршни охлаждаются маслом); 82 системы циркуляционной смазки турбокомпрессоров (ТК) главных двигателей; системы смазки цилиндров ГД; системы циркуляционной смазки ВДГ; системы смазки редукторных передач и гидродинамических передач; системы смазки компрессоров; системы смазки органов управления и автоматического регулирования. Системы циркуляционной смазки бывают напорные и гравитационные. В напорной системе смазки масло циркулирует под давлением, создаваемым насосом, по замкнутому контуру: сточно-циркуляционная цистерна – масляный насос – фильтр – маслоохладитель – дизель – сточно-циркуляционная цистерна. Давление масла в системе 0,3–0,5 МПа, а на отдельных участках и выше, в зависимости от типа двигателя. Системы смазки дизелей могут быть с сухим и мокрым картером. При мокром картере масло, заливаемое в систему смазки, находится в нижней его части (поддоне). При сухом картере стекающее с подшипников масло непрерывно удаляется из него (самотеком или насосом) и направляется в специальный маслосборник (циркуляционную цистерну). Система циркуляционной смазки каждого ВДГ выполняется независимо от системы смазки ГД и других ВДГ, при этом необходимое оборудование (насосы, фильтры, охладители) обычно навешиваются на двигатели. Гравитационные системы, у которых необходимое давление у мест смазки создается за счет расположения напорных цистерн на определенной высоте в МО, применяются обычно для смазки ТК главных и вспомогательных дизелей, не требующих цистерн большой вместимости. Системы цилиндровой смазки ГД также являются независимыми от других систем и состоят из цистерн для хранения запаса цилиндрового масла, расходных цистерн, насосов, трубопроводов и многоплунжерных насосов (лубрикаторов). При проектировании систем смазочного масла должны быть обеспечены: работоспособность системы при всех возможных условиях эксплуатации, живучесть, резервирование, ремонтопригодность и удобство эксплуатации. Комплектация, конструирование и изготовление систем смазки осуществляются в соответствии с Правилами Регистра и отраслевыми правилами и нормами проектирования. Циркуляционная система дизелей характеризуется показателями: кратностью циркуляции масла, удельным маслопотоком, удельной вместимостью. Эти показатели принимаются по технической документации ГД или на основании опытных средних значений (таблица 7). Удельный расход (угар) циркуляционного масла зависит от типа и мощности двигателя. В МОД он составляет 0,8–1,3, в СОД 1,3–2,0 и во вспомогательных дизелях 2,0–4,0 г/(кВт· ч). Меньшие значения удельного расхода масла характерны для дизелей большей мощности. Во время работы СЭУ масло расходуется в ГД и ВДГ, механизмах и других потребителях за счет утечек, угара и потерь при сепарировании. Таблица 7 Характеристики систем смазочного масла ДВС Кратность Удельное коли- Периодичность Удельный циркуляции чество масла, смены масла, ч расход масла, л/кВт г/(кВт· ч) Малооборотный 415 1,4–8 15000–20000 0,4–1,1 Среднеоборотный 25–40 1,4–8 1000–10000 1,0–2,5 Среднеоборотный с повышенной 50–60 1,0–1,5 800–1000 3–5 частотой вращения Высокооборотный 500 75–90 0,5–1,5 4–5 300 –//– 80–100 0,25–0,6 5–7 500 Турбокомпрессор 7–12 0,07–0,15 5–10 1000–20000 Редуктор 0,02 5–15 1–1,2 83 2.2.1. Системы смазочных масел СДУ Система смазки СДУ включает ряд независимых трубопроводов (с оборудованием), выполняющий функции: 1) прием, перекачку и сепарирование масла; 2) циркуляционную и проточную смазку ГД; 3) гравитационную смазку ТК главного двигателя; 4) циркуляционную смазку ДГ; 5) смазку дейдвудных подшипников и охлаждение носового сальника уплотнения. Приемный трубопровод обеспечивает заполнение маслом цистерн основного запаса, сточноциркуляционных цистерн (СЦЦ), а также цистерн запаса дизельного, турбинного, цилиндрового и компрессорного масел не судовыми средствами или переносным маслоагрегатом из бочек через приемные клапаны с верхней палубы. Перекачивающий трубопровод обеспечивает подачу масла самотеком из цистерн запаса в СЦЦ, перекачку отработанного масла из СЦЦ в цистерну отработанного масла или на палубу, подачу цилиндрового масла из расходно-запасной цистерны к лубрикаторам ГД, сепарирование масла из СЦЦ главного двигателя и бачка продувания масляного фильтра, подачу отсепарированного масла в СЦЦ и отвод шлама от сепараторов в цистерну шлама. Принципиальная схема приема, выдачи, перекачивания и сепарирования масла СДУ с МОД типа ДКРН транспортного рефрижератора показана на рисунке 94. Масло всех сортов на судно принимают в цистерны запаса не судовыми средствами через фильтр, имеющийся в помещении приема топлива и масла по отдельным трубопроводам. Масло некоторых сортов на судно поступает в бочках, тогда его заливают в соответствующие цистерны с помощью переносного маслоперекачивающего агрегата. Цистерны запаса масла располагаются в МО и в коридоре гребного вала. В систему включены сепараторы масла (основной и резервный), служащие для очистки масла от механических примесей и воды во время работы установки. В случае сильного загрязнения масло сепарируют резервным сепаратором, имеющимся в системе. Сточно-циркуляционную цистерну ГД пополняют из цистерны запаса ГД по трубопроводу самотеком. Очистка масла ВДГ во время их работы производится центробежными очистителями, встроенными в маслобак двигателя. Выдача отработанного масла ГД и ВДГ осуществляется маслоперекачивающим насосом по самостоятельному трубопроводу через станции приема топлива и масла. Зачистка сточно-циркуляционной цистерны ГД производится ручным насосом. Производительность сепараторов выбирают из такого расчета, чтобы они обработали все масло в системе, пропустив его дважды в установках с МОД и четырежды – с СОД в течение 24 ч с производительностью 20–25 % номинальной. Обычно сепараторы используют в течение 50–70 % времени работы ГД. Для ускорения и повышения эффективности очистки масла при сепарировании его подогревают до 85–90 °С. Очистка масла, кроме его сепарирования, осуществляется фильтрами грубой (ФГО) и тонкой очистки (ФТО). ФГО включаются в систему так, чтобы весь поток масла проходил через них (полнопоточные), ФТО могут использоваться как полнопоточные, так и неполнопоточные. Полнопоточные фильтры обладают высокой пропускной способностью (до 150 м3/ч) с тонкостью очистки 20–40 мкм. Они оборудуются перепускными клапанами, срабатывающими при увеличении давления (вследствие засорения). Для более тонкой фильтрации масла в системах устанавливают частично-поточные фильтры (байпасные), способные удалять частички размером до 3 мкм. Такие фильтры обрабатывают одновременно не все масло, а лишь 10–15 %, но в результате непосредственной работы через определенное время проходит фильтрацию все масло, находящееся в системе. Таким образом, тонкую очистку масел можно осуществить комбинированным фильтрованием, предусматривающим использование комбинированных систем, фильтров и их элементов. Особенно перспективна комбинированная очистка масел в дизелях с повышенным наддувом, работающих на ВВТ. Их применение позволяет увеличить срок службы масла в 1,5–3 раза. Тонкость очистки таких фильтров составляет до 30 мкм. 84 Очистка масла от металлических частиц износа достигается установкой в системе магнитных фильтров или магнитных вставок в ФТО. Продолжительность работы масла в двигателях до его замены зависит от типа и конструкции двигателя, его технического состояния, режимов работы, сорта масла и топлива, вместимости циркуляционной системы и кратности циркуляционного масла, способа очистки и конструкции фильтров и сепараторов и т. д. В СДУ с МОД масло работает без замены в течение нескольких лет. Рис. 94. Схема приема, выдачи, перекачивания и сепарирования масла установки с МОД: 1 – помещение приема и выдачи топлива и масла; 2 – переносной маслопогрузочный агрегат; 3 – цистерна запаса масла ГД; 4, 5 – цистерны запаса цилиндрового масла; 6 – цистерна запаса масла ДГ; 7 – цистерна запаса турбинного масла; 8 – центробежный сепаратор; 9 – цистерна запаса масла дейдвудного устройства; 10 – цистерна запаса компрессорного масла; 11 – перекачивающий насос; 12 – цистерна сбора масла от продувания фильтров ГД; 13 – цистерна сепарированного масла; 14 – цистерна сбора протечек от сальников штоков поршней; 15 – цистерна шлама; 16 – насос перекачивания протечек топлива и масла; 17 – ручной насос зачистки цистерн; 18 – масло из маслобаков ДГ; 19 – слив масла из картеров ДГ; 20 – цистерна сбора протечек топлива и масла; 21, 22 – цистерна сепарированного и отработавшего масла ДГ соответственно; 23 – слив масла от ГД; 24, 25 – цистерна сточно-циркуляционная и отработавшего масла ГД соответственно; 26 – цистерна сливная дейдвудного устройства. Система циркуляционной смазки ГД 6ДКРН 42/136-10 транспортного рефрижератора «Капитан Кириченко» представлена на рисунке 95. Масло принимается из сточно-циркуляционной цистерны одним из циркуляционных электронасосов (второй – резервный) по трубопроводу через ФГО, проходит через охладитель или, минуя его, по обводному трубопроводу поступает к блоку ФТО, а затем по главной магистрали подводится к ГД. Перед ГД в магистрали установлен магнитный фильтр. Далее поток масла раздваивается: часть его под давлением 0,12÷0,16 МПа (после дроссельного 85 клапана) идет на смазку подшипников, остальное под давлением 0,1÷0,25 МПа поступает на охлаждение поршней. Масло из системы смазки ГД сливается самотеком в сточно-циркуляционную цистерну через клапаны (17 и 27), установленные в носовой и кормовой частях двигателя. При выходе из строя сточно-циркуляционной цистерны схемой предусматривается прием масла циркуляционным насосом непосредственно из картера ГД по обводному трубопроводу 24, минуя клапан 27. Температура масла в системе контролируется автоматически регулятором, установленным на трубопроводе забортной охлаждающей воды, и поддерживается перед ГД в пределах 40–50 °С. Рисунок 95. Схема трубопроводов циркуляционной смазки ГД: 1 – циркуляционный электронасос; 2 – охладитель; 3 – трубопровод к сепаратору; 4 – цистерна продувания масляных фильтров; 5, 6 – блок ФТО; 7 – воздушная труба; 8 – расходная цистерна цилиндрового масла; 9 – цистерны запаса цилиндрового масла; 10 – масляная магистраль; 11 – магнитный фильтр; 12 – сливной трубопровод от блока сепараторов; 13 – сливной трубопровод от маслоохладителя; 14 – цистерна шлама масляных сепараторов; 15 – цистерна сбора протечек от сальников штоков поршней; 16 – бак слива гудрона из подпоршневых полостей ГД; 17, 27 – сливные клапаны; 18 – трубопровод маслоперекачивающего насоса (заполнение сточно-циркуляционной цистерны); 19 – подвод масла на охлаждение поршней; 20 – подвод масла к подшипникам; 21 – слив масла из подпоршневых полостей; 22, 23 – трубопровод к сепаратору и от него; 24, 25 – обводной трубопровод сливного клапана и ФГО; 26 – фильтр; 28 – сточно-циркуляционная цистерна ГД. Для отвода воздуха из трубопровода смазки ГД в верхней части подводящей трубы установлен вентиляционный колпак с клапаном и смотровым фонарем. Этим уменьшается поступление воздуха из магистрали в систему охлаждения поршней ГД. Прокачивание ГД перед пуском проводят одним из циркуляционных насосов по трубопроводу, минуя охладитель. По этой же схеме система работает при прогреве ГД и всего масла в сточно-циркуляционной цистерне и при отказе маслоохладителя. Резервный масляный насос во время работы ГД может быть включен автоматически в случае падения давления в системе. Блок ФТО масла очищается автоматически при разности давления перед фильтром и за ним, превышающей 0,05 МПа. С этой целью из ЦПУ дистанционно включается электродвигатель, медленно проворачивающий сетку фильтра, открывается клапан на трубопрово86 дах сжатого воздуха и слива масла из фильтра, в результате чего загрязненное масло сливается продуванием фильтров и принимается на сепарирование. Маслоохладитель очищают периодически, а масло из него сливают в сточно-циркуляционную цистерну. Смазка распределительного вала ГД осуществляется автономной системой (на рисунке не показана), в которую входят два электронасоса, ФГО, ФТО, фильтр магнитный, маслоохладитель, сточно-циркуляционная цистерна распределительного вала. Она обеспечивает смазку под давлением распределительного вала, приводов выпускных клапанов и ТНВД. В масляную систему СДУ с МОД дополнительно могут входить и другие автономные участки трубопроводов (например, промывки фильтров смазки наддувочных агрегатов ГД, смазки ВДГ). Гравитационную систему применяют для смазки турбокомпрессоров (ТК) МОД, гребных электродвигателей и подшипников дейдвудных устройств. Ее достоинства: давление масла у мест смазки постоянно и не зависит от расхода масла в системе; в напорной системе происходит отстой масла и выделение из него газа; запас масла в напорной цистерне позволяет подавать смазку на двигатель при отказе главного масляного насоса или во время свободного выбега турбин при прекращении подачи энергии к двигателям масляных насосов в течение некоторого времени. Гравитационную систему в СЭУ можно применять в том случае, когда располагаемый напор достаточен для преодоления гидравлических сопротивлений в системе при заданном расходе смазки. Недостатком системы следует считать необходимость установки дополнительных емкостей, трубопроводов, арматуры и других элементов, что усложняет систему и увеличивает ее массу, габариты и стоимость изготовления. Турбокомпрессор МОД может иметь гравитационную или циркуляционную систему смазки с гравитационной цистерной выбега (рис. 96). В этом случае масло принимается одним из циркуляционных насосов (второй – резервный) из сточно-циркуляционной цистерны и подается к ТК через фильтр (или мимо него), маслоохладитель, второй фильтр (или в обход него) на смазку подшипников. Рисунок 96. Схема трубопроводов смазки турбокомпрессоров: 1 – турбокомпрессор; 2 – гравитационная масляная цистерна; 3 – охладитель масла; 4 – терморегулятор; 5 – циркуляционные масляные насосы (основной и резервный); 6 – сточно-циркуляционная цистерна. Одновременно масло поступает и в гравитационную масляную цистерну через перепускной клапан. Масло из подшипников ТК, а также избыток его из гравитационной цистер87 ны сливаются в сточно-циркуляционную цистерну по сливному трубопроводу, имеющему смотровой фонарь. При остановке ГД и отключении циркуляционного насоса смазка ТК во время выбега его ротора осуществляется подачей масла из гравитационной цистерны. Давление масла в системе поддерживается 0,15–0,20 МПа. В случае падения давления за насосом ниже 0,12 МПа срабатывает сигнализация в ЦПУ и автоматически запускается резервный насос. При падении давления масла перед ТК до 0,09 МПа автоматически отключается ГД. Температура масла перед ТК автоматически поддерживается терморегулятором в пределах 40–50 С. Температура масла за ТК 60–70 С. При ее повышении до 75 С срабатывает сигнализация в ЦПУ. Проточная (линейная) система смазки применяется для цилиндров МОД и СОД, а также поршневых компрессоров. В трубопровод цилиндрового масла ГД (рис. 95) входят: ручной насос, расходная цистерна, бак слива масла из подпоршневых полостей ГД. Расходная цистерна масла заполняется ручным насосом из запасной цистерны цилиндрового масла. Высоковязкое цилиндровое масло по трубопроводу подается самотеком к многоплунжерным насосам (лубрикаторам), которые приводятся от обслуживаемого ими двигателя. Отработавшее цилиндровое масло из подпоршневых полостей продувается создаваемым при работе двигателя в этих полостях давлением воздуха (0,29 МПа) в бак слива масла. Лубрикаторы направляют масло под давлением 5–8 МПа к невозвратным клапанам, установленным на цилиндрах. В зависимости от диаметра цилиндра двигателя на нем располагают от четырех до восьми точек смазки. Подаваемое в цилиндр масло должно быть строго дозировано, чтобы обеспечить надежную смазку зеркала цилиндра и не допустить попадания в цилиндр излишков масла, которое может привести к дополнительному нагарообразованию при его сгорании вместе с топливом в ДВС или к образованию взрывоопасной смеси в цилиндре воздушного компрессора. Количество подаваемого масла дозируется лубрикатором (по несколько капель на ход поршня). Удельный расход цилиндрового масла в МОД составляет 0,2–0,7 г/(кВт· ч). 2.2.2. Механизмы и оборудование систем смазочного масла К механизмам и оборудованию систем смазки относятся: насосы, фильтры, сепараторы, охладители, подогреватели и цистерны. По конструкции применяют шестеренные насосы при малой подаче и винтовые при большой подаче. По назначению насосы бывают перекачивающие, циркуляционные (нагнетательные, откачивающие) и прокачивающие (для прокачивания двигателя перед пуском). Перекачивающий насос служит для перекачивания масла из одной цистерны в другую и выдачи на берег. Прокачивающие насосы предназначены для прокачки двигателя перед пуском подогретым маслом. При относительно небольшой мощности двигателя прокачивающий насос может быть ручным. Остальные механизмы и оборудование обеспечивают циркуляцию и регенерацию эксплуатационных свойств масел. Обработка масла, как и топлива, включает в себя фильтрацию и сепарацию свежего масла, отстой, фильтрацию и охлаждение циркулирующего масла в рабочем контуре: двигатель – сточноциркуляционная цистерна – ФГО – ФТО – охладитель – двигатель; систематическую (или непрерывную) очистку циркуляционного масла в параллельном контуре: сточно-циркуляционная цистерна – ФГО – сепаратор – сточно-циркуляционная цистерна. Циркуляционные насосы обеспечивают циркуляцию масла в рабочем контуре. У тронковых вспомогательных двигателей, а иногда и у ГД циркуляционные насосы приводятся в действие от коленчатого вала. Циркуляционные насосы рекомендуется размещать непосредственно на сточноциркуляционных цистернах или рядом с ними. Фильтры и маслоохладители компонуют по возможности в одну группу (агрегат) с насосами. 88 Сепаратор масла, подогреватель и маслоперекачивающий насос рекомендуется располагать вблизи друг от друга. Масляные фильтры по конструкции аналогичны топливным. Широкое применение получили самоочищающиеся фильтры фирм «Болл и Кирх», «Вокес», «Реллумикс». Эти фильтры имеют фильтрующие элементы объемного, пластинчатощелевого и сеточного типа. В системах смазочного масла применяются кожухотрубные и пластинчатые охладители. В кожухотрубных охладителях охлаждающие элементы изготовляются из круглых, гладких и оребренных труб. Забортная вода прокачивается внутри трубок, а масло циркулирует в межтрубном пространстве. Широкое применение на судах находят пластинчатые охладители. По сравнению с кожухотрубными они имеют следующие преимущества: малые удельные габариты и массу; высокую поверхностную плотность, т. е. отношение площади поверхности теплообменного аппарата к объему охладителя; легкость в обслуживании и регулировании пропускной способности добавлением или уменьшением количества пластин в аппарате. Пластинчатые охладители применяют в масляной системе охлаждения. Их подача (расход охлаждающей среды) – от 1 до 1500 м3/ч. Пластины изготовляются из титана, нержавеющей стали и алюминиевой бронзы, прокладки между ними – из натурального каучука или материала из спрессованных асбестовых волокон. Пластинчатые охладители удобны в эксплуатации. Ремонт их сводится к разборке и замене поврежденных пластин запасными. При проектировании необходимо, чтобы давление масла в охладителе было больше, чем давление воды. Это необходимо для того, чтобы при нарушении герметичности охладителя вода не попадала в смазочное масло. Для ГД большой мощности в системе циркуляционной смазки рекомендуется устанавливать два маслоохладителя, каждый из которых должен обеспечить работу двигателя с мощностью 60 % от максимальной. Для ГД мощностью до 5000 кВт достаточна одна сточно-циркуляционная цистерна, а для двигателей большей мощности цистерну рекомендуется разделить вертикальной переборкой на две части. Сточно-циркуляционные цистерны рекомендуется оборудовать змеевиками водяного или парового обогрева (для прокачки двигателей подогретым маслом перед пуском). Масла для смазки компрессоров пускового воздуха, вспомогательных механизмов и работы средств автоматики обычно хранятся в цистернах соответствующей вместимости, устанавливаемых в МО. Все масляные цистерны оборудуются трубопроводами наполнения и расхода, воздушными трубами, измерительными устройствами и соответствующей запорной арматурой. Приемные, переливные и сточные масляные трубопроводы монтируют из стальных бесшовных труб. Напорные, циркуляционные и системы гидравлического управления изготавливают из стальных бесшовных, медных или биметаллических труб, арматура – стальная или из цветного металла. Соединения фланцевые, а на трубах небольшого диаметра – штуцерные, прокладки в трубопроводах – из листового паронита. Характеристики оборудования систем смазки СДУ с МОД приведены в таблице 8. 2.2.2.1. Определение основных характеристик механизмов и оборудования Подачу перекачивающего насоса определяют исходя из необходимого времени для перекачивания требуемого количества масла: Q = VK/τ, V – объем масла, м3; К = 1,151,18 – коэффициент запаса подачи, учитывающий снижение объемного КПД насоса в процессе эксплуатации; – время перекачивания, ч. Подача перекачивающего насоса должна быть такой, чтобы заполнить и осушить циркуляционную цистерну в течение 0,51 ч при давлении 0,150,20 МПа. Таким же способом где 89 определяют подачу насосов, предназначенных для осушения цистерн грязного топлива и масла, шламовых и др. Обычно время осушения оговаривается техническим заданием и не должно превышать 1–3 ч. Исходным параметром для расчета характеристик системы циркуляционной смазки дизеля является количество теплоты, отводимое с маслом. Количество теплоты, отводимое с маслом от трущихся частей, кДж/ч: Qтр 3600 N где 1 мех е мех тр , Nе – мощность на фланце гребного вала, кВт; мех = тпв – механический КПД установки; т – механический КПД двигателя; п – КПД редукторной передачи; в – КПД валопровода, включая упорный подшипник; тр = 0,40,5 – доля теплоты трения, воспринимаемая маслом. Количество теплоты, отводимое маслом от головок поршней двигателя, кДж/ч: Q охл = охл g e N e Q н , где охл = 0,040,06 – доля теплоты, отводимой с маслом от поршней; gе – удельный расход топлива, кг/(кВт· ч); Qн – теплота сгорания, кДж/кг. Часовой расход масла в системе смазки, кг/ч: G1 Qтр c м t1 , см 1,95 кДж/кг – теплоемкость масла; t1 = 812 С – допустимое повышение температуры масла в циркуляционной системе смазки. Часовой расход масла в системе охлаждения, кг/ч: где G2 где Qтр c м t2 , t2 = 512 С – допустимое повышение температуры масла в поршнях. Пропускная способность ФТО, включаемого в систему параллельно, кг/ч, G ф = (0,10,15) G 1 . Подача циркуляционного масляного насоса, кг/ч: G = k (G 1 + G 2 + G ф ), где k = 1,21,5 – коэффициент запаса подачи насоса. Проверить правильность выбора подачи насоса ориентировочно можно по удельной подаче циркуляционных масляных насосов, которая в СДУ с МОД составляет 35– 45 л/(кВт· ч) при охлаждении поршней дизеля маслом и 12–15 л/(кВт· ч) водой, в СОД «Пилстик» – 18–20 л/(кВт· ч). По полученному значению G принимают к установке основной и резервный масляные циркуляционные насосы. 90 Таблица 8 Характеристики оборудования систем смазки СДУ с МОД Характеристика Количество подача, м3/ч; давление, МПа Оборудование Насос: главный масляный циркуляционный Марка; мощность главного двигателя, кВт 5ДКРН62/140-3; 6ДКРН74/160-3; 8ДКРН74/160-3; 9ДКРН84/180-3; 4500 7800 10100 15500 2х355; 0,45 2х355; 0,45 2х355; 0,45 2х500; 0,35 циркуляционный системы смазки приводов 2х5,8; 0,3 2х5,8; 0,3 2х5,8; 0,3 2х9; 0,25 системы смазки приводов маслоперекачивающий 2х3,6; 0,4 1х16; 0,3 2х3,6; 0,4 1х16; 0,3 2х3,6; 0,4 1х16; 0,3 2х5,8; 0,3 1х18; 0,3 Количество площадь поверхности теплообмена, м2 Охладитель: циркуляционного масла ГД; масла системы смазки ТК Подогреватель масла сепаратора 2х100 1х4,4 1х1,7 2х160 1х6 2х1,7 2х180 1х6 2х1,7 2х275 2х8 2х1,7 Количество производительность, л/ч Сепаратор масла 2х3000 2х3000 2х3000 2х3000 2х25 2х40 2х45 2х60 Цистерна цилиндрового масла 1х0,25 1х0,25 1х0,3 1х0,5 Напорно-расходные цистерны ТК 1х0,4 1х0,4 1х0,6 1х0,8 Сточно-циркуляционные цистерны системы смазки приводов 1х0,4 1х0,4 1х0,5 1х0,5 Количество вместимость, м3 Сточно-циркуляционные цистерны ГД 91 Поверхность охлаждения маслоохладителя, м2: F Qтр Qохл t м t м tв tв kм 2 2 , 1 где kм 1 1 1 1 2 2 1 2 – коэффициент теплопередачи от масла к воде, кДж/(м2ч· град); 1 и 2 – коэффициенты теплопередачи от масла к стенке и от стенки к воде, кДж/(м2· ч· град); – толщина трубок, м; = 1320 кДж/(м· ч· град) – теплопроводность меди; tм1 и tм2 – температура масла до и после охлаждения, С; tв1 и tв2 – температура забортной воды до и после охладителя, С. Для ориентировочных расчетов трубчатых охладителей рекомендуется принимать kм = 4001300 кДж/(м2· ч· град), при этом правильность расчета следует проверять следующим образом: Fуд = 0,00280,0055 м2/кВт – для двигателей, поршни которых охлаждаются водой; Fуд = 0,028–0,055 м2/кВт – для двигателей с поршнями, охлаждаемыми маслом. По полученным значениям Fуд выбирают необходимые маслоохладители. Вместимость сточно-циркуляционной цистерны, м3: Vс .ц . G kц м ц , где kц – кратность циркуляции масла в системе (kц = 58 для двигателей мощностью 3000– 4000 кВт и kц = 812 для двигателей мощностью 1200015000 кВт); м = 0,90,95 т/м3 – плотность масла; ц = 1,41,6 – коэффициент, учитывающий заполнение цистерны корпусными деталями, свободный объем цистерны над уровнем масла, который не должен превышать 0,70,8 высоты цистерны, и увеличение объема масла от нагревания и вспенивания. Для подогрева масла перед запуском двигателя и перед сепарацией можно использовать один и тот же подогреватель. Площадь поверхности нагрева подогревателя масла, м2: F k з Qм , kt где Qм – количество теплоты, необходимое для подогрева масла, кДж/ч; kЗ = 1,1 – коэффициент запаса; k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К). В первом приближении k = 90200 2 Вт/(м · К). Необходимое для подогрева количество теплоты, кДж/ч: Q м = G м c м (t м 2 – t м 1 ), где Gм – количество подогреваемого масла, кг/ч; cм – теплоемкость масла, кДж/кг; tм1 и tм2 – начальная и конечная температуры масла, С. Вместимость цистерны отработавшего масла выбирается из условия обеспечения слива масла в течение 4 месяцев плавания. 92 2.3. Системы охлаждения 2.3.1. Назначение и классификация систем, температурный режим охлаждения дизелей Системы охлаждения предназначены для отвода теплоты и обеспечения нормальной работы главных и вспомогательных двигателей, турбокомпрессоров, подшипников и дейдвудных устройств валопроводов, компрессоров сжатого воздуха и рабочих сред, циркулирующих в СЭУ. В качестве охлаждающих сред используются пресная и забортная вода. Это позволяет выполнить охлаждение деталей и охладителей умеренными объемами жидкостей охлаждающих полостей и охладителей, создавая определенные предпосылки для лучшего расположения оборудования в МО теплоходов. В зависимости от организации движения охлаждающей среды различают циркуляционные и проточные охлаждающие системы. В первых охлаждающая среда прокачивается по замкнутой системе, отбирая тепло от охлажденного объекта, нагреваясь при этом и отдавая эту теплоту охладителю, охлаждаясь в нем до первоначальной температуры. В проточных системах охлаждающая среда после отбора теплоты от охлаждаемого объекта удаляется за борт. Рабочим телом в проточных системах служит забортная вода, а в циркуляционных – пресная вода, масло, топливо и др. Принципиальные схемы проточных систем охлаждающей забортной воды могут быть последовательными, когда основные охладители, через которые прокачивается забортная вода (охладители масла, пресной воды, продувочного воздуха и др.), расположены последовательно по току воды; параллельными, когда главные охладители (масла и пресной воды) включены в систему параллельно; последовательно-параллельными. Кроме того, системы охлаждающей забортной воды могут классифицироваться по своему назначению: объединенные системы, когда они выполняются общими для ГД и ВДГ; автономные системы, раздельные для ГД и ВДГ. Системы охлаждающей пресной воды также могут быть последовательными или параллельными, автономными или смешанными. Но главным фактором, определяющим комплектацию и конструктивные особенности системы, являются конструктивные особенности ГД. У некоторых двигателей форсунки охлаждаются топливом, а поршни – маслом. В этом случае система охлаждающей пресной воды наиболее проста – она предназначается для охлаждения цилиндров и цилиндровых крышек. Двигатели фирмы МАN имеют два самостоятельных охлаждающих контура: один для охлаждения цилиндров и поршней, а другой для охлаждения форсунок. Для двигателей «Зульцер» большой мощности предусматриваются три контура охлаждения пресной водой: первый – цилиндров и крышек, второй – поршней, третий – форсунок. При этом система охлаждающей пресной воды становится более сложной: приходится устанавливать больше насосов, охладителей, фильтров, удлинять трубопровод и т. д. Комплектация системы охлаждающей воды также может быть выполнена в нескольких вариантах. Если, например, ВДГ оборудованы навешенными насосами и охладителями, то бортовые насосы пресной воды не предусматриваются. На судах, имеющих ЭУ с символом автоматизации, предусматривается надежное резервирование насосов и автоматическое управление их работой. Расчетная температура забортной воды для судов неограниченного района плавания составляет 32 С. Дизелестроительные фирмы требуют поддерживать разность температур на входе и выходе из дизеля на уровне не более 10–12 С. В связи с использованием ВВТ температуру воды на выходе из двигателя установили на уровне 70–75 С. В современных дизелях с высоким наддувом рекомендуются еще более высокие температуры: 75–80 и даже 125 С. Подобная тенденция объясняется стремлением сократить потери теплоты с охлаждающей водой. 93 Таблица 9 Теплота, отводимая системой охлаждения малооборотных двигателей, изготовленных в 1965–1990 гг. Годы постройки дизелей 1965–1970 1971–1975 1976–1980 1981–1985 1986–1990 Количество теплоты от выделенной при сгорании топлива, % с охлаждающей от наддувочного воздуха с маслом пресной водой 11–15 6–8 3,3–4,0 9–14 8–11 3,2–3,9 8–13 10–13 3,1–3,8 6–11 12–15 3,0–3,7 5–9 13–16 2,9–3,6 Значительное количество теплоты отводится водой при охлаждении наддувочного воздуха в МОД, в последних моделях двигателей оно достигает 14 % выделенной при сгорании топлива. Теплота в ДВС отводится и в системе смазки (до 4 %). В общем случае в СДУ с МОД потеря теплоты с охлаждающей водой составляет 22–24 %. В результате совершенствования двигателей происходит перераспределение потоков энергии: снижается доля теплоты с охлаждающей пресной водой и возрастает при охлаждении наддувочного воздуха (табл. 9). 2.3.2. Состав и схемы систем водяного охлаждения Система охлаждения состоит из следующих основных элементов: насосов пресной и забортной воды, фильтров, расширительных и сточных цистерн и цистерн для приготовления присадок, охладителей пресной воды, подогревателей пресной воды, приемных и отливных устройств, трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой и контрольноизмерительных приборов. В СДУ применяются одноконтурные, двухконтурные и трехконтурные системы охлаждения, в которых ГД и ВДГ охлаждаются пресной водой первого или второго замкнутого контура. Теплота от пресной воды второго контура передается забортной воде в охладителях. Устойчивая циркуляция пресной воды достигается благодаря постоянному отводу паровоздушной смеси из полостей охлаждения, обеспечению полного заполнения водой циркуляционного контура (периодическим пополнением воды) и возможности изменения объема воды из-за динамичности процессов охлаждения во время эксплуатации. Для этого в каждой системе последовательно с основным контуром циркуляции воды (или параллельно ему) устанавливают дренажно-компенсаторный контур с расширительной цистерной, связанной с атмосферой. В этой цистерне происходит выделение паровоздушной смеси из воды. Она же служит для пополнения утечек воды и является буферной емкостью при изменении объема воды. На рисунке 97 приведена схема закрытой системы охлаждения двигателя. Циркуляционным насосом 15 пресная вода по внутреннему контуру подается в блок цилиндров 1. Охладив крышку 2 цилиндра двигателя, вода по патрубку 3 поступает в полость охлаждения выпускного коллектора 5, а оттуда в термостат или в терморегулятор 7, который служит для автоматического регулирования температуры воды, прошедшей через двигатель. Если температура этой воды окажется выше требуемого значения, то термостат большую часть воды пропустит в холодильник 11, а меньшую – в трубу 16. Таким образом, в термостате постоянно происходит перераспределение двух потоков воды: подводимой к насосу 15 и вновь направляемой на охлаждение двигателя. Температура воды контролируется термометром 6. В связи с высокой температурой воды, выходящей из двигателя, в отдельных точках внутренних полостей, заполненных водой, образуется некоторое количество пара. Пар отводится по трубе 4 в расширительный бак 8, являющийся компенсатором объема, в который по трубе 9 вытесняется избыточное коли94 чество расширившейся при нагревании воды. Благодаря этому предотвращается нарушение плотности соединений элементов системы. Забортная вода через кингстон 13 забирается насосом 12 и прогоняется через холодильник, где охлаждает воду внутреннего контура, после чего отводится за борт по трубе 10. Такая система охлаждения двигателей предохраняет полости охлаждения двигателя от отложения солей и уменьшает вероятность образования коррозии и электрохимической эрозии. Установленный на приемной ветви фильтр забортной воды 14 предохраняет систему от попадания ила и песка. Рис. 97. Схема закрытой системы охлаждения ДВС. Замкнутая двухконтурная система охлаждения с автоматизированным регулированием (рис. 98) широко распространена в судовых дизелях. Рис. 98. Автоматизированная двухконтурная система охлаждения. 95 В контуре пресной воды охлаждающая вода (дистиллят) циркуляционными насосами 27 прокачивается через водоводяные охладители 24 и подается на охлаждение дизеля. На выходе из дизеля по отливной трубе вода направляется в деаэратор 15 центробежного типа, где от воды отделяется паровоздушная смесь, сбрасываемая в расширительную цистерну 21. Из деаэратора вода возвращается к циркуляционным насосам. Расширительная цистерна располагается над дизелем на высоте 8–10 м, что обеспечивает надежный подпор при работе центробежных циркуляционных насосов (по трубопроводу 25). Кроме того, расширительная цистерна служит для компенсации объема воды в системе и для ввода присадок. Для прогревания дизеля перед пуском установлен водоподогреватель 14 с байпасным клапаном 13. При работе вакуумной испарительной установки 26 часть горячей воды после дизеля направляется в испаритель. Для регулирования потока воды, направляемого на охлаждение газотурбокомпрессоров, установлена дроссельная шайба 11. В контуре забортной воды имеются бортовые 2 и донный 1 кингстоны. На приемных магистралях у кингстонов установлены фильтры-грязевики 28, состояние которых контролируют по дифференциальным манометрам 29. Вода от кингстонов забирается циркуляционными насосами 3 и направляется по двум магистралям: на охлаждение наддувочного воздуха в воздухоохладители 9; на охлаждение масла в маслоохладители 22 и пресной воды в водоводяные охладители 24. Параллельно-последовательное подключение охладителей обеспечивает заданный температурный режим во всех объектах охлаждения: охлаждение наддувочного воздуха до 38– 40 ºС; охлаждение масла до 40–45 ºС; охлаждение пресной воды до 50–65 ºС. Элементы автоматики обеспечивают выполнение следующих операций: автоматическое регулирование и контроль уровня в расширительной цистерне 21 при помощи указателя уровня 20; автоматическое регулирование заданной температуры воды на входе в дизель при помощи терморегулятора 23 с датчиком 16; автоматический пуск резервного циркуляционного насоса при помощи блоков управления 5 с датчиками 4; автоматическое регулирование заданного режима прогревания дизеля перед пуском при помощи терморегулирующего парового клапана 18 с датчиком 12; автоматическое регулирование температуры забортной воды в системе циркуляции при помощи терморегулируюшего клапана 7 с датчиком 8 и рециркуляционной магистрали 6; автоматическое регулирование температуры наддувочного воздуха при помощи терморегулятора 19 с датчиком 17; контроль температуры воды на выходе по цилиндрам при помощи датчиков 10. Централизованная трехконтурная система охлаждения характеризуется следующими показателями: максимальной изоляцией элементов и трубопроводов от морской воды, что позволяет уменьшить расходы дорогостоящих материалов для изготовления трубопроводов и элементов этого контура, значительно снижает затраты на техническое обслуживание и ремонт; высокой стабильностью температурного режима главного двигателя, практически не зависящей от колебаний температуры забортной воды; постоянным прогреванием главного двигателя на стоянке от системы охлаждения дизель-генераторов. Система имеет три контура (рис. 99): высокотемпературный контур пресной воды для охлаждения главного двигателя и дизель-генераторов; низкотемпературный контур пресной воды для охлаждения вспомогательных систем; контур забортной воды (кингстоны, фильтры, циркуляционные насосы и два водоохладителя). Главные циркуляционные насосы 13 (или стояночный насос 14) прокачивают воду высокотемпературного контура, охлаждающую главный двигатель 1 и дизель-генераторы 11. В контуре предусмотрена расширительная цистерна 3 с подкачивающим дистиллятным насосом 4. Температура воды на выходе из дизеля контролируется датчиком 2 и регулируется терморегулятором 15, через который может подмешиваться более холодная вода из низкотемпературного контура. Температура воды в системе охлаждения дизель-генераторов регулируется терморегуляторами 12 с датчиками 10. Циркуляционные насосы 8, из которых один резервный, а второй – постоянный, прокачивают воду низкотемпературного контура через охладители 9 воздуха наддува ГД, масла, системы охлаждения форсунок. Температура воды в низкотемпературном контуре регулируется терморегулятором 6 с датчиком 7. Вода низкои высокотемпературного контуров сливается в один поток и охлаждается забортной водой в охладителях 5. 96 Рис. 99. Трехконтурная система охлаждения. Подача забортной воды на охладители 5 пресной воды низкотемпературного контура осуществляется насосами 16 и резервным насосом 17, что позволяет маневрировать затрачиваемой мощностью, чтобы не расходовать лишнюю энергию на прокачку охладителей, когда пресная вода пропускается мимо них. Если использовать двухскоростные циркуляционные насосы, то, имея два насоса забортной воды – основной и резервный, что отвечает требованиям правил Регистра, можно применить четыре варианта подачи воды в охладители в зависимости от эксплуатационных условий. Например, в одной из централизованных систем фирмы «Альфа-Лаваль» при температуре забортной воды 32 ºС работают два насоса суммарной мощностью 120 кВт, при понижении температуры до 28–30 ºС работает один насос мощностью 65 кВт, а при температуре забортной воды ниже 22 ºС достаточно работы одного насоса мощностью 8,5 кВт. Естественно, что в стояночном режиме без грузовых операций, в нашем случае трехконтурной системы, в работе ДГ достаточно одного насоса в каждом контуре. Согласно правилам Регистра на судах без ледового класса и с ледовым классом Ice-1 – Ice-3 допускается килевая система охлаждения, когда вместо системы забортной воды охладитель контура охлаждения пресной водой предусматривается в виде змеевиков или конструкции за бортом судна. Охладителей, согласно правилам, должно быть два. Высокотемпературное охлаждение рационально применять для дизелей, работающих на низкосортных высокосернистых топливах (с содержанием серы до 3,5–5 %). При этом необходимо предотвращать конденсацию паров влаги, содержащихся в продуктах сгорания, повысив температуру выхлопных газов до значений, превышающих точку росы водяного пара. Кроме предотвращения сернистой коррозии, высокотемпературное охлаждение активизирует процесс сгорания, уменьшая период задержки воспламенения, и снижает скорость нарастания давления. Более высокие температуры стенок цилиндра уменьшают динамическую вязкость цилиндрового масла, улучшая условия образования стабильной масляной пленки. Таким образом, применение высокотемпературного охлаждения повышает эффективность и экономичность работы двигателя, а в комплекте с системами глубокой утилизации теплоты обеспечивает рост экономичности дизельной установки. Один из вариантов высокотемпературной системы охлаждения – когда внутренний контур пресной воды герметизирован, что позволяет при соответствующем давлении в системе повысить температуру воды на выходе из дизеля до 80–90 ºС. Высокотемпературное охлаждение двигателей возможно еще в двух вариантах: с последующим парообразованием и с кипящим охлаждением. Система с последующим парообразованием обеспечивает охлаждение двигателя водой с температурой более 100 ºС благодаря повышенному давлению, создаваемому циркуляционным насосом. Для повышения давления в трубопроводе на выходе из дизеля устанавли97 вают дросселирующее устройство. После дросселирования воды давление резко падает, и происходит процесс парообразования, а образовавшийся пар отводится в сепаратор и конденсируется при давлении, близком к атмосферному, а затем конденсат возвращается в систему охлаждения. При кипящем охлаждении (система с парообразованием внутри охлаждаемых полостей) обеспечивается охлаждение двигателя, совмещенное с процессом парообразования и с последующим сбросом пара в конденсационное устройство или непосредственно в атмосферу. При кипящем охлаждении коэффициент теплоотдачи значительно возрастает, так как теоретически при испарении 1 кг воды количество теплоты, отведенной от поверхности охлаждения, равно количеству теплоты, отведенной 77 кг циркуляционной воды при ее нагреве на 7 ºС. Следует отметить, что при использовании систем высокотемпературного охлаждения возрастание температуры воды выше 100 ºС способствует ковитационной эрозии циркуляционных насосов. Происходит также перераспределение составляющих теплового баланса: увеличивается доля теплоты, теряемой с выпускными газами, при значительном сокращении потерь теплоты на охлаждение. 2.3.3. Механизмы и оборудование систем водяного охлаждения Насыщенность систем охлаждения СЭУ механизмами и оборудованием определяется в основном количеством автономных подсистем – контуров циркуляции, обслуживающих различные группы или одиночные объекты охлаждения. В качестве охлаждающих насосов пресной и забортной воды применяются несамовсасывающие горизонтальные (НЦГ) и вертикальные (НЦВ) центробежные электронасосы; самовсасывающие горизонтальные (НЦГС) и вертикальные (НЦВС) находят применение в общесудовых системах, а в системах охлаждения, как правило, не используются. В таблице 10 приведены основные характеристики указанных насосов. В системах, где охлаждающей жидкостью служат топливо или масло, применяют шестеренные или винтовые насосы. Охлаждающие насосы должны устанавливаться в трюме МО (для обеспечения лучшего всасывания) с таким расчетом, чтобы длина главных магистральных трубопроводов была наименьшей, а сами насосы и путевая арматура были доступны для обслуживания, осмотров и ремонтов. Расширительные цистерны должны устанавливаться выше уровня воды в системах и подсоединяться к приемным трубам насосов. Отвод охлаждающей воды от двигателей должен осуществляться из точек, расположенных выше верхнего уровня охлаждаемых полостей. Должен обеспечиваться отвод воздуха от циркуляционных систем. Система водяного охлаждения форсунок должна быть независимой от других систем и обслуживаться двумя насосами (один – резервный). Системы охлаждения цилиндров и поршней рекомендуется выполнять раздельно. Машинное отделение должно иметь не менее двух кингстонных ящиков, обеспечивающих прием забортной воды в любых условиях эксплуатации. Один из кингстонных ящиков размещается в междудонном пространстве, другой – на борту судна. Оба кингстона соединены общей распределительной магистралью, откуда забортная вода забирается насосами. Приемные отверстия кингстонов оборудуются решетками или выполнены в виде прорезей. Каждое приемное отверстие оборудуется устройством для продувания паром, сжатым воздухом или водой. Для предохранения полостей охладителей и трубопроводов от засорения на приемных трубах насосов забортной воды устанавливают фильтры. Охладители предназначены для отвода в забортную воду теплоты от промежуточных теплоносителей. Конструкции охладителей пресной воды не отличаются от охладителей масла. На судах получили применение централизованные системы охлаждения, отличающиеся от обычных тем, что пресная вода, охлаждающая ГД и ВДГ, компрессоры, масляные охладители и все другие объекты, охлаждается, в свою очередь, забортной водой в одном или двух центральных охладителях. Это позволяет значительно упростить комплектацию системы насосами и охладителями, выполнить трубопровод охлаждающей забортной воды простым и коротким, что удешевляет изготовление. При этом значительно упрощается и удешевляется эксплуатация системы охлаждения, так как количество механизмов, фильтров, охладителей и труб, непосредственно соприкасающихся c забортной водой, которая является причиной коррозии труб, арматуры и охладителей, сводится до минимума. 98 Для пресной воды предусматривается расширительная цистерна, уровень воды в которой выше максимального уровня в системе пресной воды ГД. Вместимость цистерны составляет 10–20 % объема циркулирующей воды. Она оборудуется указательными колонками, запорной арматурой, а также датчиками и арматурой дистанционного контроля уровня воды. Для приготовления присадок и ввода их в систему пресной воды предусматривается специальная цистерна, которая размещается таким образом, чтобы был обеспечен ввод присадок самотеком через расширительную цистерну или непосредственно в приемный трубопровод насосов. Для трубопроводов пресной воды используются стальные бесшовные холоднотянутые или холоднокатаные, иногда нержавеющие трубы. Для забортной воды используют медные трубы, однако чаще применяют трубы из сплава марки МНЖ 5-1. Для труб используют штуцерные (при Ду = 332 мм) и фланцевые (при Ду = 20500 мм) соединения. Уплотнение соединений осуществляется с помощью паронитовых прокладок. Необходимый расход воды в трубах обеспечивается с помощью дроссельных шайб, исключающих кавитационный режим течения и установленных на выходе из двигателей. Трубопроводы пресной воды с температурой более 60 С имеют теплоизоляцию. Для защиты механизмов и аппаратов от чрезмерного давления служат полнопроходные предохранительные клапаны. Системы охлаждения оборудуются смотровыми окнами, термометрами, манометрами и терморегуляторами, измерителями уровня, обеспечивающими автоматическое поддержание заданной температуры охлаждающей воды и защиту двигателя при падении давления. Таблица 10 Основные характеристики центробежных насосов Подача Тип насоса Частота вращения КПД, %, для типов Масса, кг, для типов НЦВС, НЦГС 35 НЦВ, НЦГ – НЦВС, НЦГС 121 10 2,8 40 50 3000 НЦВ, НЦГ 47 25 7 20 50 3000 65 42 100 120 25 7 65 50 3000 57 50 175 315 40 11,2 20 50 3000 70 47 120 310 40 11,2 63 17,64 80 20 50 50 3000 3000 60 68 – 52 354 145 320 63 17,64 30 50 3000 72 59 160 335 100 30 50 3000 75 66 280 300 160 44,8 20 25 1500 76 64 262 334 250 70 30 25 1500 80 71 498 524 400 112 30 25 1500 82 77 755 940 630 176,4 30 25 1500 83 78 1050 – 1600 448 25 25 1500 – – 1590 – м3/ч л/с НЦГ-10/40, НЦГС-10/40 НЦВ-25/20, НЦВС-25/20 НЦВ-26/65, НЦВС-26/65 НЦВ-40/20, НЦВС-40/20 НЦВ-40/80 НЦВ-63/20, НЦВС-63/20 НЦВ-63/30, НЦВС-63/30 НЦВ-100/30, НЦВС-100/30 НЦВ-160/20, НЦВС-160/20 НЦВ-250/30, НЦВС-250/30 НЦВ-400/30, НЦВС-400/30 НЦВ-630/30, НЦВС-630/30 НЦВ-1600/25, НЦВС1600/25 Напор, м 28 с-1 мин-1 99 – 2.3.4. Определение основных характеристик оборудования Для расчетов системы охлаждения принимают: 1) расчетную (начальную) температуру забортной воды 32 С; 2) температуру забортной воды на выходе из охладителя 45–50 С (температурный перепад в охладителе 10–20 С); 3) температуру пресной воды на выходе из двигателя 70–75 С; 4) температурный перепад воды в двигателе 8–12 С; 5) давление в системе пресной воды 0,20–0,30 МПа. Количество теплоты, отводимое от двигателей с охлаждающей водой, зависит от конструкции и размеров двигателя, степени форсировки, режима работы и особенностей конструкции системы охлаждения. Значения количества отводимой от двигателя или механизма теплоты указано в технической документации, поставляемой заводом-изготовителем двигателя. Количество теплоты, отводимое в МОД, приведено в таблице 11. Спецификационная подача насоса пресной воды: Gнп K1 aпв g e N eQн cпвtпв , Насоса забортной воды: n Gнз K 2 aпв g e N eQн Qi cзв t зв 1 , где К1 = 1,21,3; К2 = 1,11,2 – коэффициенты запаса подачи; апв = 0,16 0,25 – доля теплоты, отводимой пресной водой от всего количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива; gе – удельный эффективный расход топлива в дизеле, кг/(кВтч); Nе – эффективная номинальная мощность дизеля, кВт; Qн – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; Спв = 4,19, Сзв = 4,15 – удельная теплоемкость соответственно пресной и забортной воды, кДж/(кгград); tпв = 812 С; tЗВ = 1015 С – температурный перепад соответственно воды на выходе и входе в двигатель, забортной воды в охладителе; Qi – количество теплоты, воспринятое водой в i-м элементе системы (маслоохладителе, компрессоре, подшипнике валопровода и т. п.), кДж/ч. По полученным значениям Gнп и Gнз из таблицы 10 принимаются к установке охлаждающие насосы пресной и забортной воды. Для СЭУ, имеющих символ автоматизации, такие же насосы устанавливаются в качестве резервных. Если СЭУ не автоматизирована, насос пресной воды дублируется вторым (резервным) насосом забортной воды. Поверхность охлаждения главного водоводяного охладителя, м2: F aпв g e N eQн t t t t K в пв1 пв2 зв1 зв 2 2 2 , где tпв1 и tпв2; tзв1 и tзв2 – соответственно температура пресной и забортной воды на входе в охладитель и на выходе их него, С; 100 Кв = 20003500 кДж/(м2чград) – коэффициент теплопередачи в охладителе от пресной воды к забортной. По полученному значению F подбирается 1 или 2 (в зависимости от мощности главного двигателя) охладителя (табл. 11). Подача стояночных охлаждающих насосов, кг/ч: Gс K з qg еДГ N еДГ Qн n cпвt , где Кз = 1,21,4 – коэффициент запаса; q = 0,170,25 – доля теплоты, отводимой от двигателей с водой; gеДГ и NеДГ – удельный расход топлива и практическая мощность работающих ВДГ; n – число работающих ВДГ в режиме «стоянка с грузовыми операциями» или «стоянка на промысле»; t = 1525 С – температурный перепад воды. Вместимость расширительной цистерны, м3: V=p Nе10-3, где p = 0,150,4 л/кВт – удельная вместимость; Nе – мощность двигателей, обслуживаемых системой охлаждения пресной воды, кВт. Таблица 11 Основные характеристики охладителей пресной воды Характеристика Q, м3/ч F, м2 Наименование Марка Охладитель водяной ВХД-17 180 17,5 760х630х575 Охладитель кожухотрубный одноходовой ТК600/900-1 90–140 28,6 1670х780х830 Охладитель водяной горизонтальный ВХД-12,5 132 13 – Охладитель кожухотрубный ТК420/650-1 90 9,7 948х545х630 Охладитель водяной горизонтальный или вертикальный Охладитель кожухотрубный одноходовой ВХД-10Л-1 55 9,7 948х545х630 ТК310/П10-1 40 13,75 1520х460х500 ОПВ3,4-1 3–5 3,4 1270х295х350 Охладитель водяной горизонтальный или вертикальный Габариты LхBхH, мм 2.4. Системы сжатого воздуха (пусковая система) 2.4.1. Назначение и состав Системы сжатого воздуха предназначены для получения, хранения и подачи сжатого воздуха на пуски и реверсы ГД, на пуски ВДГ, в системы автоматики, пневмоцистерны пресной и забортной воды санитарных систем, для продувания кингстонов и змеевиков обогрева, для привода в действие переносного пневмоинструмента, подачи сигналов тифоном и прочих хозяйственных нужд судна. На промысловых судах сжатый воздух используется и на промыслово-технологические нужды. Расход воздуха на промысловых судах значительно выше, чем на судах других типов. Это связано с особенностями условий работы ЭУ промыслового судна, в структуре режимов работы которых значительное место занимают режимы переменных нагрузок с многочисленными пусками и реверсами ГД (от 2 до 3 тысяч в год на траулерах с кормовой схемой траления). Поэтому на рыбопромысловых судах зачастую применяют ВРШ. 101 Системы сжатого воздуха в зависимости от рабочего давления сжатого воздуха подразделяются на системы низкого давления (до 1 МПа), среднего давления (до 3 МПа) и высокого давления (свыше 5 МПа). На промысловых судах системы высокого давления встречаются редко. Для запуска ГД и ВДГ используется сжатый воздух при рабочем давлении 2,5–3 МПа. Для других потребителей достаточно давление воздуха 1 МПа. В состав систем сжатого воздуха входят воздушные компрессоры, водомаслоотделители, воздухоохладители, клапаны запорные, невозвратно-запорные, предохранительные и редукционные, трубопроводы и средства автоматизации. Воздушные компрессоры бывают поршневые и ротационные и предназначены для пополнения запасов сжатого воздуха в воздухохранителях. Они имеют вертикальное или V-образное расположение цилиндров, число которых может быть от 2 до 5 при двух ступенях сжатия и более. Компрессоры обычно агрегатируются вместе с промежуточным охладителем воздуха. Компрессоры первоначального пуска имеют независимый механический или ручной привод. На крупных промысловых судах в качестве компрессоров первоначального пуска устанавливают дизель-компрессоры со стартерным запуском (на иностранных судах это, как правило, дизель-копрессор с ручным пуском), а на относительно небольших судах – ручные компрессоры. Водомаслоотделители – устройства, устанавливаемые непосредственно на компрессорах или на трубопроводах сжатого воздуха для очистки последнего от примесей воды и смазочного масла. Чаще всего это цилиндрические сосуды, в которых размещаются жалюзийные сепараторы влаги. Вода и масло скапливаются на дне отделителя, откуда периодически отводятся вручную или автоматическим устройством. Для более тонкой очистки воздуха на нагнетательных трубопроводах устанавливают фильтры, в которых фильтрующим элементом служит микропористая керамика, состоящая из окислов калия, натрия, алюминия, кремния и небольших добавок окисла железа и кальция. Воздухохранители – баллоны, представляющие собой прочные стальные сосуды для хранения сжатого воздуха. Различают главные воздухохранители, воздухохранители для вспомогательных ДГ, воздухохранители для других потребителей сжатого воздуха. По конструкции баллоны могут быть цельнотянутыми и сварными. Баллоны выпускают двух моделей: вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные баллоны укладывают на специальные постели с уклоном в корму не менее 10° и крепят специальными стальными полотенцами. Внутренние поверхности баллонов покрывают антикоррозийными составами. В нижней части баллона устанавливают клапан для продувания. Запорные, невозвратно-запорные, предохранительные и редукционные клапаны предназначены для исключения утечек сжатого воздуха, распределения его по потребителям, предотвращения увеличения давления сжатого воздуха выше допустимого и обеспечения подачи потребителям воздуха с более низким давлением. Предохранительные клапаны устанавливают на компрессорах, баллонах и трубопроводах. Трубопровод – система труб определенной прочности и проходного сечения, соединенных между собой, предназначенных для подачи сжатого воздуха от компрессоров к воздухохранителям и от воздухохранителей к потребителям. Применяют медные и стальные бесшовные трубы. Арматура стальная и латунная, путевые соединения штуцерные, прокладки паронитовые; допускается применение прокладок из резины при давлении до 0,3 МПа и прорезиненной ткани при давлении до 1 МПа. Температура воздуха, подаваемого в систему, контролируется дистанционными термометрами после каждого компрессора, а давление – манометрами класса точности 2,5 (до 1 МПа) и 1,5 (выше 1,5 МПа). Средства автоматизации – специальные устройства и системы, обеспечивающие автоматическую работу компрессоров (включая пуск и остановку), очистку воздуха от примесей воды и масла (автоматическое продувание водомаслоотделителей), контроль давления. 102 В случае установки на судне АДГ для обеспечения его автоматического пуска вне МО (в помещении АДГ) иногда предусматривается установка компрессора и воздухохранителя, обслуживающих только АДГ. 2.4.2. Схемы систем сжатого воздуха Системы сжатого воздуха не отличаются разнообразием. Любая схема предусматривает подачу воздуха от компрессоров к воздухохранителям и от них к дизелям и другим потребителям. Отличия в схемах могут быть обусловлены числом и типом компрессоров, числом баллонов и их назначением, количеством потребителей сжатого воздуха. На рисунке 100 показана схема системы сжатого воздуха, часто встречающейся на промысловых судах. Система включает два главных компрессора: 1 и компрессор первоначального пуска 2, водомаслоотделитель 3, баллоны пускового воздуха главного 4 и 5, и вспомогательных дизелей 6. Из схемы видно, что главные компрессоры могут нагнетать воздух в любой из баллонов, а воздух, содержащийся в баллоне 4, может быть использован только для запуска главного двигателя. Из пускового баллона 5 ГД воздух отбирается на ресивер 8 тифона 9, а из общей расходной магистрали через редукционный клапан 10 на хозяйственные и различные нужды. Воздух из баллона 6 и баллона первичного пуска 7 может быть использован только на пуск ДГ. Для продувания небольших баллонов применяются сифонные трубки с клапанами 11. Рис. 100. Принципиальная схема системы сжатого воздуха. На крупных добывающих судах с высоким расходом воздуха на хозяйственные и технологические нужды предусматривают установку отдельных хозяйственных баллонов. На рыбообрабатывающих судах иногда предусматривают автономные системы сжатого воздуха со своими компрессорами и воздухохранителями в рыбозаводе. На малых промысловых судах, ГД которых имеют навесные компрессоры (они приводятся в действие от коленчатого вала), устанавливается один автономный электрокомпрессор. 103 2.4.3. Определение основных характеристик В соответствии с Правилами Регистра судоходства сжатый воздух для пуска ГД должен храниться не менее чем в двух баллонах. Система пускового воздуха должна обеспечивать одновременный пуск и реверсирование всех ГД, а запас сжатого воздуха должен быть достаточен для обеспечения не менее 12 пусков всех ГД, подготовленных к действию, попеременно на передний и задний ход, но не работавших, а также действие систем управления двигателями. В случае установки нереверсивных ГД (при установке ВРШ, реверс-редукторов или на судах с электродвижением) запас сжатого воздуха должен быть достаточен для обеспечения шести пусков ГД, а при наличии двух или более ГД – не менее трех пусков каждого двигателя, подготовленного к действию, но не работавшего, а также действия систем управления двигателями. Запас сжатого воздуха в воздухохранителях для пуска ВДГ должен быть достаточным для шести пусков одного подготовленного к действию ДГ наибольшей мощности, при этом пусковой воздухохранитель ДГ может наполняться из воздухохранителей ГД, но исключается возможность перепуска воздуха в обратном направлении. Из двух главных воздухохранителей один является общим, т. е. из него разрешается расходовать воздух на прочие нужды (на средства автоматики, работу тифонов и пр.), а другой – резервным, воздух из которого может расходоваться только на пуск и реверсирование ГД. Как правило, оба баллона имеют одинаковую конструкцию и вместимость, хотя емкость общего воздухохранителя определяется с учетом расхода воздуха на тифон и другие нужды. В соответствии с Правилами Регистра каждый воздухохранитель должен заполняться не менее чем от двух компрессоров равной производительности, один из которых должен иметь привод, независимый от ГД. Общая подача главных компрессоров должна быть достаточной для заполнения в течение 1 ч воздухохранителей ГД от атмосферного давления до давления, при котором обеспечивается выполнение регламентированного Регистром количества последовательных пусков и реверсов ГД. Подача компрессора с независимым приводом должна быть не менее 50 % требуемой подачи всех основных компрессоров, но не менее расхода воздуха на тифон. Расчет системы пускового воздуха выполняется в соответствии с требованиями ОСТ 5.5132-73 «Системы сжатого воздуха среднего и низкого давления. Нормы и правила проектирования». Определяется объем свободного воздуха (при Т = 273 К и Р = 760 мм рт. ст.), расходуемого на один пуск ГД, л: v1 1000 q1 D2 4 Sz , где q1 = 46 – расход в литрах свободного пускового воздуха на литр объема рабочих цилиндров двигателя (задается в ТУ на поставку двигателя); D – диаметр цилиндра двигателя, м; S – ход поршня двигателя, м; z – число цилиндров двигателя. Объем свободного воздуха, расходуемого на пуск ВДГ, наибольшей мощности, л: 2 = q2 Ne, где q2 = 1,52,0 л/кВт – расход свободного воздуха на пуск ВДГ; Nе – наибольшая мощность принятого к установке ВДГ, кВт. Общая вместимость воздухохранителей ГД, м3 : 104 v1 n1 p k 10 3 V1 p1 p2 , где n1 – число пусков ГД в соответствии с Правилами Регистра судоходства; р – атмосферное давление, МПа; р1 – максимальное абсолютное давление сжатого воздуха в баллоне, МПа; р2 – минимальное абсолютное давление воздуха, при котором возможен пуск двигателя, МПа (принимается р2 = 1,01,2 МПа); k – число ГД. Вместимость главного воздухохранителя (м3) должна быть не менее 1 Vб1 V1 i1 , где i1 – количество главных воздухохранителей. Вместимость воздухохранителей ВДГ, м3: v2 n2 p k 10 3 V2 p1 p2 , где все данные как в формуле для ГД. Если принимается к установке один воздухохранитель (он, как правило, один), то его вместимость Vб2 V2, если устанавливается i2 воздухохранителей, то вместимость каждого должна составлять: Vб 2 1 V i2 2 . Общая подача основных компрессоров, м3/ч: Q V1 p1 p pt , где р1 – максимальное абсолютное давление воздуха в воздухохранителе, МПа; t = 1 ч – время заполнения воздухохранителей; p – атмосферное давление 0,1 МПа. По полученному значению Q принимают к установке, как правило, два компрессора, в каждом из которых Q1 Q. Марки и характеристики компрессоров отечественного производства приведены в таблице 12. 105 Таблица 12 Основные характеристики двухступенчатых электроприводных компрессоров пускового воздуха Марка ЭКП-280/25 ЭКП-210/25 ЭКП-140/25 ЭКП-70/25 Компрессор Q, м3/ч Р, МПа 280 2,5 210 2,5 140 2,5 70 2,5 ОК-3-33 2 ОК-1-Э5/1 2 ОК-1-Э6/1 КВД-М ДКП-10/30 (дизель-компрессор) 70 26 30 10 10 6,0 6,0 3,0 6,0 3,0 Электродвигатель Марка Р, кВт n, об/мин АМ 102-6 56 975 АМ 101-6 41 980 АМ 83-6 35 – АМ 31-6 12,5 965 АМ 31-4 25 400 П-52М 8,8 1500/500 П-52М 8,8 1500/500 3,4 – – – – – Габариты L B H, мм 23008301605 19203251605 – 15508001560 195010751760 13007801250 13007801250 950650600 1310500990 При отсутствии АДГ, от которого может работать один из компрессоров для пуска ВДГ, должен быть установлен первичный ручной или дизель-компрессор с ручным пуском двигателя. Подача компрессора первичного пуска определятся по рабочему давлению p1, при котором возможен трехкратный пуск ВДГ, МПа: v2 n2 p 103 p1 p2 Vб 2 , где р2 – минимальное давление, при котором возможен пуск ВДГ, МПа; Vб2 – вместимость баллона, м3. Производительность подкачивающего компрессора обычно принимается: Qпк= (0,30,5) Q. Внутренний диаметр магистральных воздушных трубопроводов определяется из уравнения, мм: d 18,8 где Qтр W , Qтр – расход воздуха в трубопроводе, м3/ч; W 30 м/с – скорость воздуха в трубопроводе. Для трубопровода заполнения баллонов: Qтр Qр 6 , где Qр – производительность компрессора (или нескольких компрессоров при одновременной работе), м3/ч. Для трубопровода, соединяющего баллоны и ГД: Qтр где v1 p 3600 p2t , t – продолжительность пуска ГД (принимается t = 3 c). 106 2.4.4. Рекомендации по комплектации Кроме основных требований, изложенных в предыдущем пункте, системы сжатого воздуха должны выполняться с учетом следующих рекомендаций: 1. Вместимость баллонов, производительность компрессоров и конечное давление воздуха следует выбирать с таким расчетом, чтобы при выполнении всех существующих требований не допускать чрезмерно больших запасов сжатого воздуха, так как это приведет к увеличению мощности судовой электростанции и ухудшит расположение механизмов и оборудования в МО. 2. Располагать компрессоры и баллоны следует по возможности вблизи главных потребителей сжатого воздуха (главных и вспомогательных двигателей) с тем, чтобы оборудование системы занимало меньше места и было удобно для обслуживания, осмотров и ремонтов, а длина трубопроводов была минимальной. 3. Воздухохранители следует устанавливать в МО вертикально или продольно по борту с уклоном 10–20° в корму. 4. Максимальное давление воздуха в баллонах следует принимать равным давлению, на которое рассчитана пусковая система ГД. 5. Трубопроводы заполнения баллонов должны быть полностью отделены от расходных трубопроводов. Основные направления в развитии систем пускового воздуха: 1. Полная автоматизация работы компрессоров. 2. Агрегатный метод монтажа большей части системы сжатого воздуха и панельная прокладка воздушных трубопроводов. 3. Увеличение скорости вращения валов компрессоров с целью уменьшения габаритов и массы. 4. Создание комбинированных компрессоров, у которых в качестве первой ступени используется ротационный компрессор, а в качестве второй – поршневой. 2.4.4.1. Воздушные компрессоры 2.4.4.1.1. Конструкция компрессоров пускового воздуха Компрессор КВД-М (рис. 101) двухступенчатый одноцилиндровый обеспечивает подачу 10 м /ч воздуха. В первой ступени воздух сжимается до давления 0,68–0,75 МПа, во второй – до 6 МПа. Потребляемая мощность компрессора 3,4 кВт, частота вращения вала 800 об/мин. Атмосферный воздух всасывается через сетку, стоящую на входе 44, полость Б и всасывающий клапан 43 при движении поршня вниз, из крайнего верхнего положения; во время обратного хода поршня всасывающий клапан 43 закрывается – происходит сжатие воздуха и открытие нагнетательного клапана 30. Сжатый в первой ступени воздух, пройдя через охладитель первой ступени 20, через всасывающий клапан 32 поступает в цилиндр второй ступени, где при ходе поршня вверх дополнительно сжимается. Из цилиндра второй ступени воздух через нагнетательный клапан 41, пройдя охладитель второй ступени 16 и водомаслоотделитель, поступает в баллоны. Механизм движения и цилиндр компрессора смазываются разбрызгиванием. Масло заливается в картер 1 через отверстие для масломерного щупа 7. Оно захватывается при работе компрессора разбрызгивателем 2, распыляется и попадает на стенки цилиндра первой ступени 8. Масло протекает и в рабочую полость цилиндра первой ступени, откуда оно вместе со сжатым воздухом попадает в цилиндр второй ступени и смазывает его. 3 107 Рис. 101. Компрессор КВД-М. Масло для смазывания кривошипного подшипника поступает через отверстие в разбрызгивателе 2 крышки подшипника 3. Для улучшения условий смазывания в крышке подшипника имеется канавка. В головное соединение масло поступает через наклонное отверстие в поршне 9 и радиальные отверстия в пальце 28 в его внутреннюю полость. Оттуда масло через нижнее отверстие в пальце поступает к верхней головке шатуна, смазывая головной подшипник. Канавка в бронзовой втулке улучшает условия смазывания соединения «поршневой палец-шатун». Смазочная система компрессора простая, но не совершенная. Вследствие повышенного расхода масла через каждые 16 часов работы компрессора его необходимо доливать в картер. Периодически следует промывать компрессор и удалять загрязненное масло из картера, так как в системе не предусмотрена его очистка. Вода для охлаждения компрессора подводится через штуцер в полость А цилиндра первой ступени 8. Из полости А охлаждающая вода проходит через окна в верхней торцевой стенке цилиндра в колпак 19. При этом она охлаждает змеевики 16 и 20, цилиндр второй ступени и клапаны первой и второй ступеней. Вода выходит из компрессора через штуцер в верхней части колпака. Цилиндр 8 выполнен из чугуна, в верхней части он имеет отлитую заодно с ним водяную рубашку А и гнезда для клапанов первой ступени. К головке цилиндра второй ступени крепится стальная крышка 15 с гнездами для установки клапанов второй ступени. Всасывающий клапан второй ступени 32 фиксируется в своем гнезде колпаком 35. Воздух из охладителя первой ступени ко всасывающему клапану второй ступени подводится по двум радиальным сверлениям в этом колпаке. Нагнетательный клапан второй ступени 41 прижимается к своему гнезду в крышке колпаком 39, который также имеет радиальные сверления для прохода воздуха в охладитель второй ступени 16. Всасывающий клапан 43 первой ступени фиксируется в своем гнезде колпаком 42 фланцевого типа с пазами для поступления воздуха, а нагнетательный клапан первой ступени 30 – колпаком 31, который приварен к змеевику первой ступени 20. Чугунный колпак 19 крепится к фланцу водяной рубашки цилиндра. Внутри колпака находятся змеевики первой и второй ступеней 16 и 20. Колпак снабжен резиновым предохранительным клапаном 40, предотвращающим его разрыв в случае повреждения охладителей или нарушения уплотнения клапанов. На колпаке компрессора имеется штуцер 18 для отвода сжатого воздуха и колпачок (сбоку) для подвода воздуха к предохранительному клапану и манометру первой ступени. 108 Второй штуцер (сбоку) служит для отвода воды из компрессора. На колпаке компрессора установлен также цинковый протектор 34 для уменьшения коррозионного действия морской воды. Цилиндр первой ступени подвергается гидравлическим испытаниям на давление 1,2 МПа, второй ступени – на 10 МПа. Колпак и водяную полость цилиндра испытывают на давление 0,6 МПа. Соединения цилиндров с другими деталями компрессора уплотняются с помощью отожженных красномедных прокладок. Набор красномедных прокладок между цилиндром 8 и крышкой цилиндра 15 позволяет регулировать величину мертвой зоны. Поршень первой ступени – литой, алюминиевый, имеет три уплотнительных кольца 10 и одно маслосъемное кольцо 22. Поршень второй ступени набирается из сетки гнезд 12, насаженных на стержень и образующих между собой канавки для поршневых колец. Гнезда стянуты болтом 21 и гайкой 11. Запрессованный в поршень полый палец 28 дополнительно стопорится от проворачивания и осевого смещения винтом 46. Торцы пальца 28 закрыты заглушками 29. В двух противоположных стенках литого чугунного картера 1 расточены отверстия под крышки. В одной из крышек 48 установлен шарикоподшипник коленчатого вала 47. Вторая крышка 25 служит суфлером, она предназначена для выравнивания давления в картере при работе компрессора, а шарикоподшипник, фиксируемый этой крышкой, установлен непосредственно в расточном отверстии картера. Съемные крышки картера служат для монтажа и осмотра механизма движения. Соединение между цилиндром 8 и картером 1 уплотняется с помощью латунных прокладок, набор которых позволяет регулировать объем мертвой зоны (зазор между поршнем и верхней торцевой стенкой цилиндра первой ступени в крайнем верхнем положении поршня). Динамическая балансировка коленчатого вала, связанного с поршнем шатуном, осуществляется с помощью противовесов 27. Маслосбрасывающая втулка 47, насаженная на вал со стороны маховика 45, предотвращает протечки масла через зазор между валом и крышкой. Змеевики воздухоохладителей, выполненные из красномедных труб, подвергают гидравлическим испытаниям: змеевик первой ступени на давление 2 МПа, второй ступени – на 10 МПа. Компрессор с ручным приводом типа НА-35 фирмы Вильгельм Поппс предназначен только для аварийных целей. Конструкция его дана на рисунке 102. Рис. 102. Ручной воздушный компрессор НА-35: 1 – рычаг; 2 – шатун ступени I; 3 – поршень ступени I; 4 – всасывающий клапан ступени I; 5 – блок цилиндров; 6 – всасывающий клапан ступени II; 7 – нагнетательный клапан ступени II; 8 – поршень ступени II; 9 – шатун ступени II. 109 Смазка всех деталей цилиндра консистентная (вязкость 12° Энглера), картер отсутствует. Охлаждение цилиндров воздушное, поэтому цилиндры оребрены. Компрессор двухступенчатый, двухцилиндровый, с общим коромыслом – кривошипом и опорным подшипником, установленном на ручном рычаге 1. Компрессор рассчитан на давление 30 кгс/см2. Поршни 3 и 8 имеют развитые головные подшипники, что уменьшает удельное давление при консистентной смазке. Шатуны 2 и 9 круглые, с неразъемными верхними и нижними головками, что вполне оправдано ввиду удобного доступа к ним. Самодействующие клапаны ступеней I и II – грибкового типа, как у тихоходных насосов. Это значительно утяжеляет клапан и снижает его быстроходность, однако не имеет существенного значения, так как компрессор может работать с максимальной скоростью 60 циклов в минуту. В связи с малой быстроходностью у компрессора отсутствуют холодильники, что позволило отказаться от нагнетательного клапана ступени I. Так как рабочие циклы смещены по фазе, мертвые зоны так же минимальны. Наличие открытого канала незначительно снижает производительность компрессора и в то же время существенно упрощает конструкцию машины, повышая ее надежность. 2.4.4.1.2. Эксплуатация поршневых воздушных компрессоров При подготовке к действию и пуске компрессора необходимо: 1) проверить уровень масла в картере или маслосборнике и провернуть вручную лубрикаторы; 2) подать воду на охлаждение компрессора и промежуточных воздухоохладителей; 3) открыть краны продувания на компрессоре и на водомаслоотделителе; 4) открыть запорный клапан на трубопроводе и воздухохранителе (примечание: запуск компрессора при одновременно закрытых клапанах продувания и запорного клапана воздухоохладителя запрещается); 5) подготовить к работе и пустить приводной двигатель; 6) после пуска и достижения номинальной частоты вращения последовательно по ступеням закрыть все клапаны продувания. При подготовке к пуску автоматизированного компрессора проверить средства автоматизации и выполнить необходимые переключения в системах в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Во время работы компрессора необходимо: 1) следить за давлением воздуха по ступеням компрессора, не допуская его повышения выше установленного уровня; 2) периодически продувать холодильники и маслоотделители; 3) периодически контролировать уровень масла в картере или маслосборнике, температуру охлаждающей воды, работу лубрикаторов. Компрессор должен быть немедленно остановлен в случае: 1) появления ненормального стука; 2) повышенного нагрева подшипников и других деталей; 3) повышения температуры выходящей охлаждающей воды выше рекомендуемой; 4) повышения давления сжатого воздуха сверх допустимого. Для смазки компрессоров надлежит применять только специальные компрессорные масла. После остановки неавтоматизированного компрессора следует закрыть клапаны системы охлаждения (через 2–3 минуты после остановки) и запорный клапан воздухохранителя, открыть клапаны продувания для стравливания воздуха из напорной магистрали и компрессора. При продолжительной стоянке необходимо запускать компрессор не реже одного раза в неделю на 2–3 минуты на холостом ходу. 110 2.4.4.1.3. Особенности обслуживания поршневых компрессоров Обслуживание каждого компрессора имеет специфические особенности, изложенные в описании и инструкции по обслуживанию. Пуск электрокомпрессоров производить только с открытыми клапанами продувания водомаслоотделителей для удаления влаги, предупреждения гидравлических ударов и уменьшения пускового тока. Во время работы компрессоров необходимо своевременно продувать водомаслоотделители. Попадание масла и воды в системы сжатого воздуха может привести к возгоранию блоков осушки воздуха, к взрывам, к коррозии, а в условиях низких температур – к размораживанию трубопроводов и арматуры. Перед остановкой электрокомпрессора необходимо продуть водомаслоотделители до полного удаления влаги. Наличие влаги в цилиндрах вызывает коррозию, «прикипание» поршневых колец, потерю компрессии, снижение производительности компрессора. Компрессоры вспомогательных систем, предназначенные для отсоса и сжатия фреона, водорода, углекислоты, газов с повышенной агрессивностью и активностью, должны быть герметичны. В процессе их эксплуатации, кроме вышеизложенного, необходимо производить проверки и испытания на герметичность компрессоров, воздухоотводов, арматуры, соблюдать требования взрыво- и пожаробезопасности. При стуках, ударах, вибрации, а также при отклонениях от норм давления газа, масла и воды компрессор необходимо немедленно остановить. Запрещается до выявления и устранения неисправностей пускать компрессор. Категорически запрещается ремонт и устранения неисправностей на работающем компрессоре. Основные неисправности в работе компрессора и меры по их устранению: Компрессор (электрокомпрессор) не запускается – неисправность электрооборудования (пусковая аппаратура, электродвигатель) Стуки и удары при работе компрессора свидетельствуют о попадании в цилиндры посторонних предметов, ослаблении креплений деталей механизма движения, разработке подшипников, поршневых колец. При стуке и ударах компрессор необходимо немедленно остановить. Отклонение давления в ступенях компрессора от норм происходит вследствие неисправностей всасывающего или нагнетательных клапанов, а также неплотностей в соединениях. Клапаны необходимо осмотреть, очистить, промыть или заменить новыми, устранить неплотности в соединениях. Компрессор (электрокомпрессор) самопроизвольно останавливается при неисправном электрооборудовании, механических повреждениях движущихся частей и при срабатывании защиты. Механические повреждения движущихся частей могут произойти при недостаточной смазке, неравномерном охлаждении компрессора, поломке деталей. Защита компрессора срабатывает при аварийных значениях контролируемых параметров. При самопроизвольной остановке компрессора необходимо выяснить причину остановки и устранить неисправности. До устранения неисправностей компрессор пускать запрещается. 2.4.5. Воздухохранители На судне устанавливают воздухохранители для пуска и реверса главных дизелей (не менее двух баллонов), а также для пуска вспомогательных дизелей. 111 Воздух на общесудовые потребители поступает, как правило, из пусковых воздухохранителей, только его давление снижается редукционными клапанами до необходимых пределов, либо из отдельных воздухохранителей. Конструктивно воздухохранители выполнены в виде цельнотянутых или сварных баллонов. Для предохранения от коррозии на внутренние воздушные поверхности баллонов наносят антикоррозионные покрытия. Баллоны высокого давления с внутренним диаметром более 150 мм имеют горловины для осмотра внутренней поверхности и очистки их от грязи и масла паром или содовым раствором. На длинных баллонах (более 2,5 м) горловины для очистки и осмотра устанавливают с обоих концов. Сверху горловина закрыта головкой, к которой крепится арматура (рис. 103). На баллонах больших размеров делают овальРис. 103. Головка воздухохранителя: ные лазы. Размеры лазов по большой оси могут быть 1 – приемный клапан; 2 – клапан до 50 % диаметра баллона, но не менее 120 мм. продувания; 3 – клапан, На корпусе каждого воздухохранителя делаетсообщающий баллон с пусковой магистралью; 4 – сифонная трубка; ся маркировка, указывающая номер чертежа, по ко5 – предохранительный клапан; торому он изготовлен, заводской номер, дату изго6 – трубка к манометру. товления, рабочее давление, пробное гидравлическое давление, вместимость, массу баллона в сборе. Кроме этого на баллоне ставят товарный знак завода-изготовителя и клеймо Регистра. Каждый новый баллон подвергают первоначальному освидетельствованию, гидравлическому испытанию на прочность давления, равного 1,5 рабочего давления для сварных и цельнотянутых с любым рабочим давлением, воздушному испытанию (после гидравлического) рабочим давлением в течение 4 часов. После установки на судне воздухохранители со всеми трубопроводами и арматурой подвергают воздушному испытанию в течение 24 часов. При этом допускается падение давления не более 0,5 % первоначального в течение 1 часа. Иногда перед проведением воздушного испытания на судне дополнительно проводят внутреннее освидетельствование и гидравлические испытания. Во время эксплуатации судна воздушные испытания воздухохранителей проводят ежегодно, внутреннее освидетельствование – один раз в 5 лет, гидравлические испытания: 1. Недоступные к полному внутреннему освидетельствованию – каждые 10 лет. 2. Заполняемые выхлопными – газами каждые 5 лет. 3. По требованию инспектора Регистра по результатам внутреннего освидетельствования. 2.5. Системы подачи воздуха и выпуска газов ДВС, газовых турбин, котлов и инсинераторов Система подачи воздуха рассматривается как система только когда идет забор воздуха с палубы. Дизели, воздушные компрессоры и вспомогательные парогенераторы (котлы), как правило, забирают воздух из машинного отделения, подача воздуха в котором обеспечивается вентиляцией. Турбонагнетатели, расположенные в верхней части двигателя имеют воздухоприемные устройства с фильтрами, которые очищают от механических примесей и снижают уровень шума. В некоторых случаях (к примеру, для компрессора воздуха для водолазных работ) воздух забирается из атмосферы. Компрессоры пускового воздуха должны уста112 навливаться в таких местах, где всасываемый воздух минимально загрязнен парами горючих жидкостей. Содержание солей в морском воздухе на работу дизелей не оказывает существенного влияния. 2.5.1. Назначение и определение проходного сечения газовыпускных труб Система предназначена для отвода отработавших газов от главного и вспомогательных двигателей, газовых турбин, парогенераторов и инсинераторов. От каждого из указанных объектов выполняют отдельный газопровод, который выводится на палубу, в общий кожух-трубу (рис. 104 а). На судах специального назначения и катерах газоотвод часто делают в борт (рис. 104 б), причем в некоторых случаях газоотвод от двигателей внутреннего сгорания разделяют на надводный и подводный. В этом случае предусматриваются устройства, предотвращающие попадание воды в двигатель. Рис. 104. Система газоотвода: а – в СДУ с МОД в трубу на открытую палубу: 1, 6, 14 – линзовые компенсаторы; 2, 13 – пружинные подвески; 3 – газоотвод главного двигателя; 4 – утилизационный котел; 5, 7 – трубопроводы спуска конденсата; 8 – сборочные газоотводные трубы от ГТН; 9 – ГТН; 10 – главный двигатель; 11 – вспомогательный двигатель; 12 – компенсатор; 15 – жесткая опора; 16 – газоотвод вспомогательного двигателя; б – комбинированная система газоотвода в борт: 1 – подвод воздуха управления захлопкой; 2 – захлопка надводного выхлопа; 3 – обтекатель; 4 – подводный выхлоп. В соответствии с требованиями Регистра каждый дизель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод, выводимый в одну или две (на промысловых судах) дымовые трубы. Допускается установка одного общего газовыпускного трубопровода для нескольких ВДГ при условии, что каждый неработающий двигатель может быть отключен от общего газовыпускного трубопровода. Поскольку выходящие из двигателей и котлов газы отличаются высокой температурой и токсичностью, к системе газоотвода предъявляются требования высокой надежности и пожаробезопасности, а также минимального аэродинамического сопротивления, технологичности, ремонтопригодности, простоты и удобства обслуживания. Газоотвод состоит из 113 стандартных стальных труб с приваренными или свободными фланцами. Для удобства монтажа длина отдельных труб принимается не более 3–5 м. Проходное сечение газоотводной трубы выбирают с учетом допустимых для данного дизеля аэродинамического сопротивления и скорости течения газов. Для ориентировочных расчетов рекомендуются следующие значения скоростей V, м/с: для четырехтактных дизелей для двухтактных дизелей для главного котла для вспомогательного котла: с естественной тягой с искусственным дутьем 40–50 25–30 15–20 5–8 20–25 Площадь проходного сечения трубопровода F, м2: где F Qг V , Qг Gт L0 1 – секундный расход газа, м3/с; 3600 Gт – часовой расход топлива, кг/ч; – плотность газа в газовыпускном трубопроводе, кг/м3; L0 – теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива, кг; – коэффициент избытка воздуха. Для ориентировочных расчетов значение можно определить по формуле, кг/м3: где Pг RгТ г , Рг – давление газа, МПа; Тг – температура, К; Rг = 288 – газовая постоянная, Дж/(кгК). 2.5.2. Состав газовыпускных систем Газовыпускные системы включают в себя ряд элементов, не встречающихся в других системах: компенсаторы температурных расширений трубопровода, глушители, искрогасители, искроуловители и маслоотделители или утилизационные котлы. 2.5.2.1. Компенсаторы Высокая температура отработавших газов вызывает сильный нагрев и расширение трубопроводов. Для снятия возникающих в системе напряжений устанавливают компенсаторы - сальниковые, линзовые или резинометаллические. Наиболее часто в газопроводах применяют линзовые компенсаторы, обладающие наибольшей подвижностью. 2.5.2.2. Глушители Процесс выхода газа из дизелей из-за пульсации сопровождается высоким уровнем шума с широким спектром частот. Для уменьшения шума в газовыпускном тракте устанавливают глушители. Различают глушители активного и реактивного типов. Глушители активного типа представляют собой активные сопротивления в виде перфорированных листов, сеток или по114 ристых материалов, заключенных в корпус глушителя. Глушители такого типа эффективно заглушают шум, вызванный высокочастотными колебаниями. Глушители реактивного типа, подобно акустическим фильтрам, эффективно заглушают колебания низкой частоты. Для глушения колебаний широкого спектра используют комбинированные глушители активно-реактивного типа. Аэродинамическое сопротивление глушителя не должно превышать 3 кПа для двухтактных дизелей и 6 кПа для четырехтактных. В нижней части глушителя устанавливают сливные пробки для спуска масла и люки для очистки. 2.5.2.3. Искрогасители Выходящие газы из дизелей, газовых турбин, котлов и инсинераторов содержат догорающие частицы топлива и масла в виде отдельных искр, которые могут служить причиной пожара на судне. В целях снижения пожароопасности на газовыпускных трубопроводах устанавливают искрогасители или искроуловители. Их нередко встраивают в глушители или в утилизационные котлы, но обычно они представляют собой отдельные устройства. Искрогасители бывают мокрыми и сухими. Гашение искр и охлаждение раскаленных частиц в мокрых искрогасителях достигается за счет контакта выпускных газов с водой. Мокрые искрогасители устанавливают на танкерах и других судах с повышенной пожароопасностью и судах, обслуживающих суда с повышенной пожароопасностью. При проходе газов через водяные завесы, организованные в искрогасителях, либо при проходе газов через воду создается повышенное противодавление выходу газов из двигателя, что необходимо учитывать при проектировании системы газовыпуска. В искрогасителях сухого типа или искроуловителях предусмотрены направляющие устройства, благодаря которым продукты сгорания резко меняют свое направление. Находящиеся в потоке газов во взвешенном состоянии искры под действием центробежных сил отделяются от газов и отводятся в сборники золы. 2.5.2.4. Маслоотделители При длительной работе дизеля на режимах долевых нагрузок заметно снижается температура выпускных газов, что при неизменной подаче масла в цилиндры дизеля приводит к заметному увеличению маслянистых веществ в продуктах сгорания. Во избежание роста отложений масла на стенках газовыпускного тракта устанавливают маслоотделители, которые совмещают с глушителями. Отделить масло и смолистые вещества можно и путем закручивания потока газов, а гудрон отвести через специальные клапаны, устанавливаемые на глушителях и утилизационных котлах. Очистка газовыпускного тракта от отложений достигается путем обдува или механического удаления с последующей промывкой специальными моющими растворами. Газовыпускные трубы вспомогательных котлов и инсинераторов значительно проще, так как у них отсутствуют глушители. Участки газовыпускных труб с температурой выше 220 °С должны быть заизолированы. Тепловая изоляция газоотводов должна обеспечить температуру наружной поверхности труб не выше 55 °С. Изоляцию выполняют из негорючих материалов, обладающих малой теплопроводностью или делают двойные стенки либо кожухи-экраны. На небольших судах на трубах газопровода предусматривают специальные рубашки, образующие полости, через которые прокачивается пресная или забортная вода (последняя конструкция охлаждения трубопровода применяется только в установках, где теплота отработавших газов не утилизируется). Места тепловой изоляции, которые могут быть повреждены, покрывают кожухом из тонкого листового железа. Применение двойных стенок или экранов не требуется только в таких местах, где полностью исключено попадание, в случае протечек, топлива и масла на газоходы (к примеру, в кожухе дымовой трубы). 115 3. ПАРОВЫЕ И КОНДЕНСАТНО-ПИТАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОБОРУДОВАНИЕ ПАРОВЫХ СИСТЕМ Паровая система состоит из систем свежего и отработавшего пара, системы продувания. Система свежего пара предназначена для его канализации от парового котла к потребителям и включает в себя паропровод. Система отработавшего пара служит для отвода его от потребителей в конденсаторы или другие теплообменные аппараты. В системах свежего и отработавшего пара перемещаемая рабочая среда имеет высокую температуру. Это вызывает необходимость изолирования паропроводов, а также компенсирования их температурных расширений, удаления из паропроводов влаги, появившейся в предпусковой период. Кроме запорно-переключающей арматуры и компенсаторов линейных расширений элементами паропроводов являются: сепараторы влаги, редукционные и дроссельные клапаны, а иногда и увлажнители пара. В сепараторах под воздействием центробежных сил, возникающих при резком изменении направления потока пара, отделяются частицы влаги. Для отвода конденсата из паропровода и теплообменников, а также и для осушения после прекращения действия паровой системы служит система продувания. К сепараторам влаги, наиболее низким местам паропровода, в которых скопление конденсата наиболее вероятно, подключаются трубопроводы продувания, по которым он отводится в общую магистраль и далее в одну из цистерн конденсатно-питательной системы или в конденсатор, куда конденсат устремляется под действием вакуума. Другой системой продувания может быть продувание котлов для удаления шлама или воды с большой концентрацией солей за борт. Во всяком случае, эта система может быть под давлением равным давлению в котле и иметь высокую температуру, а поэтому требует соблюдения условий безопасности. 3.1. Системы главного и вспомогательного пара В зависимости от типа СЭУ по назначению различают следующие трубопроводы паровых систем: 1. Главный паропровод, подводящий перегретый или насыщенный пар к главным или утилизационным турбинам. 2. Вспомогательный перегретого пара, по которому перегретый пар поступает к вспомогательным механизмам из магистрали перегретого пара или из коллектора утилизационного котла. 3. Вспомогательный насыщенного пара, подводящий насыщенный пар от главных, вспомогательных и утилизационных котлов к потребителям пара. В современных паротурбинных установках используется пар давлением 6,3–10 МПа и температурой 510–550 °С. Это означает, что паровые трубопроводы подвергаются высоким напряжениям. В связи с этим к главным паропроводам предъявляются следующие требования: 1. Максимальная надежность и живучесть. 2. Минимальное сопротивление потоку пара, что обеспечивается сокращением числа изгибов и общей протяженности паропровода, ограничением количества арматуры, а также подбором оптимального диаметра труб. 3. Обеспечение самокомпенсации тепловых напряжений паропроводов в местах их жесткой заделки (турбины, переборки и пр.), что достигается установкой компенсаторов или u- и z- образной трассировкой труб. Такая прокладка особенно важна для коротких паропроводов, в которых тепловые деформации особенно опасны. 4. Уменьшение тепловыделений в помещении, где расположены паропроводы, что обеспечивается изоляцией последних. 116 5. Применение материалов, арматуры и прокладок, соответствующих расчетным давлениям и температурам. 6. Обеспечение пожаробезопасности путем прокладки паропровода на определенных расстояниях от емкостей и трубопроводов с легковоспламеняющимися рабочими средами или принятием мер, не допускающих попадания этих сред на паропровод. Перечисленные выше требования, хотя и в меньшей степени, касаются также вспомогательных трубопроводов перегретого и насыщенного пара, по которым перемещается пар давлением 0,5–1,6 МПа. Главный паропровод состоит из механизмов, магистралей, ответвлений, перемычек (при двух или более котлах), фасонных частей, запорной и регулирующей арматуры, устройств и креплений труб и арматуры. В состав вспомогательного паропровода входят и групповые ответвления. Протяженность вспомогательных паропроводов зависит от типа СЭУ и судна. Особенно велика она на судах с ПТУ, где имеется большое количество приводов вспомогательных механизмов, потребляющих пар. На главном паропроводе устанавливаются маневровые и предохранительные устройства, а на вспомогательном – предохранительные и дроссельные. На паропроводах размещают компенсаторы, которые представляют собой участок паропровода, изготовленный таким образом, что паропровод в рабочем состоянии имеет возможность свободного расширения. Невыполнение этого условия может привести к аварии. В практике эксплуатации судовых паропроводов имели место случаи полного отрыва фланцев от труб. Тип компенсатора выбирается в зависимости от рабочего давления паропровода. Для прохода паропроводов через водонепроницаемые переборки применяют переборочные стаканы или уплотнения. Последние устанавливают в случае необходимости обеспечения смещения относительно переборки. Для изготовления главного паропровода, как правило, используют стальные цельнотянутые трубы и стальную литую арматуру. Изоляцию паропроводов выполняют с помощью асбеста, совелита, ньювеля и других материалов, характеризующихся низкой теплопроводностью. Прокладочным материалом служит паронит или сталь. Для закрепления паропроводов используют опоры (неподвижные и подвижные) и подвески (жесткие и пружинные). Опоры и подвески должны обеспечивать надежное крепление и свободные перемещения паропровода при работе, а также исключать его вибрацию. При монтаже подвесок прогиб их пружин принимается таким, чтобы в рабочем состоянии системы подвески полностью воспринимали ее массу. На паропроводах арматура может устанавливаться на собственных подвесках в том случае, если ее масса больше массы трубы с изоляцией (того же условного прохода) длиной, равной допускаемому расстоянию между подвесками. С целью уменьшения тепловыделений в зоны обслуживания и улучшения условий работы вахтенной команды все паропроводы по возможности стремятся располагать в верхней части МО. Места размещения должны обеспечивать удобство контроля и обслуживания. Исключение делается для трубопроводов обогрева и продувания котлов, которые могут прокладываться под плитами настила в МКО. Во избежание пожара трубопроводы паровых систем запрещается прокладывать вблизи топливных цистерн. По этим же соображениям в отделениях грузовых насосов нефтеналивных судов не прокладывают трубопроводы, если по ним движется пар температурой более 220 °С. Паропроводы располагают с уклоном, чтобы избежать образования застойных зон, в которых при прогреве или охлаждении образуется конденсат. Он должен собираться в определенных местах паропроводов, из которых по трубам продувания, идущих ниже плит настила в МКО, сливается в льяла. При определении сечений трубопроводов и запорной арматуры систем главного и вспомогательного пара задаются следующими значениями скорости: 80–100 м/с для перегре- 117 того пара, 40–50 м/с для насыщенного и слабоперегретого. При этом меньшие значения принимают для длительных режимов работы, большие – для кратковременных. Компоновочные схемы главных и вспомогательных паропроводов зависят от типа судовой энергетической установки и количества главных двигателей. В морской практике встречаются различные варианты компоновочных схем главного паропровода ПТУ в зависимости от взаимного расположения главных парогенераторов и ГТЗА в помещениях. Размещение котлов и ГТЗА возможно в одном или в различных отсеках. Котлы можно устанавливать в трюме или на платформе (над ГТЗА в нос или корму). Рис. 105. Принципиальная схема главного паропровода ПТУ. Одна из возможных схем главного паропровода ПТУ приведена на рисунке 105. Пар от главного котла поступает по паропроводу 14 к маневровому устройству 13. При работе ГТЗА на передний ход пар от маневрового клапана переднего хода 11 по трубам 12 идет к двум сопловым коробкам ТВД 1. Совершив работу в ТВД, пар через трубы 3 и 4 (ресивер) направляется в ТНД 5, где расширяется и поступает в главный конденсатор осевого типа 8. При реверсе ГТЗА пар от маневрового клапана заднего хода 10 по трубам 6 идет к сопловым коробкам ТЗХ 7. В случае выхода из строя ТВД или ТНД (аварийный режим) имеется возможность вращать гребной винт раздельно ТНД или ТВД. При поломке ТВД ее отключают от редуктора и отсекают от трубопроводов фланцами-заглушками. Пар от маневрового устройства по трубе 9 направляется к ТНД. В случае отказа ТНД ее также отсекают от трубопроводов фланцами-заглушками 2 и отключают от редуктора, а пар от ТВД по трубе 9 поступает в конденсатор (на рисунке подсоединение не показано). Однако в этом случае перед ТВД необходимо снизить параметры пара. Принципиальная схема паропровода охлажденного пара ПТУ танкера представлена на рисунке 106. В выносном пароохладителе вырабатывается охлажденный пар давлением 4,1 МПа и температурой 280 °С. Пар этих параметров потребляют турбины питательных и грузовых насосов. 118 Рис. 106. Принципиальная схема системы охлажденного пара ПТУ танкера: 1 – главный котел; 2 – труба продувания; 3 – выносные пароохладители; 4 – труба к турбогенераторам; 5 – свисток; 6 – сирена; 7 – отбор пара на щелочение котлов; 8 – пар второго отбора из ГТЗА; 9 – ИГК; 10 – подогреватель забортной воды для мытья танков; 11 – эжектор системы отсоса пара из уплотнений турбины; 12 – эжектор вспомогательного конденсатора; 13 – эжектор испарительных установок; 14 – главный эжектор; 15 – турбина стояночного питательного насоса; 16 – турбина главного питательного насоса; 17 – турбины грузового насоса. Три редукционных клапана редуцируют пар давлением 3 МПа для работы сирены и свистка: 1,7 МПа – для группы эжекторов и 0,65 МПа – для испарителей грязных конденсатов (ИГК) и подогревателя забортной воды для мытья танков. На рисунке 107 приведена схема вспомогательных паропроводов утилизационных (УК) и вспомогательных котлов дизельной установки рудовоза «Зоя Космодемьянская». В ходовом режиме при эксплуатационной мощности ДВС 8000 кВт пар вырабатывается в УК (паропроизводительность – 4200 кг/ч). При этом давление насыщенного пара в сепараторе – 0,7 МПа, а температура перегретого пара за стопорным клапаном УК – около 260 °С. Компоновка УК выполнена таким образом, что позволяет вводить в работу отдельно экономайзер или пароперегреватель, а не только всю поверхность нагрева. При этом происходит соответственное снижение производительности УК до 2900 или 800 кг/ч. Рис. 107. Схемы вспомогательных паропроводов утилизационного и вспомогательного парогенераторов: 1 – вспомогательный парогенератор; 2 – отбор пара на подогрев топлива и масла; 3 – отбор пара на отопление и хозяйственные нужды; 4 – отбор пара на обогрев балластных цистерн; 5 – отбор пара на обогрев кингстонных ящиков и патрубков забортной воды; 6 – электромагнитный клапан мгновенного отключения потребителей насыщенного пара; 7 – отбор пара в систему пожаротушения; 8 – сепаратор пара; 9 – утилизационный парогенератор; 10 – утилизационный турбогенератор; 11 – конденсатор утилизационного турбогенератора; 12 – конденсатор – охладитель чистых конденсатов; 13 – редукционно-охладительное устройство. 119 Перегретый пар поступает в утилизационную турбину (УТ) электрогенератора, а из нее в конденсатор. В том случае, если выйдет из строя пароперегреватель, предусматривается подача насыщенного пара из сепаратора к УТ. Так как в УК не предусматривается перепуск отходящих газов, регулирование его паропроизводительности осуществляется автоматически посредством сбора избытков пара в конденсаторе УТ (на ходу) или в конденсаторе – охладителе чистых конденсатов (на стоянке) перед теплым ящиком. Согласно схеме имеется возможность подачи насыщенного пара к потребителям. Однако в случае экстренной остановки главного двигателя поступление пара к этим потребителям перекрывается электромагнитным клапаном мгновенного отключения. Рис. 108. Схема паропровода теплоутилизирующего контура ГТУ ролкера: 1 – УК; 2 – перемычка; 3 – трубы к ходовым турбогенераторам; 4 – труба вспомогательного котла; 5 – труба продувания в льяла; 6 – эжекторы системы отсоса от уплотнений утилизационной турбины; 7 – утилизационные турбины; 8 – отводы насыщенного пара к потребителям; 9 – сепаратор пара; 10 – редукционно-охладительные устройства; 11 – эжекторы конденсатора утилизационной турбины; 12 – конденсаторы утилизационной турбины. Это позволяет УТГ работать в течение 3–4 мин, что достаточно для перевода нагрузки на дизель-генератор. Вспомогательный автоматизированный котел работает на мазуте и генерирует 2500 кг/ч насыщенного пара. Пар из него поступает к потребителям, а в случае необходимости может быть направлен в УТ. Схема паропровода теплоутилизирующего контура ГТУ ролкера представлена на рисунке 108. Перегретый пар из УК давлением 1,12 МПа и температурой 309 °С поступает к УТ, работающей совместно с ГТД, через редуктор на гребной винт. Между УК установлена перемычка, позволяющая снабжать паром от любого УК любую турбину. Схема предусматривает отбор перегретого пара в количестве 6000 кг/ч для УТГ, а также отбор 2250 кг/ч насыщенного пара из сепаратора для общесудовых нужд. Эжекторы системы отсоса пара от уплотнений УТ и ее конденсатора включаются в работу автоматически при возрастании давления в УК до 0,39 МПа путем открытия главного стопорного клапана. При необходимости эти эжекторы могут работать на насыщенном паре вспомогательного котла. Избыток пара сбрасывается в конденсатор турбины через редукционно-охладительное устройство. 3.2. Системы отработавшего пара и продувания Система отработавшего пара предназначена для его сброса в главный или вспомогательный конденсатор. Системы классифицируются в зависимости от давления пара (вакуумная, с атмосферным и надатмосферным давлением) и его температуры (перегретого и насыщенного пара). К ним предъявляются такие же требования, как и к системе вспомогательного пара. Особенностями рассматриваемой системы являются: 1. Невозможность выведения из эксплуатации ни на одном режиме работы главного двигателя. 120 2. Большой диаметр трубопроводов вследствие значительных удельных объемов отработавшего пара. В состав системы входят магистрали, групповые и одиночные ответвления, аппараты, конденсаторы, фасонные части, запорная и регулирующая арматура, подвески и опоры. Для труб и арматуры применяют сталь, для прокладок – паронит, для изоляции – асбошнур и асботкань. При определении сечения трубопровода и арматуры скорость пара принимают для систем перегретого пара не более 80 м/с (с противодавлением) и 12 м/с (вакуумных и атмосферных). Для систем насыщенного пара эти величины соответственно составляют 40 и 60 м/с. Принципиальная схема системы отработавшего пара ПТУ танкера приведена на рисунке 109. Отработавший пар турбин питательных насосов является греющим для деаэратора и ВОУ, а также расходуется на уплотнение турбин и хозяйственные нужды. Избыток пара может поступать во вспомогательный конденсатор турбогенератора. Отработавший пар турбопривода грузовых насосов сбрасывается в конденсатор грузовых насосов, а пар от поршневых машин палубных механизмов (брашпиля, шпиля), зачистных и осушительных насосов направляется в конденсатор ИГК. Перед пуском главные и вспомогательные турбины, теплообменные аппараты и обслуживающие их паропроводы необходимо освободить от скопившегося в них конденсата. Системы продувания высокого или низкого давления соответственно обеспечивают удаление конденсата и пароводяной смеси из паровых полостей высокого или низкого давления главных двигателей, теплообменных аппаратов, из трубопроводов систем главного, вспомогательного или отработавшего пара и вспомогательных механизмов. Продуваемый конденсат по трубкам дренируется в магистраль продувания, из которой отводится в соответствующий элемент конденсатно-питательной системы или при необходимости спускается в льяла. Кроме удаления конденсата из указанных выше элементов СЭУ в процессе их прогревания трубопроводы системы продувания предназначены для осушения этих элементов при выводе их из действия, отвода конденсата греющего пара из теплообменных аппаратов, постоянного или периодического продувания механизмов, аппаратов и паропроводов с целью поддержания их в «горячем» резерве, обеспечения требуемого расхода пара через пароперегреватели котлов при вводе их в действие. Рис. 109. Принципиальная схема системы отработавшего пара ПТУ танкера: 1 – деаэратор; 2 – конденсатор турбогенератора; 3 – отбор пара на уплотнение турбин; 4 – отбор пара на хозяйственные нужды; 5 – отбор пара на продувание; 6 – опреснительная установка; 7 – турбины главного питательного насоса; 8 – турбина стояночного питательного насоса; 9 – турбины грузового насоса; 10 – лебедки; 11 – шпиль; 12 – брашпиль; 13 – конденсатор палубных механизмов; 14 – отбор пара на прогревание магистрали отработавшего пара; 15 – отбор пара на ИГК; 16, 17 – приводы зачистных насосов; 18 – конденсатор грузовых насосов; 19 – подвод пара второго отбора из ГТЗА. 121 В рассматриваемую систему входит также система продувания котлов, предназначенная для поддержания в них водного режима и спуска воды до рабочего уровня при вводе их в действие. Поддержание водного режима в котле во время работы обеспечивается снижением в нем солености воды путем удаления части воды из пароводяного коллектора (верхнее продувание для удаления пены и углеводорода с поверхности зеркала испарения) и водяных коллекторов (нижнее продувание осевшего шлама при водообработке). В связи с тем, что магистраль продувания располагается не менее чем на 0,5 м ниже всех точек продувания, подключенных к данному участку, она размещается преимущественно под настилом площадок обслуживания механизмов. Во избежание паровых пробок трубопроводы от точек продувания в льяла необходимо прокладывать с уклоном в сторону движения конденсата. Рекомендуемые уклоны для труб от точек продувания до конденсатоотводчиков, магистрали продувания, места сброса (а также до мест сброса в льяла) соответственно составляют 1:10, 1:25, 1:50. Вертикальные участки труб должны находиться вблизи вертикальных конструкций корпуса или стояков соседних трубопроводов. Для возможности дренажа конденсата во время осушения паровой системы после вывода ее из действия рекомендуется располагать конденсатоотводчики не менее чем на 0,5 м ниже точек продувания. Рис. 110. Принципиальная схема системы продувания: 1 – главный котел; 2 – главные стопорные клапаны продувания; 3 – клапаны продувания пароперегревателя; 4 – клапан продувания водомерных колонок; 5 – клапан нижнего продувания; 6 – отбор пара на щелочение котлов; 7 – спуск воды из котлов в запасную цистерну; 8 – клапаны закрыты на «замок»; 9 – дроссельная шайба; 10 – испарительные установки; 11 – труба из сопловой камеры переднего хода ТНД; 12 – труба из камеры пара третьего отбора; 13 – ТНД; 14 – главный конденсатор; 15 – труба из ресивера; 16 – ТВД; 17 – сопловая коробка клапанов; 18 – труба из сопловой коробки; 19 – труба из камер штоков сопловых клапанов в уравнительный коллектор; 20 – маневровое устройство; 21 – магистраль охлажденного пара; 22 – турбина стояночного питательного насоса; 23 – турбины главного питательного насоса; 24 – труба к камерам пара первого отбора из ГТЗА; 25 – труба из камеры выпуска ТВД; 26 – труба в цистерну горячих конденсатов; 27 – конденсатоотводчик; 28 – подвод пара первого отбора из ГТЗА; 29 – турбина грузового насоса; 30 – подвод пара второго отбора из ГТЗА; 31–34 – трубопроводы продувания соответственно высокого и низкого давления котлов и турбин. 122 Концы труб продувания в льяла необходимо размещать ниже настила трюма и на соответствующем расстоянии от элементов корпуса и МО. Так, это расстояние составляет 0,5 м для элементов, имеющих виброизолирующие покрытия, и для электрооборудования, 0,3 м – для корпусных конструкций. Концы труб должны быть оборудованы отбойниками. Для трубопроводов продувания применяются трубы и арматура условным диаметром не менее 10 мм. При этом скорость движения в них не должна быть более 10 м/с для конденсата, 35 м/с для пара и 10÷25 𝜀2 для смеси пара и конденсата (𝜀 – отношение объемных расходов пара и пароконденсатной смеси). Принципиальная схема системы продувания ПТУ танкера приведена на рисунке 110. 3.3. Системы подачи и отсоса пара от уплотнений. Атмосферные трубы Рассмотрим эти системы на примере ПТУ. Паропроводы системы подачи и отсоса пара от уплотнений предназначены для подвода пара в камеры уплотнений ГТЗА, трубопроводов и арматуры, а также отсоса паровоздушной смеси от них. Пар из уравнительного коллектора 9 (рис. 111 а) поступает в носовые 5 и кормовые 3 камеры уплотнений турбин высокого 4 и низкого 1 давления, а паровоздушная смесь отводится из кормовых 2 и носовых 6 камер уплотнений эжектором отсоса 12 на конденсатор. От магистрали уплотнения ТВД отходят трубопроводы подачи пара на уплотнения захлопок 7 регенеративных отборов пара из ГТЗА и штоков маневрового устройства 8. Паровоздушная смесь от этих элементов отводится на эжектор отсоса. Рис. 111. Принципиальная схема системы подачи и отсоса от уплотнений ПТУ танкера: а – ГТЗА и арматура; б – вспомогательные механизмы. Паропроводы: – подачи, • – отсоса, – продувания. 123 Рис. 112. Схема атмосферных труб от предохранительных клапанов (ПК) оборудования ПТУ: 1 – ПК вспомогательного котла; 2, 3 – ПК экономайзера и пароперегревателя; 4 – главный ПК; 5, 6 – ПК кольцевой магистрали правого и левого бортов; 7 – ПК деаэратора; 8 – ПК на магистрали от ВК к подогревателю забортной воды; 9, 10 – ПК трубопроводов питательного насоса и электрогенератора; 11 – ПК магистрали отработавшего пара; 12 – ПК вакуумного подогревателя; 13 – ПК магистрали аварийного паропровода ГТЗА; 14 – атмосферный конденсатор; 15 – ПК подогревателя питательной воды; 16 – ПК ВОУ; 17 – ПК трубопровода вторичного пара ИГК; 18 – ПК магистрали охлажденного пара ИГК. Трубы: – атмосферные; – продувания. Регулирование давления в уравнительном коллекторе осуществляется вручную клапаном продувания паропроводов 10 в льяла 11. Для уплотнения камер турбин вспомогательных механизмов (рис. 111 б) используется магистраль охлажденного пара 5, паровоздушная смесь отводится во вспомогательный эжектор 6. Пар поступает на уплотнения турбин электрогенератора 1, питательных 2, грузовых 3 и зачистных 4 насосов. Схема атмосферных труб ПТУ, представляющая пять магистралей, на которых установлены предохранительные клапаны, приведена на рисунке 112. 3.4. Схемы конденсатно-питательных систем Различают открытую и закрытую схемы питания паровых котлов. При открытой схеме питания (рис. 113 а) конденсат из конденсатора 1 подается конденсатным насосом 2 в теплый ящик 3, который представляет собой цистерну с тепловой изоляцией наружной поверхности, оборудованную вентиляционной трубой или открытой сверху. Цистерна сообщается с атмосферой, и поэтому питательная вода в ней может растворять значительное количество агрессивных для трубопроводов газов (кислорода и углекислого газа). Высокое содержание кислорода и углекислого газа в питательной воде в открытых схемах питания ускоряет протекание коррозионных процессов в трубах поверхностей нагрева паровых котлов. По этой причине открытые системы питания используют лишь во вспомогательных и утилизационных котельных установках, где давление генерируемого пара не превышает 2 МПа. Теплый ящик выполняет роль сборника горячих конденсатов, поступающих по трубе 6 от различных конденсационных устройств и теплообменных аппаратов, и в нем поддерживается температура воды 50–80 оС для удаления газов. Из теплого ящика питательная вода забирается питательным насосом 4 и подается в парогенератор 5. 124 Рис. 113. Схемы систем питания паровых котлов. В главных котельных установках, генерирующих пар более высокого давления (6,3– 12 МПа), используют закрытые системы питания. В такой системе (рис. 113 б) конденсатным насосом 2 конденсат из конденсатора 1 перекачивается в деаэратор 4, где происходит удаление растворенных газов при нагреве воды до температуры ее кипения. Из деаэратора питательным насосом 5 вода подается в котельную установку 7. Вместимость деаэратора выбирается такой, чтобы обеспечивалось питание котельной установки в течение 12–15 минут при неработающем конденсатном насосе, что повышает надежность системы питания. В закрытых системах питания вода подогревается за счет теплоты конденсации пара, отбираемого от ГТЗА, или отработавшего пара вспомогательных турбин. Кроме деаэратора подогрев воды происходит также в поверхностных подогревателях 3 и 6. Число ступеней подогрева питательной воды определяется тепловой схемой паротурбинной установки. Для открытых систем питания котлов требования, предъявляемые к питательной воде, сравнительно невелики. При давлении генерируемого пара до 2 МПа допустимо питание паровых котлов водой с жесткостью до 0,4 мг экв./л, содержанием кислорода до 1 мг/л и соленостью до 10 мг/л. С повышением давления генерируемого пара до 10 МПа требования к качеству питательной воды повышаются: жесткость – до 0,015 мг экв./л, содержание кислорода до 0,01 мг/л, соленость до 2 мг/л. Для того, чтобы питательная вода удовлетворяла предъявляемым требованиям, она должна регулярно подвергаться соответствующей обработке. Водообработка предотвращает накипеобразование, коррозию поверхностей нагрева котла, вспенивание и выкипание воды. Докотловая водообработка производится с помощью трех методов: осаждения, ионного обмена и магнитной обработки. Метод осаждения сводится к переводу накипеобразующих солей в нерастворимые соединения и последующей фильтрации воды. Это может достигаться термическим или химическим способом. Метод ионного обмена состоит в замене накипеобразующих катионов кальция и магния катионами других солей, которые хорошо растворяются в воде. Метод магнитной обработки заключается в том, что магнитное поле ослабляет статический заряд ионов солей, содержащихся в питательной воде, а это приводит к разрушению кристаллической решетки солей и потере способности солей образовывать накипь на поверхностях нагрева котлов. Для магнитной обработки разработаны специальные аппараты, требующие небольших затрат электроэнергии. Внутрикотловая обработка питательной воды состоит в ее умягчении путем введения различных антинакипинов (обычно фосфатов Na3PO4 или NаРО3). При взаимодействии с солями жесткости антинакипины образуют осадок (шлам), который удаляется продуванием. Докотловая и внутрикотловая водообработка производится с помощью специальных установок, которые состоят из сосудов с реактивами, насосов или эжекторов, осуществляющих циркуляцию реактивов или воды, шламовых цистерн, дозаторных устройств, механических и ионообменных фильтров. 125 3.5. Конденсатно-питательные системы главных, вспомогательных и утилизационных котлов Конденсатно-питательная система служит для забора конденсата из конденсаторов (главного и вспомогательного), приема, хранения и подачи питательной воды к паропроизводящим установкам, подогревателям, фильтрам, элементам регулирования и управления. Схема конденсатно-питательной системы является одной из самых сложных и разветвленных составных частей общей тепловой схемы судовой паротурбинной установки. При разработке рабочих схем конденсатно-питательных систем должны учитываться следующие требования Регистра: 1. Каждый главный котел (или группа котлов) должен иметь не менее двух питательных насосов с независимым механическим приводом. При этом подача каждого насоса должна быть не менее 1,15 расчетной при автоматическом регулировании питания котлов. Если имеется более двух питательных насосов, их подачу выбирают таким образом, чтобы при выходе из строя любого из них суммарная подача оставшихся насосов была не менее расчетной подачи одного насоса. 2. Для питательных насосов с паровым приводом необходимо предусматривать отдельный трубопровод свежего пара, к которому подводится пар от всех обслуживаемых им котлов. Систему питания каждого главного котла выполняют таким образом, чтобы обеспечивалась возможность питания котла (или группы котлов) каждым из питательных насосов через два независимых друг от друга питательных трубопровода – главный и вспомогательный. 3. Конденсатная система паротурбинных установок должна обслуживаться двумя конденсатными насосами. Подача каждого насоса должна не менее чем на 25 % превышать максимальное количество конденсата отработавшего пара, поступающего в конденсатор за единицу времени. В установках с двумя главными конденсаторами, размещенными в одном машинном отделении, допускается установка общего для этих конденсаторов резервного конденсатного насоса. 4. Каждую конденсатно-питательную систему следует оборудовать контрольноизмерительными приборами (манометрами, вакуумметрами, солемерами, термометрами), аварийно-предупредительной сигнализацией и т. д. На рисунке 114 представлена схема конденсатно-питательной системы современной паротурбинной установки с четырехступенчатым подогревом питательной воды. В состав данной тепловой схемы входят два конденсатных насоса, один из которых является резервным. Напорные линии конденсатных насосов соединены с главным конденсатором рециркуляционными магистралями, через которые в конденсатор возвращается часть конденсата (до 50 % номинальной подачи) для обеспечения устойчивого всасывания и борьбы с кавитацией в насосах. Главные конденсатные насосы откачивают из главного конденсатора конденсат при температуре, почти равной температуре насыщения пара при давлении р x = 4–5 кПа. Такие низкие давления требуют применения специальных насосов и расположения их ниже уровня конденсата в конденсаторе. Обычно главные конденсатные насосы размещают в нише двойного дна, как можно ближе к конденсатору. Минимальное расстояние между уровнем конденсата в конденсаторе и приемным патрубком конденсатного насоса должно быть не менее 1,3 м. Главные конденсатные насосы выполняют центробежными вертикальными с целью уменьшения занимаемой насосом площади пола. Они обычно имеют две ступени с равномерным распределением напора между ступенями. Общее давление главных конденсатных насосов составляет 0,3–0,8 МПа. Для привода конденсатных насосов применяются электродвигатели переменного тока с частотой вращения 960–1450 об/мин. Рабочие колеса первых ступеней насосов выполняются специального профиля для увеличения кавитационного коэффициента. Подача конденсатных насосов чаще всего регулируется дросселированием в комбинации с перепуском. Главный конденсатный насос должен иметь стабильную характеристику, т. е. при различных значениях подачи его напор должен сохраняться почти неизменным. 126 Рис. 114. Принципиальная схема конденсатно-питательной системы:1 – главный конденсатор; 2 – конденсатные насосы; 3,13 – регуляторы уровня в главном и вспомогательном конденсаторах; 4 – цистерна дистиллята; 5 – резервный питательный насос; 6 – главный питательный насос; 7, 8 – подогреватели высокого давления; 9 – регулятор питания; 10 – главный паровой котел; 11 – клапан холостого спуска; 12 – деаэратор; 14 – вспомогательный конденсатор; 15 – вспомогательный конденсатный насос; 16 – подогреватель низкого давления; 17, 19 – дренажные насосы; 18 – сборник горячих конденсатов; 20 – конденсатор испарителя; 21 – маслоохладитель. Напор, создаваемый конденсатным насосом, должен быть достаточным для преодоления гидравлических сопротивлений на участке трубопровода от конденсатора до деаэратора, а также для преодоления геометрической разности уровней в деаэраторе и конденсаторе. На транспортных судах деаэратор обычно располагают в шахте машинного отделения на высоте 10–15 м от уровня конденсата в главном конденсаторе. Такое расположение позволяет создать необходимый подпор воды во всасывающем патрубке главного питательного насоса. Участок трубопровода между конденсатором и деаэратором называется конденсатным. Кроме конденсатных насосов он содержит различные вспомогательные подогреватели (маслоохладитель, конденсатор испарителя котловой воды) и подогреватель низкого давления, который часто выполняют совместно с конденсатором системы отсоса пара из уплотнений. Конденсат греющего пара из подогревателя низкого давления дренажным насосом подается в основную магистраль конденсатного трубопровода. В эту же магистраль поступает конденсат из вспомогательного конденсатора с помощью вспомогательного конденсатного насоса. Вспомогательный конденсатор обслуживает турбогенератор судовой электростанции. В нем конденсируется до 5–7 % пара, вырабатываемого главным парогенератором. В конденсатную магистраль идет также конденсат из цистерны горячих конденсатов, в которой собираются дренажи из различных теплообменных аппаратов (вспомогательные подогреватели, конденсатор выпара деаэратора). Поступающий в деаэратор конденсат распыляется с помощью форсунок и подогревается паром, который поднимается ему навстречу. При нагреве воды до температуры насыщения из нее удаляются растворенные газы, которые вместе с паром собираются в верхней части деаэратора и отводятся по трубопроводу в конденсатор выпара, а затем в атмосферу. Нагретая до температуры насыщения питательная вода из сборной цистерны деаэратора (бака-аккумулятора) забирается питательными насосами, один из которых является резервным. Для восполнения утечек, а также в аварийных ситуациях предусматривается возможность забора воды из цистерны дистиллята, пополняемой из конденсатора испарительной установ127 ки. Из этой цистерны с помощью регулятора уровня вода может поступать также в конденсатор при снижении в нем уровня конденсата. При повышении уровня в конденсаторе избыточная вода через регулятор возвращается в цистерну дистиллята. Напорные линии питательных насосов соединяются рециркуляционными магистралями с деаэратором. На этих линиях устанавливается специальный клапан с холостым спуском. При нормальной работе системы этот клапан закрыт и перепускает всю питательную воду в напорную магистраль. При падении подачи воды в питательную магистраль в этом клапане открывается специальное отверстие, сообщающее напорную магистраль с деаэратором. Питательный насос – один из наиболее мощных и непрерывно действующих вспомогательных механизмов, поэтому к нему предъявляются требования высокой экономичности и плавности регулирования при широком диапазоне расходов. В качестве главных питательных насосов применяются многоступенчатые центробежные насосы в горизонтальном или вертикальном исполнении. В качестве привода этих насосов используются паровые турбины парциального типа, обеспечивающие качественное регулирование насосов путем изменения частоты вращения. Напор питательного насоса должен быть достаточным для преодоления давления в котле и потерь давления в нагнетательном трубопроводе, включая потери давления в регуляторе питания, которые могут быть довольно значительными. С учетом давления, на которое устанавливаются предохранительные клапаны главных котлов, спецификационное давление питательных насосов должно быть не менее 125 % номинального давления в парогенераторе. Участок конденсатно-питательной системы между деаэратором и парогенератором называется питательным. Он состоит из трубопроводов, арматуры и подогревателей питательной воды, которые на этом участке носят название подогревателей высокого давления. Трубки таких подогревателей находятся под высоким давлением, создаваемым питательным насосом. При разрыве трубки подогревателя паровое пространство может заполниться водой, которая через трубопровод отбора пара из ГТЗА попадет в турбину. Во избежание подобных аварийных ситуаций на подогревателях высокого и низкого давления устанавливают автоматически действующие обводные клапаны, полностью перекрывающие подвод питательной воды к подогревателям при одновременном открытии обводных линий. Во время нормальной работы поршень сервомотора автоматического клапана с обеих сторон находится под давлением питательной воды, время закрытия клапана можно регулировать в пределах от 1 до 10 с. Способы включения подогревателей воды зависят от того, куда направляется конденсат греющего пара. Подогреватели высокого давления обычно включаются по каскадной системе (рис. 114). При таком включении подогревателей конденсат греющего пара под влиянием разности давлений идет самотеком в подогреватель предыдущей ступени. В подогревателях низкого давления конденсат греющего пара подается в магистраль конденсата с помощью дренажных насосов. Такая схема включения подогревателей называется условно-смесительной. Дренажные насосы применяют центробежного или вихревого типа с электроприводом, их подача существенно ниже, чем у конденсатных, и составляет 0,002–0,007 м3/с. На конденсатной линии каждого подогревателя устанавливают автоматические кондесатоотводчики, предназначенные для удаления из них конденсата с одновременным запиранием пара. Конструкция конденсатоотводчиков зависит от давления греющего пара. Для конденсатной части трубопровода применяются затворы и термостатические сильфонного типа конденсатоотводчики, для питательной – дренажные дроссельные шайбы и поплавковые (с открытым или закрытым поплавком) конденсатоотводчики. Все конденсатно-питательные системы снабжаются комплектом контрольноизмерительных приборов (на рис. 114 показаны основные виды применяемых приборов), которые измеряют: уровень конденсата и давление пара в конденсаторе и подогревателях питательной воды; температуру конденсата, питательной, забортной, охлаждающей воды и паровоздушной смеси, удаляемой из конденсатора; солесодержание; расход питательной воды. Периодически контролируется герметичность конденсатора и уровень воды в цистернах. Для измерения давления используются манометры и вакуумметры, имеющие класс точности 1,5 и 2,5; температура замеряется ртутными термометрами с ценой деления 0,5 и 1 °С. Элементы конденсатно-питательной системы располагают в машинных отделениях на различных уровнях: в нижней части – конденсатные, питательные и дренажные насосы, 128 сборники конденсатов, в средней – подогреватели низкого и высокого давления, в шахте – деаэратор и конденсатор выпара. Трубопроводы конденсатно-питательной системы изготовляют из бесшовных стальных оцинкованных труб и крепят к деталям судового набора с помощью опор, подвесок и кронштейнов. Большая часть трубопроводов системы покрывается слоем изоляции. Конденсатно-питательная система для вспомогательных и утилизационных парогенераторов значительно проще, чем для главных. В состав системы входят вспомогательные механизмы, теплообменные аппараты, теплый ящик, контрольно-смотровая цистерна (КСЦ), трубы, арматура, контрольно-измерительные приборы и автоматика, элементы крепления. Компоновочная схема и состав оборудования конденсатно-питательной системы зависят от назначения судна и типа главного двигателя. Эти факторы определяют количество и номенклатуру потребителей пара. Пар может расходоваться на паровые турбины, работающие на винт, ходовые турбогенераторы, турбоприводы вспомогательных механизмов, подогреватели рабочих сред (топливо, масло, воздух, вода питательная, пресная и забортная), распыл топлива в форсунках, подогрев топлива в танках и цистернах, мойку танков, обогрев балластных цистерн, системы парового отопления, уплотнения турбомеханизмов, пожаротушения и др. Рис. 115. Принципиальная схема подвода питательной воды к вспомогательным котлам и сбора конденсатов: 1 – цистерна котловой воды; 2 – насос подпитки теплого ящика; 3 – питательный насос; 4 – резервный питательный насос; 5 – цистерна обработки котловой воды; 6 – теплый ящик; 7 – подогреватель испарительной установки; 8 – носовые цистерны пресной санитарной воды; 9 – подогреватели забортной воды; 10 – конденсатоотводчик; 11 – конденсаторы испарительной установки; 12 – охладители дистиллята; 13 – вспомогательный конденсатор; 14 – цистерна дистиллята; 15 – КСЦ; 16 – бортовой ящик; 17 – маслоотделитель льяльных вод; 18 – подогреватель пресной воды главного двигателя; 19 – подогреватель забортной воды для дейдвуда; 20 – трубопровод продувания: 21–23 – от отстойной цистерны, масла, мазута и дизельного топлива; 24–26 – от цистерны отходов сепараторов топлива, масла и льяльных вод; 27 – вспомогательный котел; 28–30 – подогреватели масла, топлива и воды сепараторов; 31 – рыбцех; 32, 33 – переливные цистерны мазута и дизельного топлива; 34, 35 – цистерны запаса мазута и дизельного топлива; 36 – коллектор; 37 – цистерны смазочного масла рыболовных судов; 38 – расходные цистерны мазута; 39 – сточная цистерна циркуляционного масла; 40 – цистерны циркуляционного масла. 129 На рисунке 115 показана принципиальная схема подвода питательной воды к вспомогательным котлам плавбазы. Возврат конденсата от потребителей пара осуществляется в теплый ящик непосредственно или через три контрольно-смотровые цистерны. В эти цистерны стекает конденсат от потребителей пара, в которых возможен контакт топлива и масла с паром. Данное явление может иметь место при нарушении плотности трубопроводов и теплообменных аппаратов, развитии свищей и пр. Для своевременного выявления следов топлива и масла в воде и предназначена КСЦ. Она является важным элементом конденсатнопитательной системы, устанавливается в доступном и удобном для постоянного наблюдения месте, а также на соответствующем уровне по высоте относительно расходной топливной цистерны. В морской практике известны случаи, когда неправильная установка КСЦ (ниже уровня расходной цистерны) при разрушении змеевиков подогрева топлива приводила к взрыву парогенераторов и гибели вахтенной команды. Пополнение воды в теплом ящике производится насосом его подпитки из цистерны котловой воды, в которую подается дистиллят испарительных установок. Питательные насосы принимают воду из теплого ящика или цистерны котловой воды и направляют ее к трем вспомогательным паровым котлам. В случае отказа одного из трех питательных насосов в эксплуатацию вводится резервный, обслуживающий любой из котлов. Рис. 116. Принципиальная схема подвода воды к вспомогательному и утилизационному котлам ДУ. Схема подвода питательной воды к вспомогательному и утилизационному котлам ДУ показана на рисунке 116. Такая схема принята на рудовозах типа «Зоя Космодемьянская». Конденсат поступает в теплый ящик 8 через конденсатор – охладитель чистого конденсата 10 от потребителей, в которых отсутствует возможность контакта воды с топливом и маслом, и через конденсатор – охладитель грязных конденсатов 12 и контрольно-смотровую цистерну 11 от грязных потребителей. В теплый ящик также подается насосом конденсат из конденсатора утилизационного турбогенератора по трубопроводу 9. Предусмотрено заполнение теплого ящика и подпитка его насосом 6 подачей 1,5 м3/ч при напоре 20 м из цистерны дистиллята 5. Питание вспомогательного котла 1, работающего только на стоянке, обеспечивается двумя (один – в резерве) насосами 7 подачей по 10 м3/ч при напоре 90 м. В ходовом режиме эти же насосы нагнетают воду в сепаратор пара 2, предназначеный для отделения воды от пара. Уровень воды в сепараторе поддерживается одноимпульсным регулятором. Из сепаратора пара вода принимается тремя вертикальными центробежными насосами 4 (один – резервный) и нагнетается в утилизационный парогенератор 3. Подача насосов – по 10 м3/ч каждый при напоре 40 м вод. ст. На практике встречаются и другие схемы подвода воды к вспомогательным и утилизационным котлам. 130 3.6. Системы опресненной воды Все крупные современные суда с неограниченным районом плавания оборудуются водоопреснительными установками и соответствующими системами опресненной воды. Основу таких систем (рис. 117) составляет опреснительная установка 1, которая вырабатывает из морской воды опресненную воду-дистиллят. С помощью дистиллятного насоса 2, входящего в состав водоопреснительной установки, опресненная вода перекачивается в цистерны 5 и 6 для ее длительного хранения. Количество вырабатываемой опресненной воды определяется с помощью расходомера 3 ротационного типа, что позволяет постоянно следить за балансом ее производства и расходования. Из цистерн хранения опресненная вода насосами гидрофора 7 или специальным насосом 8 подается к потребителям: прачечным, баням, саунам, рукомойникам, уравнительным цистернам системы охлаждения пресной водой, технологическим установкам и др. Рис. 117. Схема системы опресненной воды. Для контроля за работой водоопреснительной установки служит солемер 4. При увеличении солености дистиллята сверх допускаемых значений (50 мг/л) его подача в цистерны прекращается с помощью одного из автоматически действующих клапанов 9. Дистиллят с повышенной соленостью через второй, автоматически действующий клапан подается в испарительный сосуд водоопреснительной установки. В системах опресненной воды применяются насосы вихревого и центробежного типов, трубы используются стальные оцинкованные, емкости для хранения опресненной воды с внутренней стороны цементируются или окрашиваются специальными красками. Опресненная вода после соответствующей обработки (обеззараживания в специальных фильтрах, насыщения воздухом и некоторыми солями) может использоваться в качестве питьевой и для приготовления пищи. Системы опресненной воды особенно развиты на судах с большим водопотреблением (рыбопромысловые базы, траулеры, пассажирские суда и суда снабжения). В этих случаях в состав системы опресненной воды могут входить несколько водоопреснительных установок и специальное оборудование для получения из дистиллята питьевой воды, включающее озонаторы и серебряные фильтры. 131 3.7. Механизмы и оборудование конденсатно-питательной системы Конденсатно-питательная система предназначена для приема и хранения пресной воды, отвода конденсата из конденсатора, деаэрации питательной воды и ее докотловой обработки, регенеративного подогрева питательной воды и подачи питательной воды к котлу. Конденсатно-питательная система может осуществлять отвод горячих дренажей от теплообменных аппаратов в сборник дренажей (теплый ящик) и компенсацию утечек в цикле пар–конденсат путем ввода дистиллята в опреснительную систему. Конденсатнопитательная система включает конденсатные, питательные и дренажные трубопроводы. Конденсатные трубопроводы имеют конденсатные и уравнительные насосы, конденсаторы воздушных эжекторов, фильтры и деаэраторы; питательные трубопроводы, бустерные и питательные насосы, регенеративные подогреватели питательной воды, станции умягчения воды; дренажные трубопроводы-конденсатоотводчики. Конденсатные насосы забирают конденсат из конденсаторов и нагнетают его через конденсаторы воздушных эжекторов в деаэратор; обычно используют насосы центробежного типа, обладающие повышенными антикавитационными качествами. Уравнительные насосы служат для поддержания заданных уровней в деаэраторе. Один насос подает воду в деаэратор из уравнительной цистерны, другой насос при снижении уровня в ней – из танков запаса. Прокачиваемый конденсат через конденсаторы воздушных эжекторов играет роль охлаждающей жидкости. При этом происходит его подогрев, что уменьшает расход топлива на подогрев питательной воды. Деаэраторы предназначены для удаления из питательной воды растворенного в ней воздуха, который агрессивен по отношению к металлу. Широкое применение получили термические деаэраторы, принцип действия которых основан на законе Генри, согласно которому растворимость газов в воде пропорциональна их парциальному давлению. С повышением температуры воды парциальное давление газов уменьшается и при температуре насыщения становится равным нулю, т. е. газы полностью удаляются из воды. Деаэрированная питательная вода оказывается перегретой по отношению к давлению в приемной камере питательного насоса, и часть ее вскипает, что приводит к срыву работы насоса. Во избежание кавитационных явлений перед питательным насосом устанавливают бустерный насос с высокими антикавитационными качествами, которые достигаются благодаря особой геометрии рабочего колеса. Бустерный насос создает подпор, при котором питательная вода оказывается недогретой, обеспечивая тем самым надежную работу питательного насоса. Рабочее колесо бустерного насоса часто встраивают в корпус питательного в качестве первой ступени. Питательные насосы обеспечивают подачу питательной воды в паровые котлы. В качестве питательных используются центробежные многоступенчатые насосы. Число ступеней насосов зависит от рабочего давления пара. Подогреватели питательной воды подогревают воду паром, отработавшим во вспомогательных механизмах. Благодаря этому уменьшается расход топлива на получение пара в котле и количество пара, срабатываемого в конденсаторе. Станции умягчения воды предназначены для приготовления растворов антинакипинов и ввода их в питательную воду. Антинакипины, вступая во взаимодействие с солями воды, образуют осадок, который удаляется из котлов нижним продуванием. В качестве присадок по предотвращению накипи применяют присадки ЦНИИМФ-1, трилон Б, тринатрийфосфат, противонакипин МФ или иностранные присадки. Электромагнитные и ультразвуковые аппараты служат для докотловой и внутрикотловой обработки питательной воды. Сущность магнитной докотловой обработки состоит в пропуске воды через магнитное поле, благодаря чему растворенные соли, участвующие во внутрикотловых процессах, при определенных условиях не образуют накипи. Магнитная обработка способствует разрушению старой накипи в котле. 132 Ультразвуковой метод внутрикотловой обработки питательной воды основан на передаче ультразвуковых колебаний поверхности нагрева и котловой воде. Колебания препятствуют процессу накипеобразования на поверхности нагрева и способны разрушить уже отложившуюся накипь. Сборники дренажей и конденсатов представляют собой емкости для дренажей и конденсата, а также для их очистки от возможных загрязнений. На рыбообрабатывающих судах, где вероятность загрязнения дренажей и конденсатов велика, их выпаривают в испарителях грязных конденсатов. 3.7.1. Оборудование систем В конденсатно-питательной системе в качестве конденсатных, бустерных, питательных и дренажных применяются центробежные насосы. Регулирование подачи центробежных насосов производится путем перепуска из напорных линий в источник приема (конденсатный, питательный), дросселирования на нагнетании, изменения частоты вращения (питательный). Для питательных насосов ГК характерен привод от ГТЗА или турбинный, последний иногда применяется для конденсатных и бустерных насосов. Электропривод применяется для привода конденсатных и питательных насосов, дренажных насосов в тепловых схемах паротурбинРис. 118. Сепаратор для пара: ных установок. При прогревании паропровода в нем обра1 – корпус; 2 – отстойник; зуется конденсат, который с шумом перемещается по па3 – решетка. ропроводу. С целью предупреждения попадания продуваемого конденсата к главным и вспомогательным механизмам на паропроводах устанавливают сепараторы для пара (рис. 118). При изменении направления движения пара уносимый с ним конденсат по инерции попадает в нижнюю часть сепаратора, откуда удаляется в теплый ящик. На рисунке 119 приведена схема устройства теплого ящика, предназначенного для аккумулирования некоторого количества воды в конденсатно-питательной системе. Этот запас воды позволяет обеспечить работу насоса в течение Рис. 119. Схема устройства 3–5 мин без пополнения емкости. Поступающая вода протеплого ящика: 1 – отсек ходит через встроенную контрольно-смотровую цистерну очищенной воды; 2 – подвод и далее фильтруется через три фильтра. Фильтрующими конденсатов; 3 – контрольновеществами являются: кокс, губка люфа, поролон и, для смотровой отсек; 4 – смотровое более тонкой очистки, древесный уголь. Скорость фильстекло; 5 – коксовый фильтр; трации принимается около 0,01 м/с. 6 – подвод дополнительной При повороте воды в контрольно-смотровой ци- воды; 7 – патрубок подачи воды стерне находящиеся в ней капли или пленка нефтепро- в котел; 8 – змеевик подогрева. дуктов будут всплывать и собираться на ее поверхности. За цистерной установлен источник света, который через смотровые стекла позволяет контролировать нахождение нефтепродуктов. Нефтепродукты с поверхности воды удаляются вручную либо механическим, либо встроенным маслоотводящим устройством. Одновременно теплый ящик служит для снижения содержания в питательной воде кислорода и углекислого газа путем подогрева воды до 75–80 оС, для чего в нижней сборной цистерне устраивается подогреватель. Конденсатнопитательные системы имеют в своем составе значительное количество теплообменных аппаратов различной конструкции. Здесь в основном используют теплообменные аппараты с U-, 133 W-образными или змеевиковыми трубками с одной трубной доской или специальными коллекторами. В таких конструкциях облегчается задача снижения температурных напряжений, возникающих при значительной разности температур теплоносителей (Δt > 60 °С). Рис. 120. Подогреватель питательной воды. На рисунке 120 показан подогреватель питательной воды низкого давления с Uобразными трубками горизонтального исполнения. Основу конструкции составляет корпус 10, в котором размещен трубный пучок 8 с трубной доской 2 и разделительными диафрагмами 12. К фланцу корпуса 3 крепится крышка 1 с водяными камерами и перегородкой, разделяющей эти камеры, и трубный пучок. На корпусе подогревателя имеются: патрубок для подвода греющего пара с пароотбойным устройством 9, которое улучшает раздачу пара и снижает его эрозионное воздействие на трубный пучок, патрубок для отвода конденсата, предохранительный клапан 7, труба 6 с воздушным краном для удаления воздуха из паровой полости. Корпус подогревателя покрывается слоем изоляции 5, защищаемой от внешних механических повреждений металлическим корпусом 4. Подогреватель крепится к опорным поверхностям с помощью неподвижной 13 и подвижной 11 опор. На рисунке 121 показан подогреватель питательной воды высокого давления с плоскими спиральными трубками 1, которые привариваются к питательному 3 и сборному 2 коллекторам. Такие подогреватели обычно называются трехсекционными и делятся на три части: основной подогреватель, расположенный в центральной части корпуса 6, пароохладитель, размещенный в верхней части подогревателя, и охладитель конденсата, находящийся в нижней части подогревателя. Рис. 121. Подогреватель питательной воды высокого давления со спиральными пакетами трубок. 134 Секции образуются с помощью поперечных перегородок 5, служащих для организации перекрестного движения пара в межтрубном пространстве подогревателя. С помощью выделенных трех секций удается подогреть питательную воду выше температуры конденсации греющего пара. Это достигается подводом пара в центральной части подогревателя, вследствие чего в его верхней части находится только перегретый пар, по температуре превышающий конденсат. В нижней части подогревателя несколько рядов спиральных трубок постоянно затоплены конденсатом, что способствует его охлаждению ниже температуры конденсации греющего пара (температуры насыщения). Такие подогреватели целесообразно использовать в паротурбинных установках с промежуточным перегревом пара, когда температура пара превышает температуру его конденсации не менее чем на 80–90 °С. Трубная система данного подогревателя закрепляется жестко лишь в верхней части, а для тепловых расширений в нижней части выполнена скользящая опора 4 (кронштейн с роликом). Изменение направления движения питательной воды в змеевиках производится с помощью перегородок 9 коллекторных труб. Входной 8 и выходной 7 патрубки питательной воды приварены к крышке корпуса подогревателя. Подобные подогреватели являются сложными конструкциями, поэтому имеют невысокую ремонтопригодность. Подогреватели питательной воды обычно имеют достаточно высокую тепловую нагрузку (около 2–6 МВт), большую площадь поверхности теплообмена (40–100 м2}, невысокое гидравлическое сопротивление водяной части (50–150 кПа), высокие значения коэффициента теплопередачи (1800–2700 Вт/(м2°С)). На рисунке 122 показана конструктивная схема термического деаэратора питательной воды, который кроме деаэрации осуществляет ее подогрев и Рис. 122. Схема термического поэтому относится к подогревателям смесительного типа. деаэратора. Деаэратор состоит из двух основных частей: деаэрационной головки 2 и бака-аккумулятора 1. К деаэрационной головке в ее верхней части через раздаточный коллектор 3 подается конденсат, который распыляется форсунками и попадает в слой насадки 4. Греющий пар подается в нижней части головки через паровой раздаточный коллектор 5 и движется навстречу стекающему через насадку конденсату. При нагреве конденсата в слое насадки до температуры насыщения из него удаляются растворенные газы, которые собираются в верхней части головки и с паровоздушной смесью проходят конденсатор выпара (поверхностный теплообменный аппарат, прокачиваемый холодным конденсатом, где пар конденсируется и стекает в деаэратор), а газы удаляются в атмосферу. Приготовленная в деаэрационной головке питательная вода собирается в баке-аккумуляторе 1, предназначенном для накапливания определенного ее запаса (обычно 15–20 % паропроизводительности котла) с целью устойчивого питания котлов при изменении режима их работы. К деаэрационной головке подводятся также потоки горячих дренажей от различных подогревателей питательной воды, расположенных между деаэратором и паровым котлом. Время пребывания воды в разбрызгивающей головке деаэратора мало, поэтому стекающая из нее в бакаккумулятор деаэрированная вода может содержать некоторое количество растворенного газа. Для его удаления через воду в баке с помощью барботажного устройства дополнительно пропускается пар, что способствует более полной деаэрации. Выбор материала и способа изготовления труб обусловлен параметрами рабочей среды. Для воды и пара низкого и среднего давления температурой не выше 450 °С, как правило, применяют трубы бесшовные или сварные из углеродистых низколегированных сталей. При переходе на повышенные давления пара и температуру перегрева более 450 °С применяют легированные стали. В качестве присадок используют молибден (около 0,5 %), хром и 135 молибден (1 и 0,5 %; 2,25 и 1 %). Для паропроводов с температурой стенки до 550 °С применяется сталь с 1 % хрома, а до 580 оС – с 2,25 % хрома. При температуре более 600 °С предпочтительнее аустенитные стали с добавками хрома, никеля, кремния, алюминия, титана. Применение меди и медно-никелевого сплава МНЖ5-1 характерно для паропроводов отработавшего пара, поскольку эти материалы обладают повышенной коррозионной стойкостью в воздушной и паровой средах. Стальные паропроводы, проходящие по верхней палубе и в местах с повышенной влажностью, имеют защитное цинковое покрытие наружной поверхности. С целью обеспечения безопасности эксплуатации трубопроводов конденсатнопитательной и паровой систем, а также снижения тепловыделений в окружающую среду предусматривается изоляция. Изоляцией покрывается та часть конденсатного трубопровода, по которой перемещается конденсат температурой более 60 °С. Питательный и все паровые трубопроводы изолируются. Для герметизации сальниковых узлов арматуры и насосов паровых и конденсатнопитательных систем применяются различные материалы, которые выбирают в зависимости от параметров рабочей среды (табл. 13). Таблица 13 Марки уплотнений и условия их применения Марка Характеристика АСФ АГ-1 Асбестовая, пропитанная суспензией фторопласта Асбестовая с проклеечным графитом Форма Размеры Квадратная 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 19 Прямоугольная 4X6; 6X8; 8X10; 10X13; 13X16; 16X19; 19X22 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 19, 22, 25 Квадратная Условия применения Давление, Температура, Среда МПа °С Дистиллят, 0–20 0–160 конденсат До 4 До 250 Пар До 10 До 510 Пар Прямоугольная 4X6; 6X8; 8X10; 10X13; 13X16; 16X19; 19X22; 22X25 3.7.2. Водоопреснительные установки Назначение судовых опреснительных установок и свойства воды Судовые опреснительные установки (СОУ) предназначены для получения опресненной воды из забортной. Забортная вода представляет собой высокоминерализированный, многокомпонентный раствор, содержащий не только соли, но и газы. Основной солью, содержащейся в забортной воде, является хлористый натрий (до 80 %). Концентрация солей неодинакова в различных морях и океанах. Она зависит от района моря и глубины, климатических условий, наличия впадающих в море рек и морских течений. Концентрацию солей в морской воде оценивают соленостью. Соленость – содержание в воде хлористых солей. Измеряют соленость в миллиграммах хлористых солей на 1 литр воды или в градусах Брандта (°Бр). 1 °Бр соответствует содержанию в 1 л воды 10 мг хлористого натрия (NaCl) или 6,06 ионов хлора (Сl). В среднем считают соленость Мирового океана равной 3260 °Бр. Черного моря – 1600–1700 °Бр, Балтийского моря – 750 °Бр (питьевая вода имеет соленость 6–10 °Бр). Опресненная вода, полученная в СОУ, применяется для технических целей и для бытовых нужд. В первом случае опресненная вода используется для подпитки контуров энерге136 тической установки, питания паровых котлов, доливки аккумуляторных батарей, охлаждения отдельных механизмов; во втором случае – для умывания и помывки личного состава и пассажиров, мытья посуды и продуктов питания, а после специальной обработки – для питья и приготовления пищи. Качество опресненной воды, т. е. глубину ее очистки оценивают по общему солесодержанию и содержанию ионов хлора в миллиграммах на литр (мг/л). Общее солесодержание – это содержание в воде растворенных веществ, способных проводить электрический ток, т. е. диссоциирующих на ионы (соли, кислоты, щелочи, углекислый газ). В основу измерения общего солесодержания положен метод измерения электропроводности воды. Содержание ионов хлора – это содержание в воде коррозийно-активного агента, обусловленное присутствием хлористых солей: натрия, кальция, магния и др. Измеряют содержание ионов хлора методом титрирования. В судовых опреснительных установках опреснение забортной воды осуществляется либо путем извлечения собственно молекул воды из раствора, либо путем удаления ионов солей. Для опреснения забортной воды в СОУ применяют дистилляцию, электролиз или обратный осмос, при этом основным и наиболее разработанным способом является способ дистилляции. При дистилляции отделение воды от растворенных в ней веществ осуществляется при фазовом превращении воды: образующийся при кипении пар практически не содержит солей и в последующей конденсации дает опресненную воду, а соли остаются в рассоле. Кипение забортной воды происходит в испарителе, а подвод тепла от греющей среды осуществляется или в этом же испарителе, или в подогревателе питательной воды. Кипение сопровождается сложными процессами: накипе- и шламообразования. Накипь – отложения солей и других веществ, содержащихся в забортной воде, на поверхностях аппаратов опреснительной установки. Шлам – взвесь нерастворимых солей и других веществ, образовавшихся при нагревании и выпаривании питательной воды. Прикипание шлама к нагретым поверхностям называется вторичным накипеобразованием (шлам включается в состав накипи). Накипь резко ухудшает теплоотдачу и уменьшает производительность испарителя при неизменной температуре греющей среды. Свойства накипи определяются ее составом. Состав накипи зависит от концентрации солей в рассоле, температуры кипения и интенсивности парообразования. Наиболее характерными для забортной воды являются три вида накипи: карбонатная, магниевая и сульфатная. Карбонатная накипь состоит в основном из углекислого кальция СаСО3, образуется она при низких температурах кипения (до 80 °С). В вакуумных испарителях карбонатная накипь обладает малой плотностью, рыхлой структурой и малой теплопроводностью, легко растворяется кислотами и легко удаляется при механической чистке. Магниевая накипь состоит в основном из гидроокиси магния Mg(ОН)2, образуется она при температурах кипения 80–100 °С. Накипь более плотная, хуже растворяется кислотами, теплопроводность у нее выше, чем у карбонатной накипи. Сульфатная накипь в своем составе имеет около 50 % сернокислого кальция СаSО4, образуется при температурах кипения 100–120 °С в испарителях избыточного давления. Накипь, цементирующаяся на поверхности нагревательных батарей в рыхлые осадки шлама, – твердая, прочно держится на металле. На различных режимах работы опреснительной установки образуются разные виды накипи, располагающиеся слоями на греющих элементах. Накипь удаляется при периодических чистках испарителей. Капли рассола, уносимые потоком вторичного пара из испарителя в конденсатор, попадают в дистиллят и ухудшают его качество, повышают солесодержание дистиллята. Поэтому в опреснительных установках с явлением уноса капель борются конструктивными и организационно-техническими мерами. 137 Классификация опреснительных установок По способу опреснения судовые опреснительные установки разделяют на три группы: дистилляционные, электродиализные, и обратноосмотические. Дистилляционные опреснительные установки классифицируют: по роду источника тепла (паровые, утилизационные, универсальные, электрические); по способу испарения (батарейные, мгновенного испарения и комбинированные мгновенного испарения); по величине давления в испарителе (избыточного давления, вакуумные); по конструктивным признакам (в зависимости от конструкции нагревательных батарей, кратности испарения, контура рассола, компоновки и др.). В паровых СОУ в качестве греющей среды используется пар, вырабатываемый главными или вспомогательными котлами. Паровые СОУ широко распространены на судах с паро-силовыми установками. В утилизационных СОУ в качестве греющей среды используется охлаждающая вода дизелей, газовых турбин или их выхлопные газы. В электродиализных СОУ используется электрическая энергия, и сольваты (молекулы – ионы растворенных в воде веществ) задерживаются полупроницаемыми ионитовыми мембранами. Вакуумные СОУ в зависимости от величины вакуума могут быть глубоковакуумными с абсолютным давлением 4,3–7,5 кПа (0,04–0,07 кгс/см2) и низковакуумными с абсолютным давлением 20–30 кПа (0,2–0,3 кгс/см2). Глубоковакуумные СОУ в качестве источника тепла используют выхлопные газы или воду системы охлаждения дизелей, низковакуумные – отработавший пар или пар отборов. Обратноосмотический – метод опреснения морской воды является способом обратного осмоса, или гиперфильтрации. Этот метод опреснения обусловлен существованием сольватов. Сущность этого метода опреснения заключается в следующем: вода прокачивается под давлением 10,0 МПа сквозь металлические трубы, облицованные внутри пленкой ацетат целлюлозы. Специальная обработка этой пленки позволяет создать в ней каналы, проницаемые для молекул воды и непроницаемые для сольватов. Различают СОУ однократного и двукратного испарения. 3.7.2.1. Принципиальные схемы паровой опреснительной установки Принципиальная схема паровой опреснительной установки (рис. 123) содержит два теплообменных аппарата: испаритель И и конденсатор К. В испарителе происходит выпаривание питательной воды. В корпус испарителя по трубопроводу 4 поступает питательная вода, а в трубки 7 нагревательной батареи – греющий пар. Рис. 123. Принципиальная схема паровой СОУ: И – испаритель; К – конденсатор. Трубопроводы: 1 – вторичного пара; 2 – забортной воды; 3 – дистиллята; 4 – питательной воды; 5 – рассола; 6 – конденсата первичного (греющего) пара; 7 – первичного (греющего) пара. 138 За счет тепла греющего пара при кипении воды образуется вторичный пар, который отводится по трубопроводу 1 во второй теплообменный аппарат – конденсатор К. В конденсаторе тепло от вторичного пара отводится к забортной воде. Через трубную систему конденсатора прокачивается забортная вода, вторичный пар охлаждается и конденсируется, его конденсат называют дистиллятом. По мере выпаривания концентрация солей в воде увеличивается, в корпусе испарителя образуется рассол, поэтому правильно считать, что вторичный пар получают при кипении рассола. Для поддержания определенного значения солесодержания рассола часть его постоянно или периодически удаляется из корпуса испарителя (продувается), а рассол, оставшийся в испарителе, разбавляется питательной водой. Конденсат первичного (греющего) пара из нагревательной батареи испарителя возвращается в цикл энергетической установки. Реальные схемы паровых опреснительных установок содержат ряд теплообменных аппаратов и другие устройства. Для уменьшения накипеобразования стремятся создать испарители с низкими температурами кипения. На рисунке 124 приведена принципиальная схема опреснительной установки мгновенного испарения. В состав схемы входят испарители И, конденсатор К и подогреватель питательной воды ВП. Тепло к питательной воде подводится в подогревателе ВП греющим паром. В испарителе И и в конденсаторе К поддерживается вакуум. Вода в подогревателе нагревается до температуры на 5–7 °С выше температуры кипения ее в испарителе. Питательная вода впрыскивается в испаритель в перегретом состоянии, поэтому она кипит без подвода тепла, парообразование происходит во всей массе подогретой воды. Вторичный пар конденсируется в конденсаторе за счет охлаждения его забортной водой и образует дистиллят. Неиспарившаяся питательная вода (рассол) удаляется из испарителя. Рис. 124. Судовая опреснительная установка мгновенного испарения: И – испаритель; К – конденсатор; ВП – подогреватель питательной воды. Трубопроводы: 1 – вторичного пара; 2 – забортной воды; 3 – дистиллята; 4 – конденсата греющего пара; 5 – греющего пара; 6 – питательной воды; 7 – рассола. В рассмотренных схемах теплота парообразования вторичного пара в конденсаторах отдается забортной воде, т. е. выбрасывается за борт, теряется. Повысить экономичность опреснительных установок можно путем использования тепла вторичного пара в качестве греющей среды. На рисунке 125 приведена принципиальная схема опреснительной установки двухступенчатого испарения. Установка содержит два испарителя (две ступени) И1 и И2, а также конденсатор К. Греющей средой испарителя первой ступени И1 является греющий пар. Образующийся вторичный пар для конденсации направляется в трубки нагревательной батареи испарителя второй ступени И2, для которого он служит греющей средой. В испарителе И2 образуется пар, который конденсируется в конденсаторе К. 139 Рис. 125. СОУ двухступенчатого испарения: И1, И2 – испарители I и II ступеней; К – конденсатор. Трубопроводы: 1 – вторичного пара; 2 – третичного пара; 3 – забортной воды; 4, 8 – дистиллята; 5 – питательной воды испарителя И2; 6 – питательной воды испарителя И1; 7 – рассола; 9 – конденсата первичного пара; 10 – первичного (греющего) пара. Конденсатор охлаждается забортной водой. Часть этой воды по трубопроводам 6 и 5 подается на подпитку каждого испарителя, рассол продувается из каждого испарителя. В рассматриваемой опреснительной установке дистиллят получают не только в конденсаторе, но и в нагревательной батарее И2 – трубопроводы 4 и 8. Таким образом, во втором испарителе используется теплота парообразования, затраченная в первом испарителе. 3.7.2.2. Типовые паровые опреснительные установки Отечественная промышленность выпускает несколько серий судовых опреснительных установок различных типоразмеров. Рис. 126. Принципиальная схема СОУ серии П: ИК – испаритель-конденсатор; ЭП – пароструйный эжектор с конденсатором; ЭВ – водоструйный эжектор; ОД – охладитель дистиллята; С – сборник дистиллята; Н – насос. Трубопроводы: 1 – греющего пара; 2 – паровоздушной смеси; 3 – дистиллята; 4, 6 – рабочей (забортной) воды; 5 – промывочной воды; 7 – смеси рассола и рабочей воды; 8 – рассола; 9 – питательной воды; 10 – конденсата греющего пара. Опреснители серии «П» – паровые агрегатированные установки с вакуумными испарителями (рис. 126). Испаритель и конденсатор агрегатированы в блочную конструкцию испаритель – конденсатор ИК, на которой закреплено большинство основных элементов схемы: пароструйный воздушный эжектор ЭП и его конденсатор, объединенные в единый по забортной воде теплообменный аппарат с охладителем дистиллята ОД, водоструйный эжектор рассола Эв. 140 Греющий пар – свежий, давление его конденсации в змеевиках нагревательной батареи примерно равно атмосферному. Расчетное давление вторичного пара – 24,5 кПа (0,25 кгс/см2), при этом в конденсаторе поддерживается вакуум 520– 600 мм рт. ст. В нижней части испарителя-конденсатора размещена нагревательная батарея, образованная плоскоовальными трубками, развальцованными в двух трубных досках. При деформации стенок таких трубок накипь растрескивается, отделяется от трубок и падает в нижний поддон, из которого периодически удаляется через специальную горловину. Для сепарации вторичного пара применено промывочное барботажное устройство с подачей на промывку около 10 % полученного дистиллята, а также не показанный на схеме двойной жалюзный сепаратор, размещенный выше верхнего поддона, перед входом вторичного пара на трубки конденсатора. Верхнюю часть агрегата занимает конденсатор, образованный горизонтальными пучками трубок, развальцованных в трубных досках, закрытых крышками водяных камер. Ниже конденсатора на схеме условно показан верхний поддон, котоРис. 127. Общий вид опресрый служит для сбора конденсата. Вакуум в корпусе агрегата нителя типа «Д». создается за счет отсоса паровоздушной смеси одноступенчатым паровоздушным эжектором ЭП, конденсатор которого охлаждается забортной водой. Часть забортной воды после конденсатора направляется на подпитку испарителя, остальная ее масса служит рабочей водой рассольного эжектора ЭВ, который откачивает рассол и охлаждает его. Смесь рассола и рабочей воды выбрасывается за борт. Полученный дистиллят из поддона стекает в сборник дистиллята С и насосом Н через охладитель дистиллята ОД подается к потребителю. Часть дистиллята используется как промывочная вода. Конденсат греющего пара и конденсат пара эжектора возвращаются в конденсатно-питательную систему энергетической установки. Рис. 128. Принципиальная схема утилизационной вакуумной водоопреснительной установки типа «Д»: 1 – ротаметр (датчик расхода); 2 – солемер; 3 – трубопроводы подвода и отвода греющей воды к испарителю; 4 – трубопровод для отвода конденсата; 5 – трубопровод подвода греющего пара; 6 – двухходовой конденсатор; 7 – жалюзийный сепаратор; 8 – медный отбойник; 9 – воздушно-рассольный эжектор; 10 – трубопровод отвода рассола; 11 – насос забортной воды; 12 – мельхиоровые трубки испарителя; 13 – сборник дистиллята; 14 – насос откачки дистиллята; 15 – реле давления; 16 – электромагнитный клапан; 17 – невозвратно-запорный клапан; 18 – диафрагма; 19 – уравнительная трубка сборника дистиллята; 20 – дроссельная шайба. 141 Опреснители серии «Д» (рис. 128). В верхней части корпуса из нержавеющей стали встроен двухходовый конденсатор 6. В средней части корпуса размещены сепаратор 7 жалюзного типа и сварной медный отбойник 8. В нижней цилиндрической части корпуса расположена вертикальная греющая батарея 12, образованная мельхиоровыми трубками, развальцованными в латунных трубных досках; внутри трубок происходит кипение забортной воды. Греющая вода к испарителю подводится и отводится по трубкам 3. Пар из трубок батареи 12 поступает в конденсатор 6, горизонтально расположенные трубки которого развальцованы в трубных досках из латуни. Вся подаваемая насосом 11 забортная вода проходит через конденсатор, где ее температура повышается. Часть воды после конденсатора поступает на питание испарителя через ротаметр (датчик расхода) 1. Вся остальная вода используется в качестве рабочей среды в воздушнорассольном эжекторе 9, предназначенном для удаления паровоздушной смеси из конденсатора и рассола, из подогревателя по трубопроводу 10 за борт. За счет конденсации пара в конденсаторе и работы эжектора 9 в установке поддерживается глубокий вакуум. Дистиллят из конденсатора стекает в сборник 13, уровень в котором поддерживается поплавковым регулятором. Дистиллят из сборника 13 насосом 14 через расходомер 1 подается в цистерну. Часть дистиллята при этом проходит через солемер 2. В случае засоления дистиллят через электромагнитный клапан 16 возвращается в испаритель. Реле давления 15 останавливает насос 14 в случае падения давления на его нагнетательной стороне; контроль режима работы установки осуществляется с помощью термометров, измеряющих температуру греющей воды на входе в испаритель и выходе из него, а также температуру воды на выходе из конденсатора. Вакуум в установке контролируется по вакуумметру. На корпусе испарителя имеются два смотровых стекла. Кратковременная работа испарителя может быть обеспечена за счет подвода греющего пара по трубопроводу 5, конденсат при этом удаляется по трубопроводу 4. Коэффициент продувания установки равен 3, поэтому только четвертая часть воды в испарителе превращается в пар. Общий вид водоопреснительной установки «Нирекс» с теплообменниками пластинчатого типа «Де Лаваль» показан на рисунке 129, а схема – на рисунке 130. Полости конденсатора 6 (рис. 130) и испарителя 4 образованы параллельно расположенными пластинами, однако в испарителе полости соединены между собой последовательно, а в секции конденсатора – параллельно. Рис. 129. Общий вид водоопреснительной установки фирмы «НИРЕКС». 142 Рис. 130. Схема водоопреснительной установки «Нирекс» с пластинчатыми теплообменными аппаратами: 1 – трубопровод питательной воды; 2 – ротаметр; 3 – трубы греющей воды; 4 – испаритель; 5 – сепаратор; 6 – конденсатор; 7 – электромагнитный клапан; 8 – солемер; 9 – расходомер; 10 – насос дистиллята; 11 – бачок-воздухоотделитель; 12 – гидравлический эжектор дистиллята; 13 – эжектор рассола; 14 – сдвоенный электроприводной насос. Вода в испаритель подается по трубопроводу 1 через ротаметр 2, а греющая вода к испарителю 4 подводится и отводится по трубопроводам 3. Образовавшаяся паровая смесь из испарителя поступает в сепаратор 5, где отделяются капельки воды от пара, и неиспарившийся рассол эжектором 13 удаляется за борт. Рабочую воду на эжектор подает сдвоенный электроприводной насос 14. Дистиллят и воздух удаляются гидравлическим эжектором 12, рабочей водой для которого служит дистиллят из насоса 10. Воздух и дистиллят подаются в бачок-воздухоотделитель 11, откуда воздух отводится в атмосферу. Приготовляемый в установке дистиллят поступает к насосу 10 из бачка через сливную трубу; часть дистиллята через расходомер 9, солемер 8 и электромагнитный клапан 7 подается в цистерну. Коэффициент продувания составляет 4–5, содержание хлоридов в дистилляте – 6–9 мг/л. Подача пяти моделей такого ряда испарителей «Нирекс» составляет 2–10 т/сут. Адиабатные водоопреснительные установки «Нирекс» с камерами бесповерхностного типа. Особенностью ВОУ «Нирекс» с камерами бесповерхностного типа является то, что подогреватель рассола и охладитель дистиллята имеют пластинчатую конструкцию (рис. 131). Греющая вода из системы охлаждения главного двигателя подается в подогреватель 2, отдает часть тепла забортной воде и рассолу, подаваемому насосом 16. Нагретый рассол поступает в камеру испарения 3, где разбрызгивается и частично испаряется. Неиспарившаяся его часть стекает в низ испарителя и насосом 16 вновь подается вместе с добавляемой забортной водой в подогреватель 2. Отделение капелек влаги от пара, образовавшегося в испарителе, осуществляется в сепараторе 4. Далее пар поступает в конденсатор 5 смесительного типа, где он смешивается со струйками охлажденного дистиллята, который вытекает через отверстия в днище, расположенном сверху бачка, и конденсируется. Дистиллят из сборника конденсатора с помощью левой секции дистиллятного насоса 14 прокачивается через охладитель 6, а затем в конденсатор 5. Вторая (правая) ступень насоса 14 полученный дистиллят, который сливается через переливную трубу, направляет в расходомер 12 и далее в цистерну. Охладитель 6 прокачивается забортной водой циркуляционным насосом двигателя, который одновременно подает забортную воду на подпитку испарителя к масляному и водяному холодильникам главного двигателя. Поддержание вакуума и удаление паровоздушной смеси из конденсатора и сепарационной камеры испарителя осуществляется с помощью водоструйного эжектора 13, в котором в качестве рабочей среды используется забортная вода, подаваемая насосом 8. Этим же насосом удаляется за борт рабочая вода и воздух после эжектора. 143 Рис. 131. Схема водоопреснительной установки «Нирекс» с камерами испарения бесповерхностного типа. При повышении солесодержания в дистилляте солемер 11 дает сигнал на открытие электромагнитного клапана 10, и подсоленный дистиллят сбрасывается в льяла. Использование теплообменных аппаратов пластинчатого типа позволяет уменьшить размеры опреснительной установки. Водоопреснительная установка «Атлас». Самые распространенные водоопреснительные установки на морских транспортных судах – это установки фирмы «Атлас» (Дания). Общий вид водоопреснительной установки «Атлас» показан на рисунке 132. Рис. 132. Общий вид глубоковакуумной опреснительной установки «Атлас». Основу конструкций составляет стальной вертикальный цилиндрический барабан с крышкой, играющей роль сухопарника. К нижней части барабана крепится цилиндрическая вертикальная прямотрубная батарея. 144 Рис. 133. Тепловая схема утилизационной вакуумной ВОУ «Атлас»: 1 – трубопровод стравливания пара в атмосферу; 2 – конденсатор; 3 – сепаратор; 4 – трубопровод охлаждающей воды; 5 – трубопровод свежего пара; 6 – водяной эжектор; 7 – воздушный эжектор; 8 – расходомер; 9 – насос охлаждающей воды; 10 – насос подачи рабочей воды на эжекторы и в испаритель; 11 – трубопровод дистиллята в емкость; 12 – трубопровод конденсата; 13 – трубопровод дистиллята; 14 – датчик; 15 – дистиллятный насос; 16 – кран отбора пробы дистиллята; 17 – зуммер; 18 – солемер; 19 – испаритель; 20 – сопло; 21 – редукционный клапан; 22 – фильтр; 23 – соленоидный клапан; 24 – манометр; 25 – конденсатный насос; 26 – трубопровод конденсата. Тепловая схема вакуумной ВОУ «Атлас» приведена на рисунке 133. Часть охлаждающей воды главного двигателя с температурой 65–70 °С пропускается через испаритель 19. В испарителе греющая вода, омывая трубки снаружи, отдает часть теплоты на испарение забортной морской воды. Морская вода подается в нижнюю часть крышки батареи и проходит внутри трубок, прокачиваемая центробежным насосом 10. Процесс испарения морской воды происходит при температуре 38–40 °С, за счет восприятия тепловой энергии охлаждающей воды главного двигателя. Эта температура является температурой насыщения забортной воды вследствие создаваемого и поддерживаемого вакуума (порядка 93 %) в водоопреснителе с помощью эжектора. Образовавшийся пар в испарителе проходит через отбойный щит сепаратора и достигает горизонтального конденсатора, который встроен в сухопарник и отделен от основного парового пространства внутренним кожухом. В конденсаторе пар конденсируется и в виде дистиллята отводится дистиллятным насосом 15 (при нормальной солености дистиллята) в цистерну, а при повышенной солености – через соленоидный клапан 23 обратно в испаритель. Изменение температуры забортной воды приводит к соответствующему изменению и температуры насыщения в испарителе. Количество греющей воды, подаваемой в испаритель, в три–четыре раза больше по сравнению с питательной (забортной). Благодаря этому, а также низкой температуре испарения образование накипи на поверхности теплообмена испарителя будет минимальным. Водоопреснитель обслуживается двумя эжекторами. Эжектор 7 соединен трубопроводом с конденсатором и обеспечивает отсос воздуха для создания вакуума и его поддержание порядка 93–95 %. Эжектор 6 служит для отсоса из сепаратора соленой воды (рассола), которая не успела испариться и была занесена из испарителя. Центробежный насос 10 обеспечивает эжектор рабочей водой, а насос 9 предназначен для охлаждения конденсатора. Водоопреснительная установка может работать на свежем паре от трубопровода 5 через редукционный клапан 21. 145 Управление количеством забортной воды, подаваемой в испаритель, осуществляется посредством расходомера (ротаметром) 8. Соленость дистиллята, получаемого в ВОУ типов «Д» и «Атлас» составляет не более 8 мг/л С1 (0,8 Б) при солесодержании рассола 50 тыс. мг/л. Контроль режима работы ВОУ обеспечивается контрольно-измерительными приборами. Давление и температура контролируются манометрами и термометрами. Качество получаемого дистиллята контролируется солемером 18. В случае засоления дистиллята подается сигнал с помощью зуммера 17. Коэффициент продувания ВОУ «Атлас» составляет 2–3. Показатели режима работы установки «Атлас» 1. Температура испарения 38 °С 2. Давление пара 6,8 кПа 3. Температура греющей воды, поступающей в испаритель 60–65 °С 4. Понижение температуры греющей воды после испарителя 5–15 °С 5. Температура забортной воды 28–30 оС 6. Нагрев воды в конденсаторе 4–8 °С 7. Содержание хлоридов в дистилляте 6 мг/л 8. Давление рабочей воды, поступающей к эжектору 0, 28–0,4 МПа 9. Давление нагнетания эжектора 0,2 МПа Опреснительная установка с использованием принципа обратного осмоса Водоопреснительные установки, использующие принципы обратного осмоса, пока не получили широкого использования в судовых энергетических установках. Метод опреснения морской воды так называемого обратного осмоса обусловлен существованием сольватов. Основу таких опреснителей составляет мембрана, являющаяся проницаемой для воды и непроницаемой для растворенных в ней солей (сольватов). Забортная вода с одной стороны мембраны находится под давлением, превышающим осмотическое. Осмос (от греч. osmos – толчок, давление) – диффузия растворителя через так называемую полупроницаемую (проницаемую для молекул растворителя и непроницаемую для молекул растворенных веществ) перегородку, разделяющую раствор и чистый растворитель или два раствора различной концентрации. По мере проникновения растворителя через перегородку со стороны раствора возникает избыточное гидростатическое давление на перегородку, при определенном значении которого (так называемое осмотическое давление) процесс осмоса прекращается. Осмос имеет очень важное значение в жизненных явлениях и технике. Под действием осмотического давления часть воды без солей проходит через мембрану, а оставшаяся с повышенным содержанием солей удаляется за борт. Осмотическое давление при температуре забортной воды 25 °С и солесодержании 1 г/л составляет 0,07 МПа, а при солесодержании 50 г/л – 40,4 МПа. Мембраны в таких опреснительных установках выполняются из триацетата целлюлозы в виде пучка полых волокон с внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85–200 мкм. Для опреснительных установок обратного осмоса необходима предварительная обработка морской воды, которая заключается в следующем: вода проходит через сеточный фильтр с размером ячейки 0,3 мм, центробежный сепаратор для отделения ила и песка с размером частиц более 20 мкм, далее через песчаный фильтр и затем поступает к насосу с давлением 5–7 МПа. При работе таких опреснителей необходимо постоянно контролировать и регулировать установленные нормы водяного режима. Принципиальная схема опреснителя фирмы «RОСНЕМ» представлена на рис. 134. 146 Система, работающая на принципе обратного осмоса, является модульной системой, разработанной с учетом технических требований для обессоливания морской воды. Предварительная очистка морской воды производится в песчаном фильтре 2 и фильтр-патроне 3. Песчаный фильтр заполняется песком, песчинки которого имеют разные размеры по диаметру: 3,0–5,0 мм 210 кг, 2,0–3,0 мм 350 кг, 0,3–0,7 мм 420 кг – всего 880 кг. В корпусе патронного фильтра находятся 6 патронных фильтров. Морская вода подается одним из насосов 1 в песчаный фильтр 2 и пропускается через него и далее через фильтр-патрон 3 для Рис. 134. Принципиальная схема опреспрокачки мембранных ДТ модулей 5. Она пронителя фирмы «RОСНЕМ» с дискоходит через серию связанных мембранных трубными модулями: 1 – подкачивающие фильтров, и часть ее в виде обессоленной чинасосы; 2 – песочный фильтр; 3 – патронстой воды стекает в трубопровод отвода в ци- ные фильтры; 4 – насос высокого давления; стерну. Другая часть в виде рассола удаляется 5 – корпус диско-трубных модулей; за борт. 6 – раскисляющий фильтр. Получаемая обессоленная вода содержит растворенный в воде углекислый газ СО, его наличие понижает рН до 6,0–6,5. Присутствие в воде свободного углекислого газа вызывает коррозию железа, в результате чего вода окрашивается в коричневый цвет. Для исключения данного явления в системе отвода обессоленной воды установлен раскисляющий фильтр 6. Раскисляющий фильтр заполнен доломитом – веществом, способным поглощать углекислый газ. После прохождения обессоленной воды через доломит рН устанавливается 7,0. Рассмотрим устройство и сущность обессоливания морской воды в мембранном диско-трубном модуле. Схема капсулы модуля и мембраны показаны на рисунках 135 а, 135 б, а общий вид капсулы в сборе приведен на рис. 136. Длина капсулы модуля Диаметр капсулы Вес капсулы Количество мембранных вставок/подушек Количество гидравлических дисков 1000 мм 226 мм 49 кг 169 шт. 170 шт. Рис. 135. Схема капсулы диско-трубного модуля: а – капсула модуля в сборе; б – мембрана модуля. 1 – фланец верхний; 2 – кольцевая полость опресненной воды; 3 – стержень блока мембран; 4 – фланец нижний; 5 – корпус диско-трубного модуля; 6 – блок мембран. А – вход морской воды; В – выход опресненной воды; С – выход рассола. 147 Рис. 136. Схема конструкции диско-трубного модуля в сборе с блоком мембран: 1 – патрубок выхода опресненной воды; 2 – патрубок входа морской воды; 3 – металлический корпус модуля; 4 – стержень блока мембран; 5 – блок мембран; 6 – фланец верхний; 7 – патрубок выхода рассола. Основными составляющими частями модуля являются диско-мембранные блоки и цилиндрический корпус оболочки, работающий под давлением. Мембранные подушки одеты на центральный стержень внутри цилиндрического корпуса модуля. Каждая мембрана с обеих сторон покрыта промокательными дисками и образует самостоятельную секцию-подушку. Диско-мембранный блок вставлен внутрь цилиндрического корпуса оболочки. Отверстия цилиндрического корпуса закрыты фланцами с кольцевыми прокладками. Промокательные диски, покрывающие мембранную подушку, удерживают давление на ее поверхности. Процесс опреснения обусловлен существованием сольватов. Морская вода под давлением 10–15 МПа прокачивается сквозь металлические корпуса капсул модуля и мембраны, которые имеют сечение на порядок меньше, чем размеры сольватов, но пропускают воду. Поэтому сольваты остаются на поверхности мембран, внутри корпуса капсулы, а вода, свободная от растворенных солей, попадает в сборник чистой воды, расположенный вокруг центрального отверстия. Оттуда чистая вода вытекает через кольцевую полость, расположенную у центрального отверстия В и удаляется. Мембранное пространство и сборник чистой воды устроены как разделительная часть гидравлического диска. Разделительное пространство образует открытый канал пресной воды. Таким образом, по пути к разгрузочному отверстию С (выходу рассола) морская вода проходит через каждую мембранную секцию. Солевой компонент морской воды увеличивается в секциях, по мере того как чистая вода в каждой секции отделяется от морской. В результате такого явления создается тенденция к накоплению мельчайших коллоидных частиц на поверхности мембран, и по этой причине происходит снижение производительности опреснителя и наблюдается повышенное солесодержание воды. При снижении производительности мембраны в процессе эксплуатации на 10–15 % необходимо производить химочистку по рекомендации фирмы изготовителя «RОСHЕМ». Система оборудована клапанами, позволяющими производить химочистку с применением химикатов закрытой циркуляцией, в процессе которой коллоидные грязные частицы и кристаллы, находящиеся на поверхности мембран, могут быть очищены и удалены в специальный очистной танк. Давление воды в процессе промывки должно быть 10–20 бар, и температура воды 35–45 оС. Одновременно производят промывку песчаного фильтра способом обратной промывки с подачей сжатого воздуха с давлением 1 бар в течение 15 минут. После этого фильтрпатроны заменяют, при нормальной работе обессолевателя фильтр-патроны должны меняться через каждые 700 часов его работы и при каждой химической промывке. 148 3.7.2.3. Сепарационные устройства испарителей Испарение в отношении чистоты пара является идеальным процессом обессоливания. Но на практике солесодержание дистиллята отлично от нуля и при некоторых условиях может оказаться недопустимо большим при высокой нагрузке зеркала испарения. Бурное кипение в этих условиях приводит к тому, что в паровое пространство испарителя забрасываются капли рассола и с паром поступают в конденсатор. Для уменьшения солесодержания дистиллята в состав испарителя включают паросепарационные устройства. Рис. 137. СхеВсе современные конструкции испарителей имеют в своем составе ма отделителя дополнительные сепарационные устройства, предназначенные для отделесепарата. ния транспортируемой влаги. В этих устройствах используются один или два из следующих принципов сепарации: центробежного и диффузионного промыва пара. Наиболее широко применяются центробежные сепараторы как самые простые и компактные. Они достаточно эффективны при умеренном вакууме и более высоких давлениях. Центробежная сепарация основана на инерции увлеченных потоком частиц, которые при повороте потока на вогнутой поверхности отбрасыва- Рис. 138. Схеются к ней центробежными силами. С этой поверхности пленка отделив- ма отделителя шейся влаги (сепарата) стекает под давлением сил тяжести и выводится из сепарата. зоны парового потока. Рассмотрим принцип действия основных типов центробежных сепараторов, применяемых в судовых опреснителях. Сепараторы с плоскими отбойными щитами применяются в адиабатных испарителях фирмы «Нирекс», предназначенных для выработки питьевой и мытьевой воды с умеренным солесодержанием (рис. 137). Сепараторы набивочные достаточно эффективно отделяют влагу благодаря сильно развитой поверхности заполняющих их колец Рашига (металлические кольца-цилиндрики длиной равной диаметру). Они хорошо работают лишь при малых скоростях пара (рис. 138). Сеператоры жалюзные наиболее широко применяются в вакуумных испарителях. В испарителях такие сепараторы устанавливают горизонтально, над всей площадью зеркала испарения, что позволяет обеспечить в них минимальную скорость пара, при которой вероятность срыва пленки исключена (рис. 139). Рис. 139. Схема отделителя сепарата. Сепараторы сопловые применяются в испарителях с избыточным давлением или умеренным вакуумом. Работа сепаратора основана на резком изменении скорости пара на выходе из сопел, расположенных в перегородке над зеркалом испарения. Сепарат, отделяющийся и оседающий на стенках, стекает по дренажной трубке под уровень рассола. Сопла изогнуты так, чтобы выход пара в сепарационную камеру был тангенциальным к стенкам (рис. 140). 149 Рис. 140. Схема отделителя сепарата. Сепараторы спиральные широко применяются в современных конструкциях зарубежных испарителей. Пар с большой скоростью проходит по коротким спиральным каналам, на выходе из которых резко тормозится и поднимается вверх. При этом большая часть влаги оседает на наружной стенке сепаратора. В сочетании с дополнительной сепарацией на отбойных щитах достигается обязательная сушка пара. Такие сепараторы эффективнее и проще предыдущих, однако они могут быть использованы и удобно скомпонованы в испарителе лишь при исполнении его в виде вертикального цилиндра (рис. 141). Рис. 141. Схема отделителя сепарата. Сепараторы лабиринтные встречаются в испарителях фирмы «ВИР». Применяются как в вертикальном, так и в горизонтальном исполнении. В последнем случае сепарирующие перегородки устанавливаются под углом 5–8° к горизонтали для облегчения стока сепарата, скапливающегося в желобах по краям перегородок. При простой конструкции эти сепараторы благодаря действию ловушек для сепарата позволяют получить дистиллят солесодержанием 2–4 мг/л (рис. 142). Рис. 142. Схема лабиринтного отделителя. 3.7.2.4. Накипеобразование в опреснительных установках Повышенная жесткость морской воды (около 140 мг-экв/л) обусловлена значительным содержанием накипеобразующих ионов Са2+, Мg2+, О2-, СО32- и НС32-. В процессе упаривания морской воды происходит интенсивное выпадение накипи на греющих элементах испарителя, в результате чего снижается коэффициент теплопередачи и производительности испарителя. В зависимости от условия работы водоопреснительной установки на ее поверхностях нагрева образовывается различная по химическому составу, структуре и свойствам накипь с различной плотностью и теплопроводностью. Исследования показали, что состав накипи, образующейся на греющих поверхностях опреснителей, зависит от температуры испарения и температурного напора. В вакуумных установках, где температура испарения не превышает 35–60 °С накипь появляется в основном карбонатная с солесодержанием СаСО3 равным 95 %. Эта накипь об150 ладает малой плотностью, рыхлой структурой, низкой прочностью и малой теплопроводностью, растворима практически всеми кислотами, кроме щавелевой, и легко удаляется при механической чистке. При температуре 80–85 °С накипь в основном состоит из гидроокиси Мg(ОН)2 и сульфата кальция СаSO4. Содержание в накипи СаSO4 возрастает с повышением температурного напора, т. е. с увеличением температуры греющих поверхностей испарителя. Зона температур испарения 75–85 °C – переходная, чем больше температурный напор, тем при более низкой температуре испарения начинается быстрое возрастание содержания в накипи Мg(ОН)2. С повышением температуры испарения и увеличением солесодержания рассола растворимость СаSO4 снижается, в результате чего эта соль выпадает из раствора и оседает на поверхностях нагрева. Соль СаSO4, имеющая отрицательный коэффициент растворимости, образует твердую накипь, обладающую также свойством цементировать осадки прочих солей и шлама, удерживая их, таким образом, в накипи. Часть выпадающего из раствора СаSO4, вследствие малой скорости кристаллизации, удаляется из испарителя с продувным рассолом. Далее с повышением температуры кипения до 80–100 °С образуется магнезиальная накипь, состоящая из гидроокиси магния Мg(ОН)2. Она отличается большой плотностью, а также худшей растворимостью в кислотах. 3.7.2.5. Методы предотвращения образования накипи в испарителях и ее удаление Для уменьшения явления накипеобразования в водоопреснительных установках существует немало эффективных методов. Но каждый из этих методов имеет свои недостатки и пригоден только для определенных условий каждого опреснителя. Поэтому основной задачей эксплуатации опреснителей является поддержание режима работы и параметров данной установки, при которых отложение накипи было бы минимальным. Рассмотрим следующие методы борьбы с накипеобразованием в опреснителях: подкисление воды и применение антинакипинов; добавление зернистых присадок (затравок); конденсатная стабилизация; гидрофобное покрытие поверхностей теплообмена; применение специальных конструкций испарителей с подвижными и самоочищающимися поверхностями теплообмена; магнитная, ультразвуковая и радиационная обработка питательной воды. Зернистые присадки. При введении в испаряемый рассол зернистых присадок (тонкодисперсных порошков) их частицы становятся центрами кристаллизации, в связи с чем удаляется процесс накипеобразования от поверхности нагрева на взвешенные в растворе частицы (суммарная поверхность которых иногда больше всей поверхности нагрева), т. е. процесс накипеобразования заменяется интенсивным шламовыведением. Необходимая концентрация присадки 8–10 г/л. Интенсивное шламообразование требует повышенной продувки испарителей, так как в противном случае возможно явление вторичного накипеобразования, т. е. явление налипания на теплообменных поверхностях комочков шлама, ранее образованного в слое кипящего рассола. Контактная стабилизация. Метод заключается в том, что испаряемый рассол непрерывно циркулирует между испарителем и фильтром, загруженным зернами известняка или другого аналогичного материала. Необходимо, чтобы время контакта рассола с массой, загруженной в фильтр, соответствовало скорости кристаллизации накипеобразующих веществ при данных теплофизических условиях работы испарительной установки. Применение контактной стабилизации позволяет на 85–90 % снизить количество накипи, образующейся в испарителе морской воды при трехкратном ее упаривании. 151 Гидрофобное покрытие теплообменной поверхности. При нанесении гидрофобной пленки на теплообменную поверхность адгезия гидротированных ионов и микрокристаллов накипеобразующих соединений к теплообменной поверхности происходит замедленно, вследствие отсутствия сил сцепления с ней. Сглаживая бугорки шероховатости, являющиеся центрами кристаллизации накипи из рассола, гидрофобное покрытие не только способствует замедлению процесса накипеобразования, но и вызывает явление самоочищения теплообменной поверхности от накипи. В качестве гидрофобного покрытия используются различные органические, эпоксифенольные и фторопластиковые лаки. Наиболее стойкими в условиях работы морских испарителей являются покрытия из бакелитового лака, обеспечивающие замедление процесса накипеобразования в несколько раз. Применение специальных конструкций испарителей для уменьшения накипеобразования. В судовых испарителях начали применять самоочищающиеся греющие элементы, накипь с которых скалывается при их деформации. Обычно эти элементы выполняют из монель-металла и применяют при небольших давлениях греющего пара, что обусловливает вакуумный режим работы испарителей, оборудованных подобными батареями. Магнитная, ультразвуковая и радиационная обработка питательной воды. Сущность данных методов заключается в безреагентной предварительной обработке опресняемой воды и сводится к созданию в обрабатываемой морской воде искусственных центров кристаллизации (зародышей) и отвлечению таким образом процесса накипеобразования от поверхности нагрева на искусственные центры кристаллизации. Магнитная обработка морской воды заключается в том, что ее перед поступлением в испаритель пропускают через аппарат, где при помощи постоянных магнитов или электромагнитов создается магнитное поле. При прохождении морской воды через магнитное поле молекулы перегруппировываются. В результате ослабления электростатических сил взаимодействия между частицами и изменения структуры воды раствора происходит выпадение солей в виде шлама. Необходимое условие применения магнитной обработки – удаление образующего шлама. Ультразвуковая обработка морской воды. Способствует интенсивному образованию новых центров кристаллизации вследствие возрастания флуктуации плотности испаряемой воды. Благодаря увеличению количества образующих центров кристаллизации накипеобразующие соединения отвлекаются от поверхности нагрева, и образование шлама происходит в массе воды. Если накипь все-таки откладывается, то ультразвуковые колебания разрушают ее, вызывая дробление кристаллов с образованием высокодисперсного шлама, когда слой достигает толщины около 0,15–0,25 мм. Радиационная обработка морской воды. Облучение, создаваемое препаратом бромистого радия, приводит к резкому возрастанию числа центров. Установлено, что число центров кристаллизации в облученных образцах по сравнению с необлученными увеличивается в зависимости от продолжительности облучения в 4–8 раз. В результате длительной работы ВОУ наружные поверхности ее греющих элементов покрываются слоем накипи, что приводит к снижению производительности. В варианте небольшого ее снижения повышают температуру давления или расход греющего пара. При снижении производительности ВОУ более чем на 20–25 % производится чистка греющих батарей испарителей – «холодный душ». При чистке таким способом из испарителя сливается весь рассол, и в течение 3–4 минут трубки испарителя прогреваются паром, после чего испаритель заполняется холодной водой. В результате резкого изменения температуры трубок накипь растрескивается и опадает на днище испарителя. Операцию «холодный душ» повторяют 3–4 раза. Другой способ очистки греющих трубок от накипи, «холодное продувание», также основан на явлении тепловых деформаций. 152 «Холодное продувание». Производится без осушения корпуса испарителя от рассола и практически без вывода установки из действия. Покрытые накипью элементы греющей батареи находятся в кипящем рассоле, греющий пар на батарею перекрывают и в ее внутреннюю полость (паровую) открывают доступ пресной воде с низкой температурой (например, от гидрофора мытьевой воды). Прокачку воды через батарею испарителя производят в течение 2–3 минут до тех пор, пока температура на выходе из батареи не будет неизменной. При снижении производительности водоопреснительной установки свыше 25 % необходима основательная чистка теплообменных поверхностей. С этой целью используется химический способ в сочетании с механической очисткой. Химический способ очистки в свою очередь подразделяется на: 1) содово-щелочной (для удаления гипса) – кипячение в 1–2 % растворе кальционированной или каустической соды под давлением до 0,2 МПа (2 кг/см2) в течение 4–8 часов; 2) фосфатный (для удаления СаСО3 и СаSО4) – процесс аналогичный предыдущему; 3) кислотный (для удаления СаСО3 и СаSО4) – обработка 2–7 %-ным раствором соляной кислоты (НСl), ингибированной уротропином, а для очистки красномедных трубок от всех видов накипи – введением 5 %-го раствора сульфаминовой кислоты или малеинового ангидрида. После химической очистки нагревательную батарею вскрывают и производят механическую очистку или применяют гидромеханический способ – струей пара, горячей или холодной воды – удаляется рыхлая накипь и шлам. В последние годы исключительное распространение получили глубоковакуумутилизационные испарительные установки, в которых в качестве греющей среды используется пресная вода из замкнутой системы охлаждения главных двигателей, что создает условия почти безнакипного режима. Водоопреснительные установки, в которых греющая батарея образована пучком вертикально расположенных трубок, такие как датской фирмы «Атлас», английской фирмы «Баклей и Тейлор» и ряда других фирм, при работе без нарушения режима продувания и питания, а также температурного режима после длительного времени работы порядка 3000– 4000 часов имеют слабый налет накипи обычно в верхней части трубок. При нарушении режима продувания и вместе с тем температурного режима испарительной установки возникают условия интенсивного накипеобразования. Например, на одном из судов, ВОУ фирмы «Атлас» при номинальной производительности 21 т/сут по причине нарушения режима продувания, а вместе с тем и температурного режима, начала вырабатывать дистиллят с солесодержанием до 50 мг/л и производительность снизилась до 5 т/сут. Вскрытие установки для определения причин низкой производительности выявило, что из 806 трубок 706 были полностью забиты накипью. Для удаления твердой накипи из трубок применили механический способ – высверливание в два приема, сначала сверлом 12,5 мм и повторно сверлом 15 мм, при внутреннем диаметре трубок 15 мм. При ревизии эжекторов было выявлено изменение геометрии и диаметра сопла в сторону нарушения процесса кипения, заключающегося в повышении температуры. Таким образом, механическая очистка поверхностей нагрева от накипи является трудоемким процессом, кроме этого создается возможность образования на них насечек, которые в дальнейшем будут являться очагами интенсивного накипеобразования. 3.7.3. Техническая эксплуатация водоопреснительных установок Испарительные установки, работающие на забортной воде, разрешается вводить в действие (рис. 143) только при нахождении судна в открытом море. Запрещается работа установки при прохождении судном каналов, мелководья и при стоянке в портах. Отступления от этого правила могут быть сделаны лишь в случаях крайней необходимости с разрешения капитана или старшего механика. 153 При подготовке к действию и вводе в работу вакуумного испарителя необходимо: 1) наполнить испаритель питательной водой до рабочего уровня, выпуская при этом воздух через воздушный клапан; 2) обеспечить подачу охлаждающей воды на конденсатор испарительной установки; 3) включить эжектор (ваккум-насос) и убедиться в наличии надлежащего вакуума; 4) слегка приоткрыть клапан греющей воды (пара) и пустить рассольный насос, одновременно обеспечить подачу питательной воды в испаритель; 5) после появления дистиллята в указательном стакане конденсатора вторичного пара пустить дистиллятный насос; 6) проверяя качество дистиллята, постепенно увеличить открытие клапанов греющей среды для обеспечения необходимой производительности установки и обеспечить нормальное питание; 7) проверить работу средств автоматизации испарительной установки. Во время работы установки необходимо периодически проверять уровень воды в испарителе и конденсаторе, значение вакуума в испарителе, работу насосов, производительность испарителя, исправность системы защиты от засоления дистиллята. При снижении производительности испарительной установки более чем на 20 % от нормальной принимать меры для очистки нагревательных элементов. Рис. 143. Обобщенная схема последовательности операций по пуску в действие водоопреснительной установки. 154 Водный режим испарителя должен поддерживаться в соответствии с рекомендацией инструкции завода-изготовителя или судовладельца. Необходимо периодически проверять общее солесодержание (плотность) рассола, общую жесткость и солесодержание хлоридов в дистилляте с помощью судовой лаборатории, сравнивая последние с показаниями солемера. Показатели качества дистиллята, используемого в качестве добавочной воды для котлов, должны отвечать рекомендациям, указанным в приложении V.1 части V Правил технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций РД 31.21.30-97. Рис. 144. Обобщенная схема вывода из действия опреснительной установки. При выводе из действия испарительной установки (рис. 144) следует осушить конденсатор, удалить рассол, закрыть все клапаны, произвести осмотр арматуры и трубопроводов, выключить питание на приборы автоматики, аварийно-предупредительной сигнализации и 155 защиты. В испарительных установках, использующих в качестве греющей среды пар, наполнить испаритель питательной водой выше уровня греющих элементов. Использование дистиллята, полученного в судовых испарителях, в качестве питьевой воды допускается только после обработки и обогащения микроэлементами с разрешения судового врача. Обслуживание установок для дополнительной обработки воды должно производиться в соответствии с заводскими инструкциями. 3.7.4. Вспомогательное оборудование водоопреснительных установок Эжекторы. Одной из причин наличия воздуха в корпусе испарителя является забортная вода, в одном литре морской воды, при ее температуре 30 °С, растворено около 20 мг воздуха, а при температуре 8 °С – около 30 мг. Воздух, выделяющийся в испарителе, вместе с двуокисью углерода, выделяющейся при распаде бикарбонатов, и воздухом, подсасываемым в конденсатор через неплотности, необходимо удалять. Для удаления воздуха и поддержания разряжения в корпусе испарителя устанавливают водоструйные воздушные эжекторы или электроприводные вакуумные насосы. Принцип действия эжекторов мы изучали в разделе насосы. Ротаметры. Наличие ротаметра, установленного на трубопроводе, по которому в испаритель подается забортная вода, позволяет регулировать расход питательной воды. Одновременно с изменением положения регулирующего клапана, устанавливаемого на питательном трубопроводе после ротаметра, перемещается поплавок ротаметра, и по шкале может быть определен расход питательной воды. Режим питания и продувания определяет соленость рассола в испарителе, которая, в свою очередь, влияет на соленость приготовляемого дистиллята и на интенсивность накипеобразования. Поэтому в процессе эксплуатации ВОУ необходимо контролировать режим питания и продувания, от которого зависит соленость рассола. Чем выше соленость рассола, тем больше соленость приготовляемого дистиллята и тем интенсивнее может происходить накипеобразование. Для контроля режима питания и продувания в современных испарительных установках применяются поплавковые расходомеры – ротаметры, устанавливаемые на трубопроводе питательной воды, дистиллята и иногда на напорной трубе циркуляционного насоса. На рисунке 145 представлены схемы конструкций ротаметров, применяемых в испарителях. В ротаметре (рис. 145 а) вода, расход которой измеряется, поступает через патрубок 3 и подходит под диск 4 конуса 2. Диск 4 вместе с поплавком 6 поднимается, и вода проходит через кольцевое сечение между диском и соответствующим сечением конуса и далее удаляется через патрубок 1. При этом вес поплавка вместе со штоком и диском уравновешивается усилием, создаваемым за счет перепада давлений воды при протекании ее через кольцевое сечение. Каждому положению поплавка по высоте соответствует определенный расход воды. Положение поплавка, а вместе с этим и расход воды через ротаметр фиксируется по шкале. Шкала градуируется так, что по ней сразу можно отсчитать расход в л/ч или м3/ч. Аналогичен принцип действия ротаметра, показанного на рисунке 145 б. Этот ротаметр предназначен для установки на горизонтальном участке трубопровода. При расходе воды через ротаметр поплавок 6 поднимается, и вода проходит через кольцевое пространство между ним и конусом 2. Чем больше расход воды, тем больше должна быть площадь сечения кольцевого зазора между поплавком и конусом, и тем выше поднимается поплавок. С помощью трубки поплавок жестко закреплен с указателем 8, перемещающимся внутри стеклянной трубки 7. Положение указателя, а вместе с тем и расход через ротаметр фиксируются по шкале. 156 Рис. 145. Ротаметры: 1 – отвод воды; 2 – конус; 3 – подвод воды; 4 – диск; 5 – прозрачный цилиндр; 6 – поплавок; 7 – стеклянная труба; 8 – указатель; 9 – корпус; 10 – прозрачная коническая труба. На рисунке 145 в показано устройство ротаметра, предназначенного для установки на вертикальном участке трубопровода. В нем имеется поплавок 6, перемещающийся в вертикально расположенной прозрачной конической трубке 10, изготовленной из органического стекла. При расходе воды поплавок всплывает. Вода, двигаясь по конической трубке вверх, проходит через кольцевое сечение между поплавком и трубкой. Поплавок при этом поднимается на такую высоту, при которой площадь кольцевого сечения оказывается достаточной для установившегося расхода воды. На прозрачной трубке нанесена шкала, по которой оценивается расход воды. Для наблюдения за положением поплавка в корпусе ротаметра сделан вырез. Рассол, удаляемый из испарителя поверхностного типа, обычно поступает в приемный патрубок рассольного насоса или эжектора через сливную трубу. Положение верхнего среза этой трубы определяет постоянный уровень рассола в испарителе. В установке «Нирекс» с камерой испарения бесповерхностного типа с циркуляционным контуром рассола постоянный уровень в камере испарения поддерживается за счет слива избытка рассола в камеру сепаратора. Во всех таких установках регулирование режима питания влечет за собой и регулирование режима продувания. Независимо от способа регулирования режима питания расход питательной воды, оцениваемый по ротаметру, установленному на питательной магистрали, при данной производительности установки однозначно определяет коэффициент продувания . Отношение количества продуваемого рассола к производительности испарительной установки принято называть коэффициентом продувания : где G пр G2 S0 , S p S0 G пр – количество продуваемого рассола, кг/ч; 157 G 2 – производительность испарительной установки, т. е. количество приготовляемого дистиллята, кг/ч; S0 – соленость морской воды, мг/л или °Бр; Sр – соленость рассола, мг/л или °Бр. В водоопреснительных установках, применяемых на теплоходах, коэффициент продувания поддерживают равным 3. Таким образом, соленость рассола зависит от коэффициента продувания и солености морской воды и может быть определена по выражению: SP 1 S0 . На практике известны случаи, когда из-за перекосов и заедания поплавка, загрязнения и других неполадок ротаметры давали неверные показания расхода питательной воды. Из-за этого испарительные установки работали с низким коэффициентом продувания и повышенной соленостью рассола. В результате наблюдалось интенсивное накипеобразование на греющих элементах испарителей или подогревателей рассола. Поэтому за техническим состоянием ротаметров необходимо постоянно наблюдать. Надежным способом контроля продувания является измерение солености в испарителе или в циркуляционном контуре установки. Пробу удобно отбирать из напорной магистрали рассольного насоса. В случаях, когда продувание рассола осуществляется гидравлическим эжектором, пробу можно отобрать после отключения установки и повышения давления в испарителе или камере испарения до атмосферного. Соленость рассола удобно определять, измеряя с помощью ареометра (денсиметра) его плотность и одновременно замеряя его температуру. 3.8. Системы очистки и промывки энергетического оборудования 3.8.1. Системы химической очистки котлов В процессе эксплуатации главные, вспомогательные и утилизационные котлы периодически подвергаются наружной и внутренней очистке химическим методом. Поэтому правилами Регистра предусмотрено водотрубные котлы с оребренными трубами и все утилизационные котлы с принудительной циркуляцией оборудовать эффективной и пожаробезопасной системой сажеочистки и иметь доступ для осмотра и очистки поверхностей нагрева, а также удаления отложений. Химическая очистка является более эффективной и менее трудоемкой в сравнении с механической. Для химической очистки служат стационарные и демонтируемые системы, обеспечивающие приготовление моющего раствора, его циркуляцию через котел и отвод продуктов очистки в специальные хранилища. Продолжительность наружной очистки котла составляет 8–10 ч, а внутренней ~ 24 ч. Наружная очистка котла производится для удаления кокса и сажистых отложений путем введения в топочное пространство моющего водного раствора углекислого аммония и углекислого натрия, а утилизационный котел обрабатывается 1 %-ным раствором тринатрийфосфата. Для этого правилами Регистра предусматривается оборудование современных утилизационных котлов системой обмывки и удаления отложений с выполнением конструктивных мер, предотвращающих попадание смывающих вод в газоход и двигатель. Рекомендуется также установка устройства для ввода присадок, облегчающих удаление отложений с поверхностей нагрева. 158 Рис. 146. Схема очистки вспомогательного и утилизационного котлов. На рисунке 146 приведена схема очистки вспомогательного и утилизационного котлов. Бак 1 через трубопровод 2 заполняется пресной водой, которая подогревается до 50 °С, для чего в баке устанавливается паровой подогреватель 3. Затем в бак вначале засыпается углекислый аммоний, перемешивается до полного растворения, после чего добавляется углекислый натрий. После полного растворения реагентов моющий раствор готов к употреблению. Массовое соотношение воды, углекислого аммония и углекислого натрия – 100 : 30 : 10. К эжектору 7 через трубопровод 6 подается пар давлением 0,2–0,25 МПа, через клапан 4 – приготовленный раствор, расход которого контролируется с помощью ротаметра 5. Смесь омывает наружную поверхность теплообмена вспомогательного котла 10. Действие раствора заключается в том, что химические реагенты, оседая на трубках при конденсации пара, разрыхляют отложения, которые легко смываются водой. Через 4–5 ч пропаривание котла прекращается, открываются газоход котла и лючки со стороны газохода, через которые производится обмывка труб пресной водой. Вода удаляется в цистерну 14, откуда шламовым насосом 15 перекачивается на берег по трубопроводу 16. Отложения в виде гудрона и кокса, оставшиеся после обмывки, удаляются механическим способом. Очистку наружных поверхностей нагрева утилизационного котла производят на стоянке судна. Циркуляционную воду утилизационного котла греют до 120–130 °С паром от вспомогательного котла. Если сепаратором утилизационного котла является пароводяной барабан вспомогательного котла, то утилизационный контур прогревают с помощью штатного циркуляционного насоса после подъема пара во вспомогательном котле до 0,2–0,3 МПа. Для отмывки используется 1 %-ный раствор тринатрийфосфата на основе пресной воды или дистиллята, температура раствора должна быть 50–60 °С. Насос моющей воды должен иметь давление 0,3–0,5 МПа и подачу 1–3 м3/ч. Необходимое количество воды и тринатрийфосфата определяют из расчета 7–10 л моющего раствора на 1 м2 поверхности нагрева утилизационного котла. Моющий раствор рекомендуется готовить в один прием, чтобы не прерывать процесса отмывки. Поверхности нагрева отмывают через смотровые лючки последовательно сверху вниз. Отмывочные воды сливают по дренажной трубе сажесборника на газоходе под утилизационным котлом. При отмывке необходимо следить за тем, чтобы дренажная труба не забилась отстоявшимися отложениями. Спускные краны на выпускном коллекторе главного двигателя необходимо держать открытыми во избежание попадания воды в коллектор и цилиндры главного двигателя. Если в спускных кранах коллектора появилась вода, то очистку поверхностей нагрева следует временно прекратить и очистить дренажную трубу сажесборника. Во избежание загрязнения льял отмывочные воды необходимо сливать через джутовый мешок, 159 подвешенный к дренажной трубе для сбора сажи. Периодические очистки котлов способом водной отмывки позволяют поддерживать паропроизводительность котла на номинальном (паспортном) уровне, при этом увеличивается экономичность всей энергетической установки судна. Внутренняя очистка котла осуществляется для удаления с поверхностей коллекторов и труб накипи, которая образуется и накапливается при нагревании воды и парообразовании, а также случайных загрязнениях нефтепродуктами. При обнаружении на поверхностях теплообмена следов масла или топлива котел подвергается щелочению, а при наличии слоя накипи толщиной более 0,2 мм производится кислотная химическая очистка котла. При необходимости щелочения и очистки котла в первую очередь производится щелочение. При обнаружении на внутренних поверхностях коррозийных разъеданий и язве с глубиной проникновения в металл более 3–4 мм химическая очистка котла не допускается. Щелочение осуществляется следующим способом. В коллектор котла засыпается тринатрийфосфат (из расчета примерно 10 кг на 1 т паропроизводительности в час). Заполняется котел питательной водой до среднего уровня, котел вводится в действие для подогрева воды до 100 оС, его работа без отбора пара поддерживается в течение 10–15 ч. Через каждые 2 ч проводится верхнее продувание котла в течение 15 мин. После окончания щелочения котел полностью продувается и промывается горячей водой до тех пор, пока стекающая вода не будет иметь нейтральную реакцию фенолфталеину. Внутренняя химическая очистка котла производится водным раствором следующего состава: сульфаминовая кислота – 10 %; ингибитор коррозии ПКУ-М или катапин КИ-1 – 0,2 %; хлористый натрий – 0,5 %. Бак 1 заполняется питательной водой, которая подогревается до 60 °С. В бак засыпается сульфаминовая кислота. В отобранном из бака растворе сульфаминовой кислоты растворяется ингибитор или катапин, полученный раствор сливается в бак. Затем в бак добавляют хлористый натрий и недостающее количество воды, осуществляется размешивание до полного растворения реагентов. Через клапан 17 с помощью насоса 12 моющий раствор вводится во вспомогательный или утилизационный котел 9 (клапан 8 закрыт). В дальнейшем производится непрерывное прокачивание раствора через котел помимо бака 1 через бак отстоя шлама 18 (клапан 17 закрыт, клапаны 11 или 13 открыты). После 15-минутной циркуляции отбирается проба котловой воды и определяется начальная концентрация кислоты в котле. Температура циркулирующего раствора поддерживается в пределах 60÷70 °С периодическим включением котла в действие. Через каждый час производится анализ пробы раствора для определения содержания в ней сульфаминовой кислоты. При падении концентрации сульфаминовой кислоты более чем на половину из бака 1 вводится дополнительное количество раствора до восстановления концентрации в два раза меньше первоначальной. При стабилизации концентрации кислоты очистка котлов прекращается, раствор из котлов удаляется, и производится его нейтрализация. Для этого из котлов часть моющего раствора через клапан 8 перекачивается в бак, в котором растворяют тринатрийфосфат из расчета 35–40 кг на 1 м3. Затем полученный раствор прокачивается в течение 1 ч через котел. Перед началом нейтрализации через каждые полчаса после ввода щелочных реагентов необходимо отобрать пробы воды и произвести анализ контроля за процессом нейтрализации. По окончании процесса нейтрализации раствор из котла спустить в емкость. Котел промыть горячей пресной водой (60 оС) для удаления остатков нейтрализованного раствора и шлама. Произвести внутренний осмотр котла и после осмотра незамедлительно ввести его в работу. Шлам из шламоуловителя 18 удалить в контейнер с последующей сдачей на мусоросборщик. После окончания химической чистки и ввода котла в работу, первые 5 суток необходимо повысить щелочной режим водообработки и производить интенсивную продувку котла. Для внутренней химической чистки котла могут применяться и другие реагенты: соляная кислота, малеиновый ангидрид, трилон Б. 160 3.8.2. Системы и способы очистки проточной части газотурбинных двигателей (ГТД) Различают два вида отложений на лопатках компрессоров судовых ГТД: промышленные и морские аэрозоли. Промышленные аэрозоли, источниками которых являются береговые предприятия, могут попадать в компрессоры при работе ГТД в портах, проходе судном узкостей и каналов. К аэрозолям этого вида относят выбросы вентиляторов и дымовые газы собственной СЭУ и других, находящихся поблизости. Наибольшее распространение имеет способ очистки проточной части ГТД промывкой моющими средствами на режиме холодной прокрутки. Промывку можно осуществлять дизельным топливом, паром или синтетическими моющими средствами: «Прогресс», «Вертолин-74», «Темп-100», «Лаболид-101», «Импульс», «Синвал» и др. Схема системы промывки показана на рисунке 147. Моющий раствор подают в проточную часть ГТД, затем промывают водой для удаления остатков раствора из двигателя. Начинать промывку двигателя рекомендуется после окончания его работы и охлаждения до 50–60 °С. После промывки двигатель необходимо просушить путем его пуска с последующей работой в течение 10 мин. Рис. 147. Система промывки проточной части судового ГТД: 1 – подвод пресной воды; 2 – мешалка; 3 – подвод греющего насыщенного пара; 4 – дренаж; 5 – бак для приготовления раствора; 6 – клапан заполнения бака подачи; 7 – подвод воздуха (0,8 МПа); 8 – подвод пресной воды; 9 – бак подачи моющего средства; 10 – подвод к КНД; 11 – подвод к турбине. Очистка ГТД, установленных на водоизмещающих судах и работающих на средневязких топливах, проводится через 200–300 ч работы. При работе ГТД его проточная часть может быть очищена подачей негорючего биоразлагающего средства типа «Чистка» или R-MC. Эта жидкость образует на деталях проточной части ГТД пленку, которая реагирует с частицами отложений и переводит их в твердые летучие частицы, уносимые потоком. 161 Очистка проточной части ГТД твердым органическим очистителем – косточковой крошкой (из алычи, сливы, абрикоса) также производится во время работы двигателя, но в режиме холостого хода. Это объясняется тем, что подаваемая пневматической системой крошка сгорает, в результате может быть резкое повышение температуры газа («заброс» температур). Очистка косточковой крошкой является эффективным средством очистки компрессоров и турбин от стойких отложений. Подача мелкоизмельченной и просеянной через сито (1–1,5 мм) крошки производится на входе в компрессор низкого давления (КНД) и в камеру сгорания (в зону первичного воздуха). Периодичность промывки ГТД водоизмещающих судов, имеющих фильтры на воздухоприемных трубах, составляет: для компрессоров – 500–1000 ч, для турбин, работающих на ВВТ – 200–300 ч; при использовании крошки – 500 ч. В результате промывки достигается почти полное восстановление параметров компрессоров и турбин. 3.8.3. Системы очистки дизелей Системы очистки дизелей предназначены для удаления с поверхностей газовоздушного тракта эксплуатационных загрязнений, наличие которых вызывает снижение мощности и экономичности дизелей, особенно с газотурбинным наддувом. К числу эксплуатационных загрязнений относятся продукты полимеризации паров топлива и масла, износа деталей, неполного сгорания топлива и др. Наиболее интенсивно загрязнения образуются на поверхностях воздушных фильтров, в диффузорах центробежных компрессоров, продувочных ресиверах, охладителях наддувочного воздуха, картерах двигателей. В большинстве случаев эксплуатационные отложения имеют рыхлую структуру и могут быть удалены с помощью промывки горячей пресной водой или смесью воды с небольшим количеством поверхностноактивных веществ (синтетического жидкого мыла). При отсутствии системы очистки эксплуатационные показатели дизелей вследствие наличия загрязнений ухудшаются непрерывно в течение первых 500–1000 ч эксплуатации: увеличивается удельный расход топлива на 1,5–2,0 %, а температура выходящих из цилиндров газов – на 40–50 °С, растет теплонапряженность деталей двигателя (поршней, крышек, выпускных клапанов). Наличие системы очистки позволяет поддерживать техническое состояние дизелей в удовлетворительном состоянии путем периодической промывки воздушных фильтров, проточной части центробежных компрессоров, охладителей наддувочного воздуха, продувочных ресиверов через каждые 500–1000 ч эксплуатации двигателей. Промывка перечисленных узлов двигателя производится обычно во время его эксплуатации без вывода из действия. Для определения периодичности и продолжительности промывок в практике эксплуатации дизелей используются различные критерии диагностики их технического состояния, определяющие степень загрязнения указанных узлов. Для главных двигателей, оборудованных тахометрами для измерения частоты вращения турбокомпрессоров nтк и манометрами для измерения давления наддувочного воздуха рн, таким критерием может служить S1 = Tвpн / (nтк/1000)2, где Тв – температура воздуха перед турбокомпрессором; πк = рн/ра – относительное давление наддувочного воздуха; ра – атмосферное давление воздуха. При отсутствии промывки фильтров, проточной части центробежного компрессора и охладителей наддувочного воздуха значение диагностического показателя снижается на 1– 8 % через каждые 1000 ч работы главного двигателя, что, по данным эксплуатационных испытаний, ведет к увеличению удельного расхода топлива на 1,0–1,5 %. Для двигателей дизель-генераторов, в которых обычно не предусматривается измерение частоты вращения турбокомпрессоров, в качестве диагностического показателя, определяющего периодичность и продолжительность промывок, может быть использован другой критерий: S 2 = Wн Δp н /WΔp н.н , где W, Wн – мощность дизель-генератора во время эксплуатации и его номинальная мощность; 162 Δpн, Δpн.н – избыточное давление наддува в эксплуатации и его значение на номинальном режиме при стендовых испытаниях. Продолжительность промывок узлов двигателя колеблется от 10 до 30 мин, после чего восстанавливаются исходные эксплуатационные свойства двигателей (удельный расход топлива, температуры выходящих газов, мощность и частота вращения). Загрязнения, смываемые с поверхностей одних узлов (например, с проточной части компрессора), могут затем откладываться на поверхностях других узлов (например, охладителей наддувочного воздуха). В таких случаях полного восстановления исходных эксплуатационных свойств двигателей не наблюдается. Для повышения эффективности промывки газовоздушного тракта дизелей необходимо одновременно промывать все его узлы, расположенные последовательно (фильтры, проточные части компрессора, охладители наддувочного воздуха). При этом часть загрязнений вместе с воздухом попадает в цилиндры двигателя, где некоторые их компоненты сгорают. Другая часть загрязнений накапливается в продувочных ресиверах, откуда должна регулярно удаляться вместе с промывающей водой в цистерны загрязненной воды. По этой причине в состав системы очистки дизелей включается та ее часть, которая связана со сбором загрязненной воды и утечек, образующихся в процессе работы отдельных узлов или систем дизелей (охлаждение поршней, смазка деталей движения и др.). Рис. 148. Система очистки и сбора утечек судового малооборотного двигателя: 1 – двигатель; 2 – редукционный клапан; 3 – смеситель; 4 – фильтр; 5 – цистерна сбора загрязненной воды; 6 – насос загрязненной воды; 7 – цистерна сбора воды пресного контура; 8 – цистерна загрязненного масла; 9 – цистерна сбора утечек системы охлаждения поршней: А – от гидрофора пресной воды, Б – от магистрали сжатого воздуха, В – от портативной установки очистки двигателя, Г – к портативной установке очистки, Д – в цистерну трюмных вод, Е – в сборник загрязнений. На рисунке 148 показана принципиальная схема подобной системы для судового малооборотного двигателя. Для промывки используется нагретая до 50–60 °С пресная вода, поступающая от гидрофора, загрязненная вода сливается через воронки в специальную цистерну, предусматривается также подача воды от портативной (автономной) установки (магистрали В и Г), при этом наряду с горячей водой могут использоваться также и различные моющие растворы. После окончания промывки узлы и системы могут продуваться сжатым воздухом, для чего предусмотрена специальная магистраль Б. В состав системы входят также цистерны для сбора загрязненного масла 8 и воды пресного контура 7. В состав оборудования системы очистки дизелей входят: насос загрязненной воды 6 центробежного типа, смеситель моющей воды и сжатого воздуха 3, фильтр 4 и соответствующие цистерны. 163 4. СУДОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ 4.1. Биологические основы консервирующего действия холода Искусственный холод широко применяют почти во всех отраслях техники, в том числе на морском транспорте. Наибольшее распространение он получил при хранении и перевозке скоропортящихся продуктов (мяса, рыбы, масла, фруктов, овощей и т. д.). Основная причина порчи пищевых продуктов – распад органических соединений, из которых они состоят (углеводов, жиров и белков). Установлено, что распад пищевых продуктов под воздействием микроорганизмов наиболее интенсивно протекает в интервале температур от 20 до 40 °С. Чтобы предотвратить порчу пищевых продуктов, необходимо замедлить развитие микроорганизмов. Этого можно достигнуть путем обработки холодом пищевых продуктов. При понижении температуры замедляется, а при достижении ее –10 °С практически прекращается деятельность микроорганизмов и приостанавливаются процессы гниения и брожения. Для поддержания в охлажденном объекте температуры ниже температуры окружающей среды, получения минусовых температур применяют холодильные установки – агрегаты. 4.2. Классификация холодильных установок Судовые холодильные установки классифицируют по принципу действия на паровые, газовые и термоэлектрические. Паровые холодильные установки – установки, в которых охлаждающий эффект достигается главным образом за счет парообразования рабочего тела (хладагента) в процессе его кипения при низких температурах. Газовые (воздушные) холодильные установки – установки, в которых эффект охлаждения достигается путем расширения принудительно сжатого в компрессоре газа (воздуха). В газовых установках хладагент в процессе совершения цикла не меняет своего агрегатного состояния. Термоэлектрические холодильные установки – установки, принцип действия которых основан на том, что в спаях разнородных полупроводников под влиянием проходящего через них электрического тока возникает разность температур. Термоэлектрические холодильные установки используются в основном в качестве рефрижераторных холодильных установок и установок автономных кондиционеров. По способу сжатия хладагента судовые паровые холодильные установки делят на компрессорные, пароэжекторные и абсорбционные. В компрессорных холодильных установках пары хладагента сжимаются с помощью компрессора. В пароэжекторных установках пары хладагента сжимаются с помощью парового эжектора. В абсорбционных холодильных установках пары хладагента сжимаются в так называемом термохимическом компрессоре. В качестве хладагента в них используется вода, а в качестве абсорбента (поглотителя паров хладагента) – бромистый литий (LiВr). Пары хладагента в абсорбере поглощаются крепким раствором LiВr в воде (всасывание компрессора) и выпариваются из слабого раствора в генераторе (нагнетание компрессора). Абсорбер, насос и генератор образуют термохимический компрессор. По применяемому в качестве хладагента веществу различают компрессорные установки (хладоновые, воздушные, аммиачные), пароэжекторные холодильные установки (водяные или пароводяные и хладоновые), абсорбционные (бромистолитиевые, водоаммиачные). Бромистолитиевые применяются для плюсовых температур. 164 4.3. Основные параметры холодильных установок Основными параметрами холодильных установок являются: холодопроизводительность, температура кипения и конденсации хладагента, давление кипения и конденсации хладагента, энергия, потребляемая при работе установки, массогабаритные характеристики. Холодопроизводительность Q0 – это количество тепла, которое холодильная установка отбирает у охлаждаемого объекта в единицу времени, измеряемое в киловаттах (кВт) или килокалориях в час (ккал/ч): Q 0 = q 0 M или Q 0 = q v V, где q0 – удельная массовая холодопроизводительность, т. е. количество тепла, отводимое от охлаждаемой среды одним килограммом хладагента в процессе его кипения, кДж/кг (ккал/кг); qv – удельная объемная холодопроизводительность, т. е. холодопроизводительность 1 м3 паров хладагента, отсасываемого компрессором (эжектором), кДж/м3 (ккал/м3); М и V – соответственно массовая и объемная производительность компрессора (эжектора) кг/с, м3/с. Температура кипения tо – температура хладагента в испарителе холодильной установки, определяемая величиной давления в испарителе и физическими свойствами хладагента. Температура конденсации tк – температура паров хладагента в конденсаторе холодильной установке, определяемая физическими свойствами хладагента, а также температурой и количеством охлаждающей забортной воды, прокачиваемой через конденсатор. Давление кипения – давление, при котором происходит кипение хладагента в испарителе. Величина его обусловлена заданными пределами температур охлаждаемой среды и физическими свойствами применяемого хладагента. Давление конденсации – давление, при котором происходит конденсация паров хладагента в конденсаторе. Величина его определяется температурой и количеством охлаждающей забортной воды, прокачиваемой через конденсатор, и физическими свойствами хладагента. Энергия, потребляемая при работе установки, является одной из важнейших эксплуатационных характеристик холодильной установки. В зависимости от принципа действия и состава холодильной установки для ее работы подводятся электроэнергия (компрессоры, насосы, приборы автоматики), пар или одновременно электроэнергия и пар. Электроэнергию измеряют в единицах мощности, энергию подводимого пара косвенно выражают через давление, температуру и расход пара на установку. Экономичность холодильной установки выражают через отношение холодопроизводительности установки к количеству условного топлива, расходуемого в единицу времени для обеспечения энергии, потребляемой при работе холодильной установки. Под условным топливом понимают топливо с теплотой сгорания 41870 кДж/кг (10000 ккал/кг). 4.4. Хладагенты судовых холодильных установок Хладагент – это рабочее тело холодильной установки, которое охлаждает потребители холода и, совершив холодильный цикл, отдает полученное от них тепло в окружающую среду (забортную воду). В качестве хладагента в компрессорных и пароэжекторных холодильных установках используются хладоны различных марок, воздух, углекислота, аммиак и вода. В качестве хладагентов абсорбционных холодильных установок используются водяной раствор бромистого лития и водоаммиачный раствор. Хладоны – это нетоксичные вещества с низкой температурой кипения и большой удельной холодопроизводительностью. Они взрывобезопасны и пожаробезопасны, инертны к конструкционным металлам. Хладоны и смазочные масла взаимно растворимы. Хладоны – исключительно текучие жидкости, легко проникающие через неплотности и даже поры металла. Вода в хладонах растворяется плохо. Содержащаяся в хладоне вода при работе установки может замерзнуть и забить проходные отверстия в арматуре. Поэтому ее содержание в 165 хладонах при заполнении установки регламентируется, а в составе установки имеются осушители, заполненные селикагелем. По химическому составу хладоны – это фтористые, хлористые и бромистые производные метана (СН4), этана (С2Н6), пропана (С2Н8), бутана (С4Н10). Общая химическая формула хладонов: СmНnFрСlqВrr, где индексы m, n, p, q, r обозначают число атомов в молекуле, причем m 1; р 1, а остальные индексы могут принимать значения 0, 1, 2... Хладоны обозначают буквой Ф и последующей за ней группой цифр, зависящих от состава. У хладонов, производных от метана, за буквой Ф следует 1, от этана – 11, пропана – 21, бутана – 31. За этими цифрами справа приписывается цифра, определяющая количество атомов фтора. Например: СF2Сl2-Ф12, С2F3Сl3-Ф113 и т. д. При наличии в составе молекулы хладона атомов водорода вторую цифру группы (для производных метана – первую) увеличивают на число атомов водорода. Например: СHF2Сl-Ф22, С2H2F3-Ф143. При замене атомов хлора атомами брома после первой группы цифр пишется буква В и число атомов брома. Например: СF2Br-Ф13 В1. Воздух – инертный нетоксичный газ с низкой температурой кипения, как рабочее тело доступен и дешев. К недостаткам относится чрезвычайно малая объемная холодопроизводительность. Используется как хладагент редко. Углекислота – инертный газ с низкой температурой кипения. Доступен и недорог, не огнеопасен. В термодинамическом отношении менее выгоден, чем хладоны, так как имеет более низкую критическую температуру и требует высоких давлений в цикле. Используется редко, в основном в рефрижераторных установках. Аммиак – бесцветный, резко и неприятно пахнущий газ, ядовит уже при небольших концентрациях. Аммиак электропроводен. При нагревании воспламеняется, при концентрации 16–27 % образует взрывчатую смесь. Инертен к сталям, но взаимодействует с цветными металлами, разрушающе действует на медь и ее сплавы, разъедает цинк. Хорошо растворим в воде, в масле растворяется ограниченно. Несмотря на токсичность, взрыво- и пожароопасность, используется в береговых холодильных установках и в судовых. Вода в чистом виде инертна, дешева. Вода – широко распространенная и нетоксичная жидкость. Обладает сравнительно высокой температурой парообразования. В термодинамическом отношении имеет ряд недостатков, основные из которых: высокая температура кипения при атмосферном давлении, большой удельный объем паров, сравнительно высокая температура затвердевания. В связи с высокой температурой кипения при атмосферном давлении может использоваться только в вакуумных холодильных установках, парообразование в которых происходит при низких давлениях, значительно меньших атмосферного. Ввиду большого удельного объема паров при использовании воды в качестве хладагента требуется высокопроизводительные (как правило, струйные) нагнетатели. В связи с высокой температурой затвердевания (0 оС) холодильные установки, использующие воду, работают только при положительных температурах испарения. Вода в качестве хладагента используется в паровых эжекторных холодильных установках большой холодопроизводительности, обслуживающих системы кондиционирования воздуха. 4.5. Принцип действия парокомпрессорной холодильной установки Парокомпрессорные холодильные установки в зависимости от применяемого типа компрессора разделяют на роторные, поршневые и центробежные (турбокомпрессорные). Первые применяют в холодильных установках малой холодопроизводительности (до 10 000 кДж/ч), вторые – при холодопроизводительности выше 8000000 кДж/ч. Независимо от типа компрессора состав элементов и принцип действия парокомпрессорных холодильных установок одинаков. Принципиальная схема парокомпрессорной холодильной установки (рис. 149) включает следующие основные элементы: компрессор 2, конденсатор 1, теплообменник 5, термо166 регулирующий вентиль 4 и испаритель 3, которые соединены трубопроводами в замкнутую герметичную систему, обеспечивающую циркуляцию хладагента. Испаритель служит для кипения в нем хладагента. Так как температура кипения Т0 хладагента ниже температуры охлаждаемого объекта, тепло Q0 от последнего поступает в испаритель и поглощается хладагентом в виде теплоты парообразования. Компрессор предназначен для отсасывания паров из испарителя, что обеспечивает низкое давление, а следовательно и низкую температуру кипения хладагента, и для сжатия паров до давления, при котором они могут конденсироваться при данной температуре охлаждающей забортной воды. Конденсатор служит для охлаждения перегретых после компрессора паров хладагента до температуры конденсации и их конденсации. В конденсаторе тепло, отбираемое от охлаждаемых помещений, и тепло, которое сообщается хладагенту при сжатии в компрессоре, передается охлаждающей забортной воде. В теплообменнике происходит теплообмен между парами, выходящими из испарителя, и жидким хладагентом, который выходит из конденсатора. При этом температура жидкости перед терморегулирующим вентилем становится ниже Рис. 149. Принципиальная температуры конденсации (хладагент переохлаждается), а схема парокомпрессорной холодильной установки: влажный пар после испарителя подсушивается до сухого насы1 – конденсатор; 2 – комщенного пара и несколько перегревается. Переохлаждение жидпрессор; 3 – испаритель; кого хладагента перед дросселированием увеличивает его холо4 – терморегулирующий дильное действие q0, а подсушка паров хладагента после испавентиль; 5 – теплообрителя исключает гидравлические удары в компрессоре и обесменник. печивает увеличение массовой производительности компрессора за счет уменьшения объемных потерь в компрессоре. Терморегулирующий вентиль дросселирует жидкий хладагент от давления конденсации р1 до давления кипения р0, регулирует количество хладагента, подаваемого в испаритель таким образом, чтобы он успевал выкипать и в виде паров через теплообменник отсасываться компрессором. Таким образом, в парокомпрессорных холодильных машинах, как и в большинстве холодильных машин других типов, охлаждающий эффект достигается за счет парообразования рабочего тела (хладагента) в процессе кипения в испарителе при постоянном давлении и постоянной температуре. Хладагент в процессе испарения при низких давлениях и низкой температуре отнимает тепло от охлаждаемого объекта, а в процессе конденсации при более высоких температурах и более высоком давлении после предварительного сжатия отдает тепло охлаждающей забортной воде, имеющей более высокую температуру по сравнению с охлаждаемым объектом. На рисунке 150 изображена диаграмма Т–S (температура – энтропия1), в которой показаны процессы, происходящие в парокомпрессорной холодильной машине. Рабочий цикл холодильной машины протекает по замкнутому контуру: 1"–2–2'–3–3'– 4–1'–1". На диаграмме нанесены линии, ограничивающие области сухого насыщенного пара (х = 1) и области жидкого хладагента (х = 0). Между пограничными кривыми лежит область влажного насыщенного пара различной степени сухости от х = 0 до х = 1. Адиабата2 изображает процесс сжатия паров хладагента в компрессоре от давления кипения р0 до давления конденсации р1. Изобара3 характеризует процесс охлаждения перегретого пара хладагента в конденсаторе до температуры конденсации Т1. 1 величина, характеризующая тепловое состояние тела (или системы тел). линия, изображающая обратимый, адиабатический процесс (adiabatos – непереходимый, запертый процесс, происходящий в какой-либо системе тел без притока и отдачи тепла). 2 3 изобара (изо от греч. isos – равный; baros – тяжесть, вес) постоянном давлении. 167 – изобарический процесс, проходящий при Линия 2'–3 (совмещенные изотерма4 и изобара) характеризует процесс конденсации паров хладагента в конденсаторе вследствие теплообмена с охлаждающей забортной водой. В процессах 2–2' и 2'–3 забортной воде от хладагента отдается тепло q1 кДж/кг. Изобара 3–3' характеризует процесс переохлаждения жидкого хладагента в теплообменнике в результате внутреннего теплообмена с парами хладагента, выходящими из испарителя и имеющими более низкую температуру Т0 по сравнению с температурой конденсации Т1. Изоэнтальпия 3'–4 изобраРис. 150. Теоретический цикл жает процесс дросселирования хладагента в терморепарокомпрессорной холодильной гулирующем вентиле от давления конденсации р1 до установки. давления кипения р0. Линия 4–1 (совмещенные изотерма и изобара) характеризует процесс кипения хладагента в испарителе за счет тепла q0, отбираемого от охлаждаемого объекта. Изобара 1–1'–1" изображает процесс подсушивания и перегрева в теплообменнике влажного пара хладагента, выходящего из испарителя. Парокомпрессорные холодильные установки позволяют производить охлаждение в широком диапазоне, поэтому на судах они используются как для целей рефрижерации, так и в составе систем кондиционирования воздуха. Непрямоточные компрессоры (рис. 151). В таких компрессорах всасывающий и нагнетательный клапаны расположены в клапанной доске, которая сверху крепится к цилиндру. Для упрощения монтажа, обслуживания, ремонта компрессоры выпускают сериями с одинаковым ходом поршня и диаметром, но разным их числом. Например, компрессоры АВ100 и АУ200 имеют ход поршня 130 мм и диаметр цилиндров 150 мм, но первый из них – двухцилиндровый, второй – четырехцилиндровый, и, соответственно, холодопроизводительность при стандартных условиях равна 116300 и 232600 Вт. Открытые или сальниковые компрессоры. Современный бескрейцкопфный непрямоточный одноступенчатый компрессор типа П (поршневой) показан на рисунках 152 и 153. Компрессоры П110, П165, П220 с ходом поршня 82 мм и диаметром цилиндров 115 мм имеют соответственно 4, 6 и 8 цилиндров. Они предназначены для работы в составе аммиачных и хладоновых R-134а и R-22 холодильных установок холодопроизводительностью от 93 до 255 кВт. На рисунке 154 показан диапазон работы компрессоров П110, П165 и П220 по температурам кипения и конденсации при работе их на различных Рис. 151. Непрямоточный холодильных агентах. Эти компрессоры рассчитаны на вертикальный компрессор. более высокие разности давлений и максимальное давление нагнетания, чем выпускавшиеся ранее. Давление нагнетания не должно превышать 1,96 МПа, температура нагнетания 160 °С, разность давления нагнетания и всасывания не более 1,67 МПа. 4 изотерма (греч. therme – теплота) – изотермический процесс, происходящий при постоянной температуре. В физике – линия, изображающая зависимость между физическими величинами при постоянной температуре. 168 Рис. 152. Продольный разрез одноступенчатого компрессора П-220. Рис. 153. Поперечный разрез одноступенчатого компрессора П-220: 1 – блок-картер; 2 – гильза цилиндра; 3 – нагнетательный клапан; 4 – всасывающий клапан; 5 – буферная пружина; 6 – поршень с поршневыми кольцами; 7 – поршневой палец; 8 – сальник (двусторонний, маслозаполненный, с парой трения сталь-графит); 9 – коленчатый вал; 10 – масляный фильтр; 11 – шестеренчатый масляный насос; 12 – шестерни привода масляного насоса; 13 – шатун. Детали компрессоров. Независимо от марки все бескрейцкопфные компрессоры имеют следующие основные части: блок-картер, гильзы цилиндров, поршень с поршневыми 169 кольцами, кривошипно-шатунный механизм, сальник, клапаны, смазочное устройство. Кроме того, в некоторых конструкциях аммиачных компрессоров предусмотрена ложная крышка. Блок-картер. Служит опорной деталью бескрейцкопфного компрессора, на котором собраны и закреплены остальные детали, и состоит из картера и блока цилиндров, выполненных в одной отливке. Картер имеет крышки: баковые – для доступа к мотылевым подшипникам, переднюю и заднюю для осмотра механизма смазки и размещения сальника компрессора. Внутри картер может быть разделен перегородкой на две полости – масляную и кривошипную. Чугунные литые гильзы вставляют в цилиндры. Для понижения температуры перегрева сжимаемого пара цилиндры охлаждают. В компрессорах, работающих на аммиаке и хладогене-22, предусматривают чаще всего водяное охлаждение цилиндров; в компрессорах, работающих на хладогене-134а, преимуществен- Рис. 154. Диапазон работы компрессора но воздушное. В компрессорах с воздушным П110, П165, П220 по температурам t0 и tк и холодильным агентам. охлаждением в верхней части цилиндров и крышке имеются ребра. Поршень с поршневыми кольцами. В прямоточных компрессорах поршень тронковый, проходной, пустотелый. В верхнем торце его размещены всасывающие клапаны, к которым пар подходит через всасывающие окна, расположенные в боковой поверхности поршня. Полость всасывания отделена от картера перегородкой. На наружной поверхности поршня в верхней его части имеются три или четыре уплотнительных (компрессионных) кольца, в нижней части – одно или два маслосъемных кольца, снимающих с поверхности цилиндра излишки масла. Компрессионные кольца цилиндрической формы и маслосъемные по наружной поверхности срезаны на конус. Кольца устанавливают на поршне конусом вверх. Поршни в прямоточных компрессорах чугунные или стальные литые, в непрямоточных – из алюминиевого сплава. Кривошипно-шатунный механизм. Предназначен для преобразования вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение поршня. Кривошипно-шатунный механизм бескрейцкопфных компрессоров расположен в герметично закрытом картере и при работе недоступен для осмотра. Он состоит из коленчатого вала и шатунов. Поршень соединен с шатуном посредством поршневого пальца, преимущественно плавающего типа. От осевого смещения палец удерживается стопорными кольцами. Шатуны представляют собой стержни круглого или двутаврового сечения с двумя головками. В верхнюю головку запрессовывают бронзовую втулку, она является подшипником поршневого пальца. Нижняя разъемная головка служит для соединения с коленчатым валом, в ней находится вкладыш с антифрикционным покрытием. Коленчатый вал изготовляют из стали марки 40 или 45 и устанавливают на подшипниках качения или скольжения. Для уравновешивания сил инерции вал имеет противовесы. Сальник. Служит для уплотнения выходящего из картера конца вала. В современных модификациях компрессоров применяют саморегулирующиеся металлические сальники. Конструкции сальников многообразны. Ниже приведены основные из них. На рисунке 155 изображен мембранный сальник, который используют для аммиачных и хладоновых компрессоров с диаметром вала до 150 мм. Стальное кольцо 5 закреплено на валу шариковой шпонкой 6 и вращается с валом. Между кольцом 5 и валом имеется уплотняющая свинцовая прокладка 7. К этому кольцу прижаты 170 два неподвижных бронзовых кольца 9 и 10, закрепленные в центре стальных мембран 4 и 2. Внутренняя мембрана 4 зажата между втулкой сальника 3 и фланцем картера, наружная – между втулкой 3 и крышкой сальника 1. Для регулирования положения мембран служат прокладки 8. Усилие нажатия между стальным кольцом 5 и бронзовыми кольцами обеспечивается давлением масла, которое подается шестеренчатым масляным насосом в полость между мембранами. Давление в масляной камере выше, чем в картере, благодаря этому масло, прогибая внутреннюю мембрану 4, обеспечивает герметичность между бронзовым кольцом 9 и стальным кольцом 5. Наружная мембрана 2, прогибаясь в сторону крышки сальника, упирается в кольцевой уступ крышки 1 и прижимает внутреннее бронзовое кольцо 10 к кольцу 5. Избыточное количество масла из масляной камеры сальника поступает в бачок, установленный над сальником, а затем сливается в картер. Масло в бачке создает необходимое давление в сальнике при остановленном компрессоре. Мембранные сальники требуют точной сборки и строгой перпендикулярности мембран по отношению к оси вала. Упругий манжет 12, зажатый крышкой 11, служит масляным сальником. На рисунке 156 изображен сальник самоустанавливающийся пружинный с графитовыми кольцами. На вал насажены и с ним вращаются два стальных уплотнительных кольца 3, в них вставлены упругие кольца 7 из маслобензостойкой резины, плотно прилегающие к валу. В сепараторе 6 заключены пружины 5. Все детали сальника вращаются вместе с валом. С картером неподвижно соединены промежуточная крышка 4 и наружная крышка сальника 2, в которых установлены чугунные кольца 1 с графитовыми уплотнительными вставками из специального металлизированного графита. Пружины прижимают подвижные кольца 3 к неподвижным графитовым вставкам, создавая необходимое уплотнение. Масло для смазки подается через верхнее отверстие в крышке и возвращается в картер по отверстию в валу. Сальник прост в монтаже и эксплуатации. Рис. 156. Сальник самоустанавливающийся пружинный с графитовыми кольцами. Рис. 155. Сальник мембранный с масляным затвором. В малых хладоновых компрессорах применяют сальники, изображенные на рисунках 157 и 158. Сильфонный сальник (рис. 157) обеспечивает герметичность уплотнения парой трения бронза – сталь. К сильфону 4 припаян направляющий стакан 6. На сильфон надета пружина 5. Стакан с помощью крышки 8 крепят к картеру через прокладку 7. С другой стороны к сильфону припаяно бронзовое кольцо 3, которое притирается к буртику вала или к стальному кольцу 2, плотно посаженному на вал вместе с резиновым кольцом 1 и вращающемуся с ним. Пружина 5 обеспечивает плотность между неподвижным бронзовым и подвижным стальным кольцами. 171 Рис. 157. Сальник сильфонный. Рис. 158. Сальник односторонний. Сальник односторонний графито-стальной (рис. 158) прост и надежен в эксплуатации, отличается от самоустанавливающегося сальника (рис. 156) наличием пары трения с одной стороны. В крышке 1 на прокладке 4 установлено стальное неподвижное кольцо 3. К этому кольцу прижато графитовое уплотнительное кольцо 5, расположенное в подвижной обойме 6, надетой на вал посредством упругого резинового кольца 2. Плотность контакта неподвижного стального и подвижного графитового колец обеспечивается пружиной 8 посредством упорных шайб 7. Клапаны. В бескрейцкопфных компрессорах применяют самопружинящие клапаны с полосовыми пластинами и с кольцевыми пластинами и пружинами. Клапаны с полосовыми пластинами имеют меньшую массу движущихся частей по сравнению с кольцевыми, их применяют в современных быстроходных компрессорах. Концы пластин находятся в направляющих пазах, для предотвращения от продольного смещения пластин в розетке устанавливают ограничители. Упругость пластин позволяет обойтись без пружин. Открываются клапаны под действием разности давлений, закрываются под действием упругости пластин. Клапаны с кольцевыми пластинами состоят из кольцевых пластин, перекрывающих проходное сечение в седле. Седла и розетки клапанов изготовляют из стали марок 40, 45 или чугуна СЧ 24, кольцевые пластины – Рис. 159. Комбинированный клапан. из хромистых легированных сталей 30ХГСА или 3X13, полосовые пластины – из светлых холоднотянутых сталей марок 70С2Х или У10А. На рисунке 159 показан комбинированный клапан. Всасывающий клапан 2 и нагнетательный 3 расположены в общем седле 1, причем всасывающий клапан находится за пределом диаметра цилиндра, что облегчает задачу отжима пластин клапана при пуске компрессора и регулировании производительности. 172 Ложная крышка (это может быть седло 1, рис. 159) прижата к буртику цилиндра буферной пружиной 4. В крышке размещен нагнетательный клапан. Назначение ее – предохранить компрессор от гидравлического удара в случае попадания в цилиндр жидкого холодильного агента. Проходное сечение нагнетательных клапанов недостаточно для выхода через них жидкости, которая может попасть в цилиндр компрессора при всасывании. Жидкость, зажатая между поршнем и ложной крышкой, давит на ложную крышку, которая, сжимая буферную пружину, приподнимается. Жидкость вытекает через образовавшееся кольцевое пространство в нагнетательную полость. В хладоновых компрессорах, в отличие от аммиачных, скорость движения пара в клапанах уменьшают путем увеличения их сечения. Благодаря этому снижается опасность гидравлического удара. Способность хладона проникать через любые неплотности затрудняет создание достаточного уплотнения между цилиндром и ложной крышкой. При отсутствии ложной крышки ее заменяют клапанной доской, которая неподвижно крепится к цилиндру. В прямоточных компрессорах полость между клапанной доской и крышкой цилиндра является нагнетательной, в непрямоточных она разделена перегородкой на две части: одна представляет собой всасывающую полость, другая – нагнетательную. Винтовые компрессоры. На судах промыслового флота эксплуатируются винтовые компрессорные агрегаты отечественные, а также зарубежные производства «Кюльавтомат» (ГДР) и компрессоры шведской фирмы «Стал». Винтовые компрессоры имеют преимущества перед поршневыми и ротационными. У винтовых компрессоров нет всасывающих и нагнетательных клапанов (этим снижаются дроссельные потери), нет деталей с возвратно-поступательным движением, отсутствует трение между ротором и корпусом компрессора. Все эти особенности повышают надежность работы, уменьшают энергетические потери в компрессоре, увеличивают межремонтные сроки. Кроме того, в отличие от центробежных, степень повышения давления в винтовых компрессорах не зависит от скорости вращения роторов, без конструктивных изменений можно использовать различные холодильные агенты независимо от их молекулярной массы. Винтовые компрессоры бывают сухие и маслозаполненные. В холодильных машинах одно- и двухступенчатого сжатия применяют только маслозаполненные винтовые компрессоры для работы на аммиаке и хладонах при холодопроизводительности от 200 до 2000 кВт и степени сжатия рк/ р0 паров холодильного агента до 20. Заполнение маслом рабочей полости снижает уровень шума, повышает производительность компрессора благодаря уменьшению внутренних перетечек пара, снижается температура перегрева пара в конце сжатия. Применение маслозаполненных компрессоров позволяет расширить область одноступенчатого сжатия, приблизить процесс сжатия к изотермическому, повысить надежность и долговечность работы машины, осуществить полную автоматизацию. Однако наличие системы смазки и маслоотделения, включающей емкостные и теплообменные аппараты, фильтры, электронасос, арматуру и приборы автоматики, увеличивает габариты установки, массу, стоимость изготовления, усложняет эксплуатацию. Маслозаполненный винтовой компрессор (рис. 160) состоит из корпуса, двух винтовых роторов (ведущего и ведомого), двух торцевых крышек, сальника, подшипников и механизма регулирования холодопроизводительности. Корпус компрессора отлит из чугуна, выполнен одноблочным (с одним вертикальным разъемом) и включает в себя блок цилиндров, корпус подшипников и разгрузочных поршней и камеру нагнетания. 173 Рис. 160. Маслозаполненный винтовой компрессор: А – продольный разрез; Б – поперечный поперечный разрез. 1 – корпус; 2 – ведущий ротор; 3 – опорные подшипники скольжения; 4 – разгрузочный поршень; 5 – упорный подшипник качения; 6, 7 – шестерни, синхронизирующие движение ведущего и ведомого роторов; 8 – валик для перемещения золотника; 9 – винт; 10 – шпонка золотника, удерживающая его от проворачивания; 11 – гайка; 12 – золотник; 13 – ведомый ротор. Окна всасывания и нагнетания относительно рабочей полости корпуса компрессора расположены по диагонали, окно всасывания – сверху, нагнетания – снизу. Роторы компрессора имеют асимметричный профиль зубьев и установлены в опорных подшипниках скольжения втулочного типа с баббитовой заливкой, воспринимающих действующие усилия. Ведущий ротор выполнен с выпуклыми, ведомый – с вогнутыми зубьями, число которых обычно равно соответственно 4 и 6. Вращающий момент от электродвигателя передается только ведущему ротору, а ведомый вращается ведущим с помощью синхронизирующих шестерен, а также давлением пара, сжимаемого в рабочих полостях. В последних конструкциях винтовых компрессоров синхронизирующие шестерни отсутствуют, и вращение от ведущего ротора к ведомому передается только давлением сжимаемого пара. Роторы вращаются в противоположных направлениях, не соприкасаясь друг с другом. Зазор между ними обеспечивается очень точным изготовлением профилей зубьев. Осевые усилия, действующие на роторы, воспринимаются сдвоенными радиальноупорными шарикоподшипниками. Для восприятия рабочих осевых усилий имеются разгру174 зочные масляные поршни, установленные на валах роторов. Предохранительные клапаны одноступенчатых винтовых компрессоров должны открываться и перепускать пар с нагнетательной стороны на всасывающую при разности давлений 2,0 МПа, а поджимающих винтовых компрессоров (СНД в двухступенчатых холодильных машинах) – при разности давлений 1,4 МПа. Бесступенчатое регулирование производительности компрессора обеспечивается плавностью перемещения подвижного золотника. Подвижной золотник служит также для разгрузки компрессора во время пуска. Это позволяет применять электродвигатели с нормальным пусковым моментом и исключать значительные пусковые перегрузки на электрическую сеть. Перемещение золотника осуществляется электродвигателем через червячный редуктор или вручную с помощью маховика, расположенного на корпусе червячного редуктора. Рабочий цикл винтового компрессора состоит из всасывания, сжатия, нагнетания. Для каждой отдельно взятой парной полости эти процессы последовательно чередуются, но так как полости следуют одна за другой, то подача пара идет непрерывно. В момент освобождения полости (впадины) одного винта от зубьев второго, находящегося в зацеплении с первым, она оказывается против окна всасывания. Вследствие разряжения, образующегося в полости, происходит всасывание паров холодильного агента из трубопровода. В следующий момент полость всасывания отсекается от камеры всасывания. На этом процесс всасывания заканчивается. Образуется полость, ограниченная поверхностями винтов и корпуса, причем зуб ведомого винта постепенно заполняет впадину ведущего винта, уменьшая ее объем, – происходит сжатие пара. При дальнейшем вращении зуб (следующий за впадиной) ведущего винта заполняет впадину ведомого винта и сжатие продолжается в парной полости. В процессе сжатия в парные полости через отверстия в золотниковом поршне впрыскивается масло, поданное через штуцер М, оно уменьшает внутренние перетечки пара и снижает его температуру при сжатии. Внутреннее сжатие заканчивается, когда полость подойдет к окну нагнетания. В винтовых компрессорах внутреннее давление сжатия зависит от геометрии роторов и площади окна нагнетания. Отношение начального объема парной полости к ее объему в момент соединения с камерой нагнетания называется геометрической степенью сжатия (Ψг). Отношение давления в парной полости в момент соединения ее с окном нагнетания к давлению всасывания называется внутренней степенью сжатия (Ψвн). С момента соединения парной полости с камерой нагнетания начинается процесс Рис. 161. Теоретические диаграммы рабочего выталкивания пара. Давление пара в конце процесса винтового компрессора: сжатия может быть выше, ниже или равно а – давление внутреннего сжатия p2 ниже давлению в нагнетательном трубопроводе. давления нагнетания pнаг; б – давление Отношение давления нагнетания к давлению внутреннего сжатия p2 выше давления нагнетания. всасывания называют наружной степенью сжатия (πнар). Наиболее экономичным режимом, называемым основным, является режим, при котором давление пара в конце сжатия равно давлению в нагнетательном трубопроводе. В противном случае происходит внешнее, так называемое внегеометрическое дожатие пара до давления нагнетания (рис. 161 а), если давление в нагнетательном трубопроводе выше, чем давление пара в конце сжатия, или падение давления, если ртгп< рсж (рис. 161 б). Такой режим самый невыгодный. 175 Величина энергетических потерь соответствует заштрихованным площадям. Винтовой компрессор с оборудованием системы смазки компонуют в виде агрегата. В винтовой компрессорный агрегат входят: компрессор с электродвигателем, маслоотделитель, маслоохладитель, масляный насос, фильтры тонкой и грубой очистки масла, газовый фильтр на всасывании, привод регулятора производительности, щиты манометров и датчиков. На рисунке 162 приведена схема винтового компрессорного агрегата отечественного производства. Винтовой компрессор 1, приводимый во вращение электродвигателем 3, через паровой фильтр 2 всасывает пары хладона, сжимает их и направляет в маслоотделитель первой ступени 9, маслоотделитель второй ступени 10 и в конденсатор. Отделение масла от пара происходит в результате изменения направления паромасляного потока, резкого изменения его скорости и фильтрации через сетки. Отделившееся масло из маслосборника маслоотделителя 9, пройдя фильтры грубой очистки 8, насосом 7 через маслоохладитель 6 и фильтр тонкой очистки 5, подается в сальник, подшипники, разгрузочные поршни компрессора и в полости цилиндра. Маслоохладитель представляет собой кожухотрубный теплообменный аппарат с поперечными сегментными перегородками. Масло циркулирует в промежуточном пространстве, а вода – в трубном. Управление агрегатом осуществляется с пульта 4. Система автоматики агрегатов обеспечивает автоматизированный пуск и остановку компрессора с местного и центрального пультов управления, автоматическое регулирование холодопроизводительности от 10 до 100 % по давлению всасывания, коррекцию потребляемой мощности при перегрузке электродвигателя, разгрузку компрессора при пуске и остановке, аварийную автоматическую защиту. Последняя осуществляет остановку с выдачей сигнала «Неисправность» на центральный пульт управления и светового аварийного сигнала на местный пульт управления при отклонении от нормы следующих параметров: понижение и повышение температуры масла, повышение давления нагнетания и температуры нагнетания, уменьшение перепада давлений масла и давления всасывания. Рис. 162. Принципиальная схема холодильного винтового компрессорного агрегата. 176 Предохранительные клапаны показаны на рисунке 163. Их устанавливают на всех аппаратах, работающих под давлением. При повышении давления в аппарате выше установленного (на которое отрегулирована пружина предохранительного клапана) клапан открывается и выпускает часть холодильного агента в атмосферу, в воду или на сторону низкого давления. Для переключения предохранительных клапанов, устанавливаемых попарно на холодильных аппаратах, применяют специальный трехходовой вентиль (рис. 164). Вентиль состоит из сварного корпуса 5, который фланцем 1 соединен с аппаратом, а штуцерами 2 и 6 – с предохранительными клапанами. На шпинделе 4 закреплен клапан 3. При любом крайнем положении клапана 3 один из предохранительных клапанов всегда включен, при среднем положении включены оба предохранительных клапана. Переключающий клапан позволяет производить периодические проверки предохранительных клапанов, их ремонт или замену. Рис. 163. Предохранительный клапан: 1 – направляющая; 2 – клапан с резиновым уплотнением; 3 – стакан; 4 – корпус; 5 – пружина; 6 – нажимная гайка; 7 – крышка; 8 – колпачок; 9 – шпиндель. Рис. 164. Трехходовой вентиль для переключения предохранительных клапанов. 4.6. Провизионные холодильные установки Для целей рефрижерации на судах используют автоматизированные парокопмпрессорные хладоновые холодильные установки с непосредственным испарением хладагента (хладона-134а, хладона-22) в испарительных батареях. На рисунке 165 изображена рефрижераторная хладоновая установка. Основными элементами установки являются: компрессор 22 хладоновый одноступенчатый с электродвигателем и пусковой станцией, конденсатор 19 кожухотрубного типа, насос 17 охлаждающей воды с приводным электродвигателем и пусковой станцией, ресивер 15 (емкость для сбора жидкого хладона), фильтр-осушитель 13 для фильтрации жидкого хладона и удаления из него влаги путем адсорбирования ее активным селикагелем, теплообменник 10 для переохлаждения жидкого хладона (поступающего из ресивера вследствие теплообмена с парами, идущими из батарей в компрессор), испарительные батареи 1 (устанавливаемые в провизионных камерах), хладоновые и водяные трубопроводы с арматурой, электрооборудование и приборы автоматики установки. 177 Рис. 165. Схема провизионной хладоновой установки: 1 – испарительные батареи; 2 – ТРВК; 3, 4 – термобаллоны; 5 – соленоидный вентиль; 6 – термореле; 7, 8 – запорные клапаны; 9 – дроссель автоматический по давлению; 10 – теплообменник; 11 – разобщительный клапан; 12 – невозвратный клапан; 13 – фильтр-осушитель; 14 – клапан угловой; 15 – ресивер; 16 – фильтр водяной; 17 – насос охлаждающей воды; 18 – водорегулирующий клапан; 19 – конденсатор; 20, 21 – реле давления; 22 – компрессор. Пары хладона, засасываемые компрессором 22 из испарительных батарей 1, сжимаются до давления 0,5–0,8 МПа (5–8 кгс/см2), определяемого температурой охлаждающей забортной воды, и подаются в конденсатор 19. В конденсаторе они охлаждаются и конденсируются, отдавая тепло забортной воде, которая прокачивается через конденсатор насосом 17 охлаждающей воды. Из конденсатора жидкий хладон поступает в ресивер 15. Из нижней части ресивера через клапан 14 и фильтросушитель 13 жидкий хладон поступает в змеевик теплообменника. В теплообменнике жидкий хладон переохлаждается в результате теплообмена с холодными парами хладона, идущими из испарительных батарей. После теплообменника хладон разделяется на два потока, каждый их которых направляется к испарительным батареям провизионных камер. По каждой ветви хладон последовательно проходит через запорные клапаны 8 и соленоидные вентили 5 к терморегулирующим вентилям 2 ТРВК. В терморегулирующих вентилях хладон дросселируется с давлением конденсации 0,5–0,8 МПа (5–8 кгс/см2) до давления кипения 0,12–0,22 МПа (1,2–2,2 кгс/см2) и поступает в испарительные батареи камер. При этом часть жидкого хладона в процессе дросселирования превращается в пар. В испарительных батареях парожидкостная смесь хладона кипит и испаряется под давлением 0,12–0,22 МПа и соответствующей ему температуре от –25 до –10 °С, отбирая тепло от воздуха провизионных камер. Образующиеся при кипении пары хладона из камер плюсовых температур отсасываются компрессором, проходя через клапан 7 и автоматический дроссель по давлению 9, в котором происходит дросселирование паров до давления, соответствующего давлению паров хладона, выходящих из батарей минусовой камеры. После автоматического дросселя пары хладона из камеры плюсовых температур, объединившись с парами хладона камеры отрицательных температур, поступают в межтрубное пространство теплообменника, где перегреваются жидким хладоном, поступающим из конденсатора. Перегретые в теплообменнике пары хладона засасываются компрессором, и цикл повторяется. На трубопроводе паров хладона, выходящих из камеры минусовых температур, 178 установлены невозвратный клапан 12 и разобщительный клапан 11. Поддержание заданных температур в провизионных камерах производится посредством термореле 6 с термобаллонами 4, управляющими соленоидными вентилями 5 и компрессорным агрегатом 22. Терморегулирующие вентили 2 с чувствительными термобаллонами 3 регулируют количество жидкого хладона, подаваемого в испарительные батареи, в зависимости от тепловой нагрузки провизионных камер. Водорегулирующий клапан 18 обеспечивает поддержание давления конденсации в заданных пределах за счет изменения количества охлаждающей воды, подаваемой на конденсатор при изменении ее температуры. 4.7. Конденсаторы и регенеративные теплообменники В конденсаторе холодильной установки осуществляется конденсация (и переохлаждение) холодильного агента за счет передачи тепла от холодильного агента к забортной воде или воздуху. Соответственно различают конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением. Конденсаторы с воздушным охлаждением применяют только в мелких холодильных установках, обслуживающих провизионные шкафы, сатураторные установки, грузовые отсеки рефрижераторных контейнеров и т. п. В основном на судах распространены конденсаторы с водяным охлаждением. Холодильный агент, поступающий в конденсатор в состоянии перегретого пара, в результате отдачи тепла забортной воде (воздуху) охлаждается до состояния сухого насыщенного пара и затем конденсируется. В конденсаторах, имеющих развитую поверхность охлаждения, предусматривается также переохлаждение жидкого холодильного агента. Процесс передачи тепла от холодильного агента к забортной воде складывается из теплоотдачи от холодильного агента к наружной поверхности теплообменной трубки, теплопроводности через стенку трубки и теплоотдачи от внутренней поверхности теплообменной трубки к забортной воде. Степень интенсивности теплоотдачи в конденсаторе характеризуется коэффициентом теплоотдачи. Для уменьшения габаритов конденсатора внешнюю поверхность труб делают ребристой. Увеличение охлаждающей поверхности в результате этого оценивается коэффициентом оребрения, равным отношению поверхности оребренной трубки к поверхности этой же трубки до оребрения. При прочих равных условиях применение хладона-22, имеющего более высокие значения коэффициента теплоотдачи, чем хладон-134а, позволяет сократить поверхность теплопередачи конденсатора на 15–20 %. В конденсаторах морских холодильных установок трубки подвергаются постоянному эрозийному и коррозийному разъеданию забортной водой, поэтому к ним предъявляют требования повышенной надежности. Практика эксплуатации показывает, что наиболее тяжелые аварии судовых холодильных машин происходят в результате выхода из строя конденсаторов и попадания забортной воды в систему холодильного агента. Надежность конденсаторов возросла в результате изготовления трубных решеток из латуни, крышек из бронзы, а теплообменных трубок из мельхиора – медноникелиевого сплава, содержащего 70 % меди и 30 % никеля. В таких конденсаторах скорость движения воды в трубках увеличена до 2–2,5 м/с, что обеспечивает достаточно высокую интенсивность теплопередачи. Для защиты от разрушения трубок, трубных досок и крышек, работающих в агрессивной среде – морской воде, на крышке конденсатора устанавливают протекторы. Сущность протекторной защиты состоит в том, что при контакте двух или нескольких металлов, погруженных в электролит (в данном случае – морскую воду), металл, имеющий наименьший электрический потенциал, служит анодом и разрушается, в то время как другие металлы служат катодом и не подвергаются разрушению. Анодом являются специально устанавливаемые на крышках конденсаторов протекторы из цинка или магниевого сплава МЛ-4 и алюминиевого сплава АМЦ-15-10. Наибольшее распространение в морской практике получили горизонтальные кожухотрубные конденсаторы. В качестве примера рассмотрим конденсатор МКТР2-3 (рис. 166). 179 Корпус конденсатора представляет собой стальную обечайку 4, к которой приварены латунные трубные решетки 2 и 8, штуцер 6 для подвода пара хладона, стакан 14, лапы 5 и 7 – для установки электродвигателя и компрессора, опорные лапы 12 для установки конденсатора на фундамент. Трубки 11 из мельхиора имеют с наружной стороны накатные ребра. Концы трубок развальцованы в трубных решетках. В каждом отверстии, в которое входит трубка, расточено по две канавки, что обеспечивает более плотное соединение трубок с решеткой и исключает их перемещение в ней при нагреве. Наружная теплопередающая поверхность равна 3,2 м2. трубные решетки конденсатора закрыты бронзовыми крышками 1 и 9, которые имеют перегородки, обеспечивающие шестиходовое протекание воды по трубкам конденсатора. Крышки устанавливают на резиновых прокладках. На крышках установлены протекторы 10. Перегретый пар хладона нагнетается компрессором в межтрубное пространство конденсатора, где пар за счет теплообмена с поверхностью водяных трубок охлаждается и конденсируется. Жидкий хладон собирается в нижней части, оттуда через угловой вентиль 15 поступает в жидкостный трубопровод. На корпусе конденсатора установлен клапан 3 для спуска воздуха. В качестве предохранительного устройства конденсатор снабжен пробкой 13, имеющей сквозное отверстие 16, залитое легкоплавким металлом (сплавом Вуда) 17, который при 65 °С плавится и выпускает агент в аварийный трубопровод. Этим конденсатор предохранятся от взрыва при аварийном повышении давления, что возможно при пожаре, срыве охлаждения конденсатора и т. п. Нижняя половина корпуса конденсатора не имеет охлаждающих трубок и вместе со стаканом 14 выполняет роль ресивера – сборника жидкого хладона вместимостью 29 л. Наличие развитой ресиверной части является одной из конструктивных особенностей современных конденсаторов небольших установок. Это исключает необходимость в установке линейного ресивера. Высота столба жидкости в корпусе конденсатора (включая сборник) должна быть не менее 50–75 мм, а в крупных конденсаторах – не менее 100 мм. При малой высоте столба жидкости над отверстием трубопровода в слое жидкости образуется воронка, способствующая попаданию несконденсировавшегося пара в жидкостный трубопровод. В небольших хладоновых установках встречаются кожухозмеевиковые конденсаторы. Вода в них прокачивается по змеевику, оба конца которого укреплены в одной трубной решетке. Рис. 166. Хладоновый конденсатор. Тепловая нагрузка на конденсатор холодильной машины Qк, Вт, складывается из холодопроизводительности Q0 и тепла, эквивалентного работе L компрессора: Q к = Q 0 + L = G (i 2 – i 3 ), где G – расход холодильного агента, кг/ч; i2 и i3 – значения энтальпии агента соответственно на входе и на выходе из конденсатора, кДж/кг. 180 Теплопередающая поверхность конденсатора F, м2, определяется из формулы: Q к = kF к θ m , F к = Q к /(kθ m ), k – коэффициент теплопередачи конденсатора, Вт/(м2· с). т – средняя логарифмическая разность температур между холодильным агентом и забортной водой: где т tw 2 tw1 t t 2.3Lg k w1 tk t w 2 , где tw1 и tw2 – температуры забортной воды, соответственно входящей и выходящей из конденсатора; tк – температура конденсации. Поверхность теплообмена для конденсаторов холодильных установок морских судов принимается на 10 % больше расчетной. Это позволяет в случае необходимости вывести из действия (заглушить) часть поврежденных трубок, не вызывая явного снижения производительности холодильной установки. Удельная тепловая нагрузка конденсатора qк, Вт/м2: qк Qк , Fк и для одновременного хладонового конденсатора при скорости воды порядка 2 м/с составляет 7000–10000 Вт/м2. Расход воды Gв, кг/с, определяется из условия: G к = G в С в (t w2 – t w1 ), указывающего, что все тепло отводится забортной водой, и, следовательно: Gв Qк Cв ( t w2 t w1 ) , где Св – теплоемкость воды кДж/(кг· с). В установках средней и большой холодопроизводительности за конденсатором может устанавливаться линейный ресивер – вертикально или горизонтально (чаще вертикально) расположенный стальной цилиндрический сосуд. Ресивер является сборником холодильного агента. В него стекает сконденсировавшийся агент, освобождая теплообменную поверхность конденсатора. Для обеспечения беспрепятственного тока агента в ресивер его устанавливают ниже конденсатора, а паровые полости обоих аппаратов соединяют уравнительной трубкой, благодаря чему давление в обоих аппаратах выравнивается, и жидкий агент стекает из конденсатора в ресивер под действием собственной массы. Конденсаторы и ресиверы установок средней и большой холодопроизводительности (вместо легкоплавких пробок) снабжаются предохранительными клапанами, открытие которых должно начинаться при давлении 0,21 МПа (2,1 кгс/см2) для хладона-22 и при давлении 0,14 МПа (1,4 кгс/см2) для хладона-134а. Выпускаемый предохранительным клапаном агент должен отводиться в атмосферу в безопасном для людей месте над палубой. Для контроля герметичности предохранительного клапана на отводящей трубе устанавливают жидкостный затвор со смотровым стеклом, заполненный водой. В определенных случаях средние и боль181 шие холодильные установки, помимо предохранительных клапанов, оборудуют трубами аварийного спуска холодильного агента из аппаратов и сосудов. Трубы выводят в коллектор аварийного спуска, расположенный вне помещения холодильных машин, но вблизи входа в него. На коллекторе устанавливают запорные клапаны, отключающие каждую запорную трубу. Эти клапаны стеклами защищены от доступа посторонних лиц и приспособлены для пломбирования в закрытом состоянии. Общий трубопровод от коллектора аварийного спуска за борт аммиака снабжен невозвратным клапаном и выведен ниже ватерлинии судна при минимальной осадке. Для продувания общего трубопровода предусматривается подвод к нему сжатого воздуха или пара. На общем трубопроводе аварийного спуска за борт перед невозвратным клапаном в удобном для наблюдения месте должен находиться указатель утечки холодильного агента. В хладоновых судовых холодильных установках переохлаждение жидкого холодильного агента осуществляется в регенеративном теплообменнике (рис. 167). Жидкий хладон134а из конденсатора (ресивера) поступает в теплообменник через штуцер 2. Проходя внутри красномедного двойного змеевика, он переохлаждается и через штуцер 4 направляется к регулирующему вентилю. Рис. 167. Хладоновый теплообменник. Пар хладона-134а из испарителя поступает в теплообменник по трубе 3. Омывая снаружи змеевики, он переохлаждает жидкий хладон, перегревается и по трубке 1 поступает во всасывающий трубопровод компрессора. 4.8. Испарители и воздухоохладители В испарителе холодильной установки происходит кипение холодильного агента за счет отнятия тепла от охлаждаемой среды (воздуха, рассола или воды). По назначению испарители можно разделить на две группы: 1) для охлаждения промежуточного жидкого хладоносителя (рассола или воды); 2) непосредственного охлаждения. Коэффициент теплопередачи испарителя зависит от его конструкции, свойств холодильного агента и охлаждаемой среды, а также скорости ее движения. Для охлаждения рассола (воды) применяют горизонтальные кожухотрубные испарители. Конструктивно они имеют сходство с кожухотрубными конденсаторами. В этих аппаратах рассол циркулирует внутри трубок, а агент кипит в межтрубном пространстве. Рассмотрим морской испаритель МИТР-12 (рис. 168), кожухотрубный, горизонтальный, с поверхностью охлаждения 12 м2. Корпус 4 представляет собой стальную трубу диаметром 250 мм с приваренными к ней с торца стальными трубными досками 3 и 10. В отверстиях трубных досок развальцованы 62 красномедные теплообменные трубки 8 диаметром 20x3 мм. Для увеличения наруж182 ной поверхности труб на них накатаны ребра. Трубные доски закрыты бронзовыми крышками 1 и 11 с прокладками 12. Внутренние перегородки крышек направляют движение рассола по трубкам. Испаритель восьмиходовой. Отепленный рассол, возвращающийся из помещения, поступает в испаритель через нижнее отверстие, а охлажденный выходит через верхнее отверстие крышки 11. Для защиты трубных досок от коррозии на них со стороны рассола наплавлен слой меди 2. Жидкий хладон подается в нижнюю часть корпуса через вентиль 5 и заполняет 50 % объема межтрубного пространства. Хладон кипит, охлаждая рассол, циркулирующий внутри трубок, а образующийся при этом пар отсасывается компрессором сверху через отделитель жидкости – сухопарник 14 и запорный вентиль 6. Сухопарник служит для отделения капель жидкого агента, появляющихся при бурном его кипении. Существуют конструкции горизонтального кожухотрубного испарителя, у которого в сухопарник встроен змеевиковый теплообменник: поступивший в сухопарник насыщенный пар перегревается за счет переохлаждения жидкого хладона, проходящего внутри змеевика теплообменника. Испаритель снабжен предохранительным клапаном 9, штуцером 7 для подключения манометра, спускным краном 13 и кранами для выпуска воздуха и спуска рассола. Для уменьшения притока тепла из внешней среды снаружи корпус испарителя изолируют. Для изготовления кожухотрубных испарителей современных конструкций широко применяют медно-никелевые сплавы, латунь и бронзу. Применение этих материалов повышает надежность испарителей и увеличивает срок их службы. Простейшим видом испарителя непосредственного охлаждения является однорядный змеевик из гладких цельнотянутых труб, размещенный на переборке, охлаждаемой провизионной кладовой. Широкое распространение на судах получили испарители ИРСН-12,5 (испаритель ребристый, сухой, настенный) с наружной поверхностью охлаждения (с учетом ребер) 12,5 м2 (рис. 169). Рис. 168. Кожухотрубный испаритель МИТР-12 с межтрубным кипением агента: I – вход жидкого хладона; II – выход пара хладона; III – вход рассола; IV – выход рассола. С целью обеспечения равномерной температуры по всему объему холодильной кладовой и увеличения удельной тепловой нагрузки испарителя за счет увеличения коэффициента теплоотдачи применяют воздушные испарители с принудительной циркуляцией воздуха, обеспечиваемой встроенными в них электровентиляторами. Такие испарители называют воздухоохладителями. Они обеспечивают принудительный конвективный теплообмен между воздухом охлаждаемого помещения и наружной поверхностью испарителя. Так, при увеличении скорости воздуха с 1 до 5 м/с коэффициент теплоотдачи от воздуха к охлаждающей поверхности трубы увеличивается в 3,6 раза, а с 1 до 10 м/с – почти в 10 раз. 183 Рис. 169. Испаритель ИРСН-12,5: I – вход жидкого хладона; II – выход пара хладона. Воздухоохладитель типа СВОФ показан на рисунке 170. Устанавливают его непосредственно в провизионных кладовых, заданные температуры которых лежат в пределах от 2 до 12 °С. Воздухоохладитель имеет медные трубки 3 с ребрами. Наружная поверхность охлаждения указывается в марке аппарата. Осевой вентилятор 5 с электродвигателем 1 встроен в корпус 2 воздухоохладителя. Для отвода влаги, выпавшей из воздуха при его охлаждении или появившейся при оттаивании снеговой шубы, на поддоне воздухоохладителя предусмотрен патрубок 4. Воздухоохладители типа СВОФ-Э (сухой воздухоохладитель фреоновый с электронагревателем) применяют для охлаждения кладовых с низкими температурами от 18 до +2 °С. Они отличаются от рассмотренного наличием электронагревателей для оттаивания снеговой шубы. По многим удельным показателям (вместимость по хладону, массе и объему аппаратуры на 1 кВт) воздухоохладители имеют большое преимущество по сравнению с гладкими и ребристыми батареями. Кроме того, воздухоохладители обеспечивают работу с меньшим температурным напором и дают возможность автоматизировать процесс оттаивания снеговой шубы с испарителя. На большинстве новостроящихся судов для охлаждения всех провизионных кладовых применяют воздухоохладители. Рис. 170. Испаритель типа СВОФ: I – вход жидкого хладона; II – выход пара хладона. 184 4.9. Вспомогательные аппараты Маслоотделители. Предназначены для отделения масла, уносимого паром из картера компрессора; устанавливаются они на нагнетательном трубопроводе между компрессором и конденсатором. Рассмотрим маслоотделитель типа СШВ фирмы «Данфосс» (рис. 171), широко распространенный на морских судах. Перегретый пар хладона из компрессора поступает в маслоотделитель через штуцер 1 и, пройдя вокруг масляного резервуара 2, попадает в сепаратор 4, представляющий собой пространство, ограниченное корпусом и металлическими сетками, заполненное беспорядочно и густо переплетенной медной проволокой. При проходе через проволочный лабиринт сепаратора уменьшается скорость и изменяется направление движения пара. Капли масла, принесенные паром агента, отделяются от него и осаждаются на поверхности проволоки. Отделившееся масло через сетчатую перегородку 3 стекает в резервуар 2, а пар хладона через второй штуцер направляется в конденсатор. Рис. 171. Маслоотделитель типа СШВ фирмы «Данфосс»: I – вход пара хладона; II – выход пара хладона; III – слив масла в картер. Когда уровень масла в маслоотделителе повышается, поплавок 5, перемещающийся вдоль оси 6, открывает игольчатый клапан 7 и отделившееся масло через штуцер 8 возвращается в картер компрессора. Подогрев масла, находящегося в резервуаре 2, горячим паром уменьшает в нем количество растворенного хладона. Фильтры и осушители. Появление влаги в системе хладона приводит к образованию ледовых пробок и закупориванию в первую очередь отверстий ТРВ, так как именно в этой части установки агент получает наинизшую температуру. Это ведет к нарушению работы холодильной установки. Для поглощения влаги, оказавшейся в системе, хладоновые установки снабжаются осушителями, заряженными адсорбентом (селикагелем или цеолитом). Осушитель устанавливается на жидкостном трубопроводе за регенеративным теплообменником. Циркулирующий по системе хладон захватывает с поверхности труб аппаратов различные механические включения (окалину, частицы адсорбента, песок и т. п.). Эти частицы, попадая в компрессор, вызывают дополнительный износ его частей, засоряют отверстия дроссельных вентилей, нарушают плотность установленных в системе соленоидных вентилей и запорной арматуры. Очистка хладона осуществляется в грязевых фильтрах, устанавли185 ваемых на жидкостной и паровой линиях. Паровой (газовый) фильтр устанавливают перед компрессором. Выполняют его в виде отдельного аппарата или размещают непосредственно в корпусе компрессора, во всасывающей его полости. В небольших холодильных установках грязевой жидкостный фильтр и осушитель совмещают в одном корпусе. На отечественных судах применяют фильтры-осушители типа ОФФ-10 (рис. 172), выполненные в одном корпусе. Хладон поступает через штуцер 1, проходит через сетку 16, гильзу 6 с адсорбентом 7, сетку 13, фильтр 5, состоящий из набора сеток и стекла, и выходит через штуцер 14; 3 и 10 – уплотняющие прокладки. При постановке крышки 9 на фланец 11 пружина 8 посредством опорной пластины 12 прижимает кольцо 15 к донышку 2. Рис. 172. Фильтр-осушитель ОФФ-10. При зарядке осушителя следует плотно заполнить гильзу 6 адсорбентом. Если адсорбент не будет сжат, под действием протекающего агента его кристаллы будут сдвигаться и разрушаться. Устанавливать осушитель нужно так, чтобы хладон протекал в направлении стрелки, нанесенной на корпус осушителя 4. В процессе эксплуатации фильтров-грязеуловителей, газовых фильтров и осушителей из строя выходят только фильтрующие элементы. Для изготовления новых фильтрующих элементов применяют материалы: сукно прокладочное толщиной 3 мм; хлопчатобумажную ткань – бельтинг ФНП (ГОСТ 332-69); асбестовую ткань марки АТ-5С, имеющую саржевое переплетение с латунной или медной проволокой, толщиной 2–3 мм; латунную тканную саржевую сетку с ячейками 0,28x0,28 мм и основой из проволоки 0,1 мм; латунную сетку № 60 со 150 ячейками на 1 см2; войлок технический, тонкошерстный 2,5–3 мм. В герметических холодильных установках применяют фильтросушитель типа ВС (рис. 173). Он представляет собой корпус из двух штампованных стаканов 1 и 2, внутри которого находится патрон из латунной сетки 4, наполненной селикагелем 3. Рис. 173. Фильтросушитель герметических агрегатов. 4.10. Назначение и классификация автоматических приборов На современных судах применяют холодильные установки с высокой степенью автоматизации, что надежно защищает их от аварии, обеспечивает точное поддержание заданных температур охлаждаемых объектов, повышает экономичность установки. В судовых холодильных машинах автоматизируют процессы регулирования: подачу жидкого агента в испаритель, давление испарения, температуру кипения агента в испарителе, температуру промежуточного хладоносителя, температуру в охлаждаемых помещениях и давление конденсации. Автоматическая работа холодильных установок осуществляется с 186 помощью автоматических приборов, которые можно разделить на три группы: регулирования, управления и защиты. Приборы регулирования автоматически поддерживают заданное значение регулируемой величины и изменяют его по заданному режиму. Приборы управления автоматически включают и выключают в определенной последовательности машины и механизмы холодильной установки. Приборы защиты автоматически отключают всю холодильную установку или отдельные ее элементы и включают звуковую или световую сигнализацию при отклонении любого из контролируемых параметров от заданного значения на определенную величину. В зависимости от принципа действия автоматические приборы могут быть двух типов: позиционного и непрерывного (плавного) действия. Регулирующий орган приборов позиционного действия может занимать несколько определенных положений. Наибольшее распространение получили двухпозиционные автоматические приборы (реле), в которых регулирующий орган может иметь только два крайних положения: «включено» или «выключено», «открыто» или «закрыто» и т. п. В приборах непрерывного действия регулирующий орган, плавно перемещаясь, может занимать любые промежуточные положения. Каждый автоматический прибор имеет диапазон регулирования, т. е. интервал значений регулируемой величины параметра (например, давлений, температур), в котором он может быть применен, и так называемую зону нечувствительности. В наиболее широко применяемых позиционных автоматических приборах эту зону нечувствительности называют дифференциалом прибора. Регуляторы перегрева Чрезмерно большая подача жидкости в испаритель приведет к неполному ее выкипанию, к работе компрессора «влажным» ходом, а в тяжелых случаях – к гидравлическим ударам в компрессоре. Недостаточная подача жидкого агента в испаритель не обеспечит заданный температурный режим охлаждаемого объекта. Для регулирования заполнения испарителя жидким холодильным агентом применяют регуляторы перегрева и регуляторы уровня. В морских холодильных установках применяют в основном регуляторы перегрева, называемые терморегулирующими вентилями (ТРВ). Устанавливают ТРВ перед испарителем для дросселирования жидкого хладагента от давления конденсации рк до давления кипения р0 и автоматического регулирования подачи жидкости в испаритель в зависимости от перегрева пара агента на выходе из испарителя. Если пар агента, выходящего из испарителя, перегрет, т. е. имеет более высокую температуру, чем температура кипения при данном давлении, ТРВ открывается, в испаритель поступает больше холодильного агента. Если перегрев снизится ниже установленной минимальной величины, ТРВ закрывается, прекращая подачу жидкого агента в испаритель. По конструкции ТРВ бывают мембранные и сильфонные. Отечественная промышленность выпускает только мембранные ТРВ. На рисунке 174 показана конструкция ТРВ с внутренним управлением марки ТРВ-2М, имеющей данные: холодопроизводительность при стандартном режиме 2,3 кВт (2 тыс. ккал/ч, показана в марке прибора цифрой 2); рабочий диапазон температур кипения от –30 до +10 °С; диапазон настройки перегрева начала открытия от 2 до 10 °С; максимальное давление 1,6 МПа (16 кгс/см2); длина капилляра 1,5 м. Термочувствительная часть представляет собой заполненную определенным количеством хладона-134а герметически закрытую систему, состоящую из термочувствительного патрона, капиллярной трубки 6, крышки 5 и мембраны 4, припаянных к штампованному латунному корпусу 3. Мембрана сделана из бериллиевой бронзы и для лучшей деформации имеет три кольцевых гофра. Корпус 3 имеет три прилива: входной – для присоединения к жидкостной линии и выходной – для подсоединения к испарителю. Во входном отверстии ТРВ установлен сетчатый фильтр 2. Стальная запорная игла 10, выполняющая роль клапана ТРВ, укреплена в держателе 9. Пружина 11, имеющая начальное сжатие, стремится подать 187 иглу вверх и закрыть отверстие в седле 8, сделанном из фторопласта. Между мембраной 4 и держателем 9 установлены толкатели 7. Жидкий хладон поступает в ТРВ через фильтр 2. Проходя через отверстие, открытое иглой в седле, он дросселируется от давления конденсации до давления кипения и в виде холодной парожидкостной смеси поступает в испаритель. Пространство под мембраной ТРВ сообщается с испарителем через зазоры между толкателями 7 и отверстиями, в которых они установлены, поэтому под мембраной поддерживается давление, равное давлению в испарителе и соответствующее температуре кипения агента. Давление над мембраной пропорционально температуре, полученной термобаллоном, которая зависит от температуры пара на выходе из испарителя. При повышении температуры перегрева разность давлений по обе стороны мембраны возрастает; преодолевая жесткость пружины 11, мембрана прогнется вниз и через толкатели 7 откроет клапан на большую величину. Таким образом, ТРВ является регулятором непрерывного (плавного) действия, осуществляющим пропорциональное регулирование. Перегрев начала открытия клапана регулируется при помощи регулировочного винта 1, изменяющего жесткость регулировочной пружины 11. При вращении винта по часовой стрелке жесткость пружины уменьшается (резьба левого шага), и клапан будет открываться при меньшем нагреве, что увеличит наполнение испарителя агентом. Вращение винта против часовой стрелки приведет к обратному действию. Винт имеет резиновое уплотнение 12. Колпачок 13, устанавливаемый на красномедной прокладке, предохраняет от возможных утечек хладона и обмерзания сальника, а отверстие 14 позволяет использовать его в качестве торцевого ключа для вращения регулировочного винта. Рис. 174. Терморегулирующий вентиль типа ТРВ-2М. Реле давления Изменение давления всасывания. Рассмотрим простейший случай, когда компрессор обслуживает один охлаждаемый объект, например, провизионную кладовую. Для поддержания заданной низкой температуры холодопроизводительность компрессора должна быть равна количеству тепла, проникающего в кладовую и образующегося в ней. Ранее уже отмечалось, что при проектировании установок холодопроизводительность оборудования рассчитывается из условия погашения максимально возможных теплопритоков, т. е. всегда предусматривается резерв холодопроизводительности. Поэтому для обеспечения равенства рабочей холодопроизводительности и теплопритоков возникает необходимость регулирования холодопроизводительности компрессора. 188 В простейшем случае оно осуществляется путем остановки компрессора при достижении в кладовой низкой требуемой температуры и его последующего пуска в тот момент, когда температура в охлаждаемом помещении станет максимально допустимой. Такая работа компрессора называется цикличной и может обеспечиваться автоматическим прибором – реле низкого давления (РНД), иногда называемым прессостатом. Реле низкого давления устанавливают на линии всасывания компрессора. Оно реагирует Рис. 175. Схема подключения реле на давление всасывания, близкое по величине к низкого и высокого давления. давлению кипения агента в испарителе. Проследим, как изменяется это давление при цикличной работе (рис. 175). Так как холодопроизводительность компрессора выше теплопритоков, то во время его работы температура в помещении понижается, что ведет к снижению интенсивности кипения жидкости в змеевиках испарителя. Одновременно с этим уменьшается перегрев пара агента на выходе из испарителя, и ТРВ автоматически уменьшает подачу жидкости в испаритель. Пара, образующегося в испарителе, становится меньше, в результате чего давление в испарителе и на линии всасывания компрессора понижается. При этом понижается и температура кипения агента в испарителе. Таким образом, определилась важная зависимость: при работе компрессора с понижением температуры охлаждаемого объекта уменьшается давление на линии всасывания компрессора, а следовательно, и температура кипения агента в испарителе. Когда давление на линии всасывания понизится до нижнего заданного значения, РНД отключит компрессор. Чем ниже давление, при котором РНД остановит компрессор, тем ниже температура устанавливается в охлаждаемом помещении. После остановки компрессора ТРВ (терморегулирующий вентиль) постепенно закроется, так как уравнивание температур агента в начале и в конце змеевика испарителя приведет к уравниванию давлений по обе стороны мембраны, и пружина плотно закроет клапан. После остановки компрессора приток тепла вызывает повышение температуры охлаждаемого объекта, что приводит к повышению температуры и давления агента в испарителе. Когда давление в испарителе повысится до верхнего заданного предела, РНД снова включает компрессор. Чем выше давление, при котором РНД включает компрессор, тем более высокой будет температура в кладовой в момент включения. При пуске компрессора ТРВ откроется, так как давление в испарителе резко понизится, а температура термобаллона останется высокой, что обеспечит необходимую для открытия разность давлений по обе стороны мембраны прибора. Таким образом, при цикличной работе компрессора регулирование температуры в кладовой осуществляется путем изменения давления в испарителе, а следовательно, средней температуры кипения холодильного агента. Реле температуры Для поддержания заданной температуры в охлаждаемых кладовых или температуры рассола используют реле температуры различных типов. В морской практике в этих целях наиболее широко применяют манометрические двухпозиционные реле температуры (другие названия прибора: термостат, термореле, датчик температуры). Реле температуры воздействует на исполнительный механизм, которым может быть соленоидный или моторный вентиль, расположенный на трубопроводе холодного агента или рассола, а также выключатель компрессора или вентилятора воздуха охладителя. 189 Схема реле температуры ТРДК-3 (термореле дистанционное, корабельное) приведена на рисунке 176. Более современную конструкцию представляет собой реле температуры типа ТР: ТР1Б-01, ТР-2Б-02, ТР-2Б-03) и приборы типа ТР-5М. Рис. 176. Термореле дистанционное, корабельное: а – схема реле; б – положение контактов «включено» – «выключено». 1 – сильфон; 2 – игла; 3 – угловой рычаг; 4 – регулировочная пружина; 5 – каретка; 6 – регулировочный винт; 7 – шкалы; 8 – гайка-стопор; 9 – дифференциальный винт; 10 – шток переключения; 11 – переключатель; 12 – шток дифференциала; 13 – пластина дифференциала; 14 – термобаллон; 15 – капиллярная трубка; 16 – контакты; 17 – пластина переключателя; 18 – плоская пружина. Приборы регулирования давления и разности давлений. Пропорциональный регулятор давления (ПРД) «до себя». Он ставится на всасывающем трубопроводе и позволяет поддерживать постоянное давление р0 в испарителе, т. е. до места установки вентиля по ходу движения холодильного агента. Этот регулятор дает возможность одному компрессору работать на несколько испарителей с различными температурами кипения холодильного агента, отделяя испарители с более высокой температурой кипения от испарителей с низкой температурой кипения. На рисунке 177 изображена схема подключения пропорционального регулятора давления с сервоуправлением. Пропорциональный регулятор давления «до себя» типа MSA фирмы «Данфосс» (рис. 177 а) управляется регулятором давления CVA (рис. 177 б), соленоидным или терморегулирующим вентилем. К всасывающему трубопроводу MSA присоединяют посредством фланцев 1 и 5. Проходное сечение вентиля перекрыто тарелкой 6, которая с помощью шпинделя соединяется с сервопоршнем 4. В крышке вентиля имеется штуцер 3 для присоединения прибора управления и шпиндель 2 для ручного привода клапанной тарелки 6. Управление вентилем постоянного давления может осуществляться регулятором постоянного давления CVA (рис. 177 б). Пары холодильного агента с давлением р0 поступают через фильтр 5 под поршень 4, на который сверху действует пружина 3. 190 Рис. 177. Схема подключения пропорционального регулятора давления с сервоуправлением: а – пропорциональный регулятор давления типа MSA; б – регулятор постоянного давления CVA. Натяжение пружины задается установочным винтом 2 (вращение винта по часовой стрелке увеличивает натяжение пружины 3 и обеспечивает более высокое давление кипения). При повышении давления р0 выше требуемого давление на клапан снизу становится больше, чем давление, создаваемое пружиной, в результате чего клапан приподнимается и пропускает пар к выходному отверстию регулятора давления, соединенного трубкой с MSА. Под действием пара поршень 4 MSA нажимает через шпиндель на клапанную тарелку, и она, преодолевая давление пружины, опускается. Клапан 6 открывается, и компрессор отсасывает пар из испарителя. С понижением давления в испарителе постепенно закроется клапан 4 регулятора давления, снизится давление на сервопоршень 4 MSA, благодаря усилию пружины поднимется тарелка 6 и закроется проходное сечение MSA. Регулятор производительности «после себя». Регулятор производительности «после себя» фирмы «Данфосс» типа JVKA. Назначение регуляторов производительности «после себя» состоит в уменьшении производительности компрессора путем перепуска пара фреона нагнетательного трубопровода во всасывающий. Устройство регулятора типа JVKA показано на рисунке 178. Давление пара хладона во всасывающем трубопроводе действует на стакан 8. При уменьшении давления всасывания пружина 7 растягивается. Силовая система вместе с клапаном 2 движется вниз, проход для пара хладона со стороны нагнетания увеличивается, и давление после регулятора (давление всасывания) также увеличивается, при увеличении давления пара хладона на всасывании силовая система движется вверх, клапан прикрывается, и давление после регулятора уменьшается. Таким образом, давление после регулятора (на всасывании) поддерживается постоянным. Амортизационные поршни 5 и 11 служат для гашения колебаний силовой системы. Сильфоны 4 и 1 разделяют полость хладона и амортизационные гидрополости. Винтом 6 настраивают регулятор. Диапазон настройки регулятора – от атмосферного давления до 4 кгс/см2. При вращении винта 6 по часовой стрелке давление на всасывании увеличивается. 191 Рис. 178. Устройство регулятора давления «после себя» типа JVKA: 1, 4 – сильфоны; 2 – клапан; 3, 10 – фланцы; 5, 11 – амортизационные поршни; 6 – винт настройки; 7 – пружина; 8 – стакан; 9 – шток. Рис. 179. Схема установки прибора типа JVKA: КМ – Компрессор; КД – Конденсатор. Если регуляторы производительности «до себя» могут применяться в установках, компрессоры которых управляются как прессостатами, так и термостатами, то регуляторы производительности «после себя» могут применяться только в установках, компрессоры которых управляются термостатами. Действительно, при настройке диапазона прессостата, например, 0,3 кгс/см2, регулятор производительности, настроенный на величину больше 0,3 кгс/см2 все время будет поддерживать давление всасывания больше 0,3 кгс/см2. Дифференциальное реле или реле контроля смазки (РКС). Его подключают к системе смазки для контроля за работой масляного насоса и защиты от прекращения подачи смазки к смазываемым поверхностям. Дифференциальное реле работает в зависимости от разности давления в масляной магистрали и в картере компрессора. При нормальной работе масляного насоса давление в масляной системе должно на 0,08–0,15 МПа превышать давление в картере. Водорегулирующий вентиль (рис. 180) устанавливается на трубопроводе подачи воды в конденсатор и служит для поддержания постоянного давления конденсации путем изменения количества воды, подаваемой на охлаждение конденсатора. Для этого полость под крышкой 9 через штуцер связана трубкой с газовым пространством конденсатора. При повышении давления конденсации мембрана 1 прогибается и через шток 8 передает движение клапану 3, который отходит от седла, увеличивая поступление воды в конденсатор. Результатом этого является понижение давления конденсации, и под действием пружины 5 клапан прикрывается, уменьшая подачу воды для охлаждения конденсатора. Наступает момент, когда из-за уменьшения подачи воды, давление конденсации снова повышается, и устанавливается нормальный режим работы холодильной установки. Натяг пружины задается винтом 4. Подключение водорегулирующего вентиля приобретает большое значение в полностью автоматизированных судовых установках в условиях Крайнего Севера. Небольшая температура воды (1–2 °С) приводит к очень низкой температуре и давлению конденсации и увеличению холодопроизводительности компрессора. В результате этого уменьшается коэффициент рабочего времени (отношение рабочего времени к полному времени цикла), происходит частое включение и выключение холодильной установки, и приборы автоматики быстро выходят из строя. Еще более существенное влияние оказывает малая разность давлений кипения и конденсации на работу терморегулирующего вентиля. Большое сопротивление ТРВ и малая разность давлений до и после ТРВ нарушают его нормальную работу, и в испаритель подается недостаточная масса жидкого холодильного агента. 192 Рис. 180. Водорегулирующий вентиль. Рис. 181. Датчик полупроводникового реле уровня ПРУ-5. Приборы контроля уровня жидкого холодильного агента в аппаратах. Реле уровня. Оно осуществляет дистанционный контроль (световыми и звуковыми сигналами) заполнения аппаратов затопленного типа (с постоянным уровнем жидкости) холодильным агентом, регулирование заполнения испарителей и промежуточных сосудов жидким холодильным агентом (совместно с соленоидным вентилем), кроме того, оно обеспечивает автоматическую защиту при переполнении аппаратов жидким холодильным агентом (останавливает компрессор). В судовых условиях применяют полупроводниковое реле уровня. Оно хорошо работает, так как датчик допускает отклонения от вертикали до 50°. Реле состоит из поплавкового индуктивного датчика и полупроводникового усилителя с выходным реле. Датчик (рис. 181) имеет поплавковую камеру 2, выполненную из немагнитной стали 1Х18Н9Т. Верхняя часть камеры соединяется с паровым пространством сосуда уравнительной трубкой 6, нижняя – с жидкостным пространством трубкой 3. Внутри поплавковой камеры свободно перемещается поплавок (шарик) 1, изготовленный из магнитной стали. На поплавковую камеру надеты две секции катушки индуктивности 4. Снаружи катушка защищена кожухом 5, а пространство между катушкой и кожухом залито эпоксидной смолой. Для вывода контактов служит коробка 7. При повышении уровня жидкости поплавок поднимается, и индуктивность верхней катушки увеличивается, а нижней уменьшается. При понижении уровня жидкости и опускании поплавка увеличивается индуктивность нижней катушки и уменьшается индуктивность верхней. Изменение индуктивного сопротивления катушек вызывает разбаланс моста переменного тока, в состав которого входят катушки. Это является сигналом, который с помощью полупроводникового усилителя и выходного электромагнитного реле управляет устройством, сигнализирующим об изменении уровня жидкости (зажигание лампочек разного цвета, включение звонка). 193 Исполнительные механизмы. Соленоидный вентиль с электромагнитным приводом. Является автоматическим вентилем, который получает импульс от электрического датчика (реле температуры, реле давления, реле уровня и др.). Соленоидные вентили бывают: аммиачные, фреоновые, для воды и рассола. На рисунке 182 показан соленоидный вентиль мембранный (СВМ). Мембрана 1, изготовленная из прорезиненной морозостойкой ткани, отделяет верхнюю вспомогательную гидравлическую полость от напорной жидкостной. Жидкость подается сверху на основной клапан 4. Через фильтрующую щель между телом клапана и шайбой 2 через отверстие 3 жидкость попадает в верхнюю полость. При подаче тока в катушку 7 сердечник 8 втягивается, поднимая сервоклапан 6, и из вспомогательной полости жидкость через отверстие 5 стекает на выходную сторону. Давление во вспомогательной полости падает, и основной клапан 4 открывается под давлением рабочего тела с напорной стороны мембраны. Фильтрующая щель предохраняет сервоклапан от засорения. Соленоидный вентиль совместно с реле уровня дозирует подачу жидкого холодильного агента в испаритель или промежуточный сосуд и поддерживает в них постоянный уровень жидкого холодильного агента. При понижении уровня жидкости в испарителе и промежуточном сосуде реле уровня дает импульс, замыкается цепь катушки соленоида, и клапан открывается, в аппарат поступает жидкий холодильный агент. Повышение уровня жидкости приводит к размыканию электрической цепи катушки соленоида, клапан закрывается, и подача жидкости в испаритель прекращается. После соленоидного вентиля устанавливают регулирующий вентиль открытый на определенное проходное сечение, в котором происходит дросселирование холодильного агента. На рисунке 183 показана схема включения соленоидного вентиля, работой которого управляет реле уровня. В автоматизированных схемах СВМ ставят перед ТРВ (по ходу движения холодильного агента). При автоматической остановке холодильной машины СВМ перекроет проходное сечение, прекратив поступление холодильного агента в испаритель. ТРВ закрывается не сразу, и при отсутствии СВМ может произойти переполнение испарителя жидкостью. Если холодильная машина работает на несколько потребителей холода, СВМ ставят на трубопроводах подачи холодильного агента или рассола в каждый охлаждаемый объект. При понижении температуры в одном из них до заданного значения реле температуры дает импульс и СВМ закрывается, прекращая поступление холодильного агента или рассола в приборы охлаждения. СВМ, установленный на трубопроводах подачи воды в конденсатор, в охлаждающие рубашки компрессоров, при остановке компрессора прекращает подачу воды. Рис. 182. Соленоидный вентиль мембранный. Рис. 183. Схема включения соленоидного вентиля: 1 – датчик поплавковый ПРУ-5; 2 – блок управления; 3 – соленоидный вентиль; 4 – ТРВ. 194 4.11. Эксплуатация судовых холодильных установок Испытание холодильной установки давлением Надежность работы холодильной установки в значительной степени зависит от прочности и плотности как ее отдельных узлов, так и установки в целом. Поэтому после изготовления элементов холодильной установки их испытывают гидравлическим давлением на прочность 1.5 Ррабочего. После окончания монтажа холодильной установки на судне или ремонта, при котором из системы был полностью удален холодильный агент, перед заполнением установки хладоном испытывают систему холодильного агента на плотность, используя для этого сухой азот, углекислоту или тщательно осушенный воздух (последнее в судовых условиях обеспечить сложно). Все хладоновые холодильные установки испытывают при избыточном давлении: на стороне нагнетания для R134а – 1,4МПа (14,0 кгс/см2), для R22 – 2,0МПа (21,0 кгс/см2), на стороне низкого давления для R134а – 1,0МПа (10,5 кгс/см2), для R22 – 1,6 МПа (16,0 кгс/см2). Для испытания системы холодильного агента чаще всего используют инертный газ – азот или углекислоту, поставляемые на суда в баллонах. Рассмотрим, как производится испытание на герметичность хладоновой холодильной установки с непосредственным охлаждением (рис. 184). Процесс соответствует процессу зарядки системы холодильным агентом. Через наполнительный вентиль 16, служащий для заполнения холодильной установки хладоном, баллон с газом при помощи зарядной трубки подсоединяют к системе. Испытывают систему давлением при отключенных автоматических приборах и заглушенных предохранительных клапанах. Если автоматический прибор имеет обводной трубопровод, для его отключения закрывают запорные вентили по обе стороны прибора. В противном случае прибор демонтируют и на его место устанавливают перемычку. Для проверки герметичности трубных решеток снимают крышки конденсаторов и кожухотрубных испарителей. Перед наполнением системы газом необходимо сделать следующее: открыть все запорные вентили, кроме воздухоспускных и вентилей, отсекающих автоматические приборы; заменить манометры и мановакууметры, рассчитанные на измерение давлений меньших, чем давление испытания, манометрами с соответствующими шкалами. Рис. 184. Схема подключения баллона с хладоном при зарядке: I – выход хладона к ТРВ кладовых; II – вход хладона из испарителей кладовых. Газ находится в баллоне под высоким давлением порядка 12–14 МПа (120–140 кгс/см2), поэтому систему наполняют через редукционный вентиль. Наполнение ведут постепенно до давления 1,0 МПа (10,5 кгс/см2) для R134а и 1,6 МПА (16 кгс/см2) для R22. Затем вентиль на баллоне и наполнительный вентиль 14 закрывают и делают перерыв 25–30 мин, необходимый для выравнивания давления во всех частях системы. Одновременно проверяют, нет ли в системе сильных утечек. 195 Если в течение этого времени давление в системе не понижается, закрывают всасывающий 1 и нагнетательный 20 вентили компрессора и разобщают нагнетательные и всасывающие трубопроводы системы холодильного агента. Для этого закрывают вентили на жидкостном коллекторе 6 или (если они предусмотрены) запорные вентили перед каждым камерным ТРВ. Затем, открыв вентиль 16 и вентиль на баллоне, повышают давление только на стороне нагнетания до 1,4 МПа (14 кгс/см2) для R134а и 2,0 МПа (21,0 кгс/см2) для R22. После этого, закрыв вентиль на баллоне и наполнительный вентиль 16, отсоединяют баллон от системы, а к вентилю 16 подключают манометр. Далее приступают к проверке герметичности системы. Для этого обмыливают все разъемные соединения, а также места пайки и сварки. Особенно тщательно обмыливают трубные решетки кожухотрубных конденсаторов. Для обмыливания приготавливают густую мыльную пену. Чтобы пена быстро не высыхала, в нее добавляют несколько капель глицерина. Перед обмыливанием соединение должно быть снаружи очищено и насухо вытерто. Утечки обнаруживаются по появлению пузырей. Если в течение 1–1,5 мин не появится пузырьков, соединение считается плотным. Если фланцевое соединение имеет фланцевый бурт меньшего диаметра, чем фланцы, вырезают полосу газеты, обильно смазывают ее пеной и наклеивают снаружи по окружности на фланцы, герметизируя соединения труб. Затем прокалывают спичкой отверстие в бумаге между фланцами, обмыливают его и в течение нескольких минут контролируют появление пузырьков. Метод довольно надежный, но он требует определенного навыка. Если утечки из системы нет, фиксируют время, температуру помещения и давление в системе. Под указанными давлениями стороны высокого и низкого давления выдерживают в течение 18 часов. В продолжение этого периода каждый час отмечают давление в системе и температуру окружающего воздуха. За первые 6 часов давление в системе может понизиться, но не более чем на 2 %. Это объясняется тем, что при резком повышении давления в системе возрастает температура газа, заполнившего систему. В процессе выравнивания температуры газа с температурой окружающей среды давление в системе несколько понижается. В течение последующих 12 часов давление должно оставаться постоянным при условии постоянства температуры окружающего воздуха. При изменении температуры окружающего воздуха в пределах 10 °С пересчитывают давление по формуле: Р2 Р1 t2 t1 , где Р2 и Р1 – абсолютные давления соответственно в конце и начале испытания, МПа (кгс/см2); t2 и t1 – температура соответственно в конце и начале испытания, °С. Пример. Сторона высокого давления установки, работающей на 134а, испытывается давлением Р = 1,4 МПа. За первые 6 часов давление снизилось до 13,6 МПа, т. е. меньше, чем на 2 %. В течение последующих 12 часов температура воздуха понизилась от 19 до 12 °С. Определим, какое давление должно быть в системе при отсутствии утечек. Р 1,40 12 0,883 МПа. 19 Следовательно, давление должно быть по манометру 0,883 МПа. Более низкое давление указывает на утечки газа из системы. В этом случае находят неплотности, снижают давление до атмосферного, устраняют утечки, а затем испытывают систему под давлением обмыливанием соединений. 196 Вакуумирование системы холодильного агента Для удаления из системы воздуха и неконденсирующихся газов, а также для осушения ее от влаги перед заполнением холодильным агентом производят вакуумирование. При опрессовании системы холодильного агента неплотности в нем могут закупориться окалиной или иными механическими частицами. Во время эксплуатации оставшиеся неплотности будут неизбежно размыты хладоном, и появятся утечки. Вакуумирование системы помогает выявить эти скрытые дефекты. Перед испытанием системы вакуумом устанавливают на место все системные автоматические приборы, снятые на время испытания системы давлением. Испытания проводят посредством вакуум-насоса. Перед началом вакуумирования системы проверяют все ли запорные и соленоидные вентили (кроме вентиля, соединяющего систему с наружной средой) открыты. Вместо вакуумметра 2 (рис. 184) устанавливают вакуум-насос. Приводят его в действие и понижают в системе абсолютное давление. В начале испытания тщательно наблюдают за работой и температурой вакуум-насоса. Если температура увеличивается выше допустимой (предельная температура указана в заводской инструкции на данный насос), то насос на время останавливают. Перед остановкой обязательно закрывают вентиль на системе агента. При достижении в системе наибольшего разрежения вакуум-насос продолжает работать в течение 4 часов. Во время работы вакуум-насоса тщательно осушивают систему от влаги. Для этого водяные и рассольные полости конденсаторов и испарителей заливают водой с t = 50–80 °С или подают отработавший пар при избыточном давлении не более 0,12 МПа (1,2 кгс/см2). После того как температура аппаратов сравняется с температурой окружающей среды, записывают время и разрежение в системе, определяемое по вакуумметру. Испытание системы под вакуумом проводят в течение 12 часов. Величину разрежения в системе записывают через каждые 2 часа. Если в продолжение 12 часов при постоянной температуре окружающей среды остаточное давление в системе не повысится, результаты испытаний считают удовлетворительными. Необходимо знать, что при недостаточном осушении системы от влаги остаточное давление в конце испытания повысится за счет парциального давления испарившейся влаги. В таком случае систему необходимо еще раз испытать под вакуумом и просушить с последующей выдержкой под вакуумом 12 часов. При отсутствии вакуум-насоса, в крайнем случае, испытание системы разрежением может быть произведено штатным холодильным компрессором. Для этого полностью закрывают нагнетательный вентиль 20 и открывают установленный перед ним специальный запорный воздушный клапан; при его отсутствии следует ослабить фланцевое соединение запорного клапана на нагнетательной магистрали между клапаном и цилиндром. Положение всех вентилей должно быть таким же, как при испытании системы вакуум-насосом. Компрессор приводят в действие, и отсасываемый из системы газ выбрасывается в атмосферу через воздушный клапан или ослабленное соединение. Разрежение в системе контролируется вакуумметром. За работой компрессора ведут постоянное наблюдение, особенно тщательно контролируют уровень масла в картере через смотровое стекло. В случае повышенного уноса масла из картера, компрессор останавливают, закрыв предварительно всасывающий вентиль, и добавляют масло в картер. При достижении в системе наименьшего давления компрессор продолжает работать в течение 4 часов, после чего его останавливают. Одновременно с остановкой компрессора закрывают воздушный клапан или затягивают расслабленный фланец. Открывают вентиль 20 и выдерживают систему под вакуумом 12 часов. Результаты испытания системы холодильного агента фиксируют актом, в котором указывают дату, продолжительность испытания и все числовые данные. Система, выдержавшая испытания под вакуумом, считается подготовленной к зарядке холодильным агентом. 197 Испытание системы на герметичность хладоном. Зарядка системы Испытание на герметичность хладоном производят на первом этапе зарядки системы. Для этого баллон с хладоном устанавливают вертикально, головкой вверх, открывая вентиль на баллоне на 1–2 сек, продувают его. При этом из баллона должен выходить газообразный, а не жидкий хладон. Выход жидкого хладона указывает на переполнение баллона, что вызывает его повышенную взрывоопасность, так как давление в баллоне может оказаться в несколько раз выше нормального. В этом случае необходимо несколько раз открыть вентиль на баллоне до появления парообразного хладона. Перед введением в систему агента независимо от надписи краской на баллоне необходимо убедиться в том, что в баллоне находится хладон требуемой, а не другой марки. Для этого на штуцер вентиля устанавливают манометр, открывают вентиль и измеряют давление в баллоне. Зная температуру хладона в баллоне, равную температуре помещения, в котором длительное время находился баллон, сверяют давление в баллоне с табличным значением давления насыщенных паров при данной температуре. Пример. При температуре помещения 24 °С давление в баллоне, измеренное манометром, составляет 0,53 МПа (5,44 кгс/см2). По таблицам насыщенных паров хладона-134а находим, что при этой температуре абсолютное давление насыщенного пара хладона-134а составляет 0,63 МПа. Следовательно, в баллоне находится хладон-134а. В случае хладона-22 этой же температуре соответствовало бы избыточное давление 0,92 МПа (9,4 кгс/см2). Контроль каждого заряжаемого в систему баллона является обязательным. Для этого можно использовать манометр 12 (рис. 184). Использование хладона-22 для заполнения системы холодильной установки, предназначенной для работы на хладоне-134а, не разрешается ввиду более высоких рабочих давлений. Проверенный баллон 11 с хладоном, установленный вентилем вниз, подсоединяют при помощи зарядной трубки, продувают хладоном при ослабленной накидной гайке на штуцере вентиля 16. Вентиль 5 на обводном трубопроводе закрывают, чтобы хладон перед поступлением в систему обязательно проходил через фильтр-осушитель 15. Вентиль 16 и вентиль на баллоне открывают и заполняют систему парообразным хладоном до давления 0,2 МПа (2 кгс/см2). Зарядку временно прекращают для проверки всех соединений на плотность. Герметичность системы, заполненной хладоном, проверяют обмыливанием, галоидной лампой или электронным галоидным течеискателем. Принцип действия галоидных ламп основан на изменении цвета пламени, получающегося при сгорании топлива, которым заправлена лампа. По виду топлива они подразделяются на спиртовые, бензиновые и пропановые. При отсутствии в воздухе пара хладона пламя оказывается бесцветным. Если в воздухе, который подсасывается к горелке, имеется хладон, то при температуре 600–700 °С происходит разложение хладона и образование хлористого и фтористого водорода, которые в присутствии раскаленной меди увеличивают пламя и окрашивают его в зеленоватый цвет. При более высокой концентрации хладона в воздухе цвет пламени делается темно-зеленым, а затем зелено-синим. При больших концентрациях хладона лампа может погаснуть. На рисунке 185 показана спиртовая галоидная лампа ГЛ-1. Лампа заправляется этиловым ректификованным спиртом ГОСТ 5962-67 или этиловым техническим спиртом ГОСТ 17299-78 в количестве 35 см3 через отверстие в нижней части горелки 1, закрытое клапаном 9. Для прогрева лампы в чашку 8 следует налить спирт и поджечь. После того, как весь спирт выгорит, открыть регулирующий вентиль 2 и зажечь пары спирта в колпаке 5. Интенсивность регулируют вентилем 2. Пары спирта с большой скоростью выходят из прогретого корпуса лампы через отверстие в капсуле 3, эжектируют воздух из шланга 7, свободный конец которого поднесен к проверяемому соединению, проходят в смеси с воздухом через сопло 4 и сгорают в медном корпусе 6. Открытый конец шланга следует держать у контролируемого соединения не менее 15–20 с. 198 Рис. 185. Спиртовая галоидная лампа. Рис. 186. Пропановая галоидная лампа. Устройство пропановой галоидной лампы (рис. 186) отличается наличием баллона со сжиженным пропаном. Баллон 13 вставлен в корпус 14. При поворачивании до отказа колпака 1 игла 11 вскрывает мембрану 12, и газ поступает через фильтр 10 в отверстие капсюля 8, далее смешивается через шланг 7 с эжектируемым воздухом и горит в колпаке 6 в пределах медной сетки 5. Величину пламени регулируют клапаном 9, перемещаемым колпачковой гайкой 4 через пружину 3 и сильфон 2. По сравнению со спиртовыми, пропановые лампы обладают значительно большей продолжительностью работы при единовременной зарядке. Чувствительность пропановых и спиртовых ламп примерно одинакова. 4.12. Правила технической эксплуатации судовых холодильных установок Настоящие правила устанавливают требования к эксплуатации судовых холодильных установок компрессорного типа, работающих на хладоне-134а и хладоне-22. В процессе эксплуатации должны выполняться также общие требования, изложенные в общих требованиях к технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций. 4.12.1. Общие положения При эксплуатации холодильных установок следует принимать все меры по предотвращению выброса хладона в атмосферу. В соответствии с решениями Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, сообщения судов об инцидентах, связанных с выбросом хладона, должны без задержки передаваться судовладельцу. Сообщения должны передавать в случае выброса, в результате которого требуется: 1. Заправка (дозаправка) хладоном установки или системы. 2. Внесение конструктивных изменений в установку, систему или их оборудование. В сообщении должны содержаться сведения о марке и количестве потерянного вещества, обстоятельствах и причинах потери, о последствиях инцидента и принятых мерах. 199 В рефрижераторном машинном отделении должен находиться журнал учета работы установки, заполняемый лицами, ответственными за работу рефрижераторной установки. На судах, где должность рефрижераторного механика не предусмотрена, основные данные о работе установки записываются в машинном журнале. Фиксация температур в охлаждаемых провизионных камерах должна производиться лицом, ответственным за хранение продуктов, в специальном температурном журнале. В рефрижераторном машинном отделении на видном месте должны быть вывешены: 1. Выписка основных положений из инструкции по технике безопасности при эксплуатации размещенных в отделении машин и аппаратов. 2. Принципиальные схемы трубопроводов установки. 3. Правила оказания первой медицинской помощи при поражении хладагентом и медицинская аптечка. При размещении холодильного оборудования средней и большой холодопроизводительности (9300–58000 Вт и свыше 58000 Вт соответственно) вне специально выделенного помещения указанные выше документы должны быть вывешены вблизи установок. 4.12.2. Подготовка к пуску Перед предварительным охлаждением трюмов и камер должна быть проверена плотность закрытия охлаждаемых помещений, состояние трюмов, льял и холодильного оборудования. Выявленные дефекты должны быть устранены. О состоянии трюмов и их готовности к предварительному охлаждению должно быть доложено старшему механику. Результаты осмотра трюмов записываются в судовой журнал. При подготовке к пуску холодильной установки необходимо: 1. Выяснить по журналу причину последней ее остановки. Если остановка была вызвана неисправностью оборудования, необходимо убедиться в устранении неисправности. 2. Проверить герметичность компрессоров, теплообменных аппаратов, трубопроводов, арматуры, приборов автоматики и другого оборудования, относящегося к системе хладона. До начала работы по выявлению утечек хладона течеискателем или другими способами помещение должно быть тщательно провентилировано. При подготовке хладоновой системы к работе необходимо: 1. Проверить наличие хладона в установке по указателям уровня в конденсаторах и ресиверах (если имеются указатели). 2. Удалить воздух и неконденсируемые газы, если давление в системе превышает давление насыщенных паров хладона на 30–40 кПа (0,3–0,4 кгс/см2). Воздух и неконденсируемые газы удаляются при неработающем компрессоре из самой высокой части компрессорноконденсаторного агрегата после 2–3 ч прокачивания воды через конденсатор. Выпуск производится медленно и прекращается, когда давление в конденсаторе станет близким к давлению насыщенных паров хладона, соответствующему температуре охлаждающей воды либо воздуха, прогоняемого через воздушный конденсатор. 3. Включить осушитель, если до остановки холодильной машины были обнаружены признаки влаги в системе. 4. Подготовить запорную арматуру в соответствии со схемой работы, предусмотренной инструкцией по эксплуатации. Проверить подключение приборов сигнализации, защиты, управления и контроля. При подготовке к пуску системы водяного охлаждения необходимо: 1. Открыть клапаны на приемном и отливном трубопроводах. 2. Подготовить к пуску и пустить насос охлаждения либо обеспечить подачу воды из другой системы. 3. Удалить воздух из трубопроводов охлаждающей воды. В установках, имеющих электрическую блокировку пуска компрессора с насосом, поступление воды проверить после пуска компрессора. 200 При подготовке к пуску рассольной системы необходимо: 1. Проверить наличие, концентрацию и рН рассола. 2. Открыть запорную арматуру на всем протяжении рассольных трубопроводов, включаемых в работу. 3. Проверить исправность и срабатывание запорной арматуры с электроприводом и соленоидных вентилей; 4. Подготовить и пустить в работу рассольный насос. 5. Выпустить воздух из рассольных трубопроводов, испарителей и охлаждающих рассольных приборов через воздухоспускные клапаны при работающем рассольном насосе. При подготовке компрессора к пуску необходимо: 1. Проверить наличие и уровень масел в системе (картере, маслоотделителе), открыть запорные клапаны на маслопроводах, включить подогрев масла. 2. Провернуть вручную коленчатый вал компрессора на один–два оборота и убедиться в отсутствии заеданий; 3. Предупредить вахтенного механика о предстоящем включении холодильного оборудования (только для холодильных установок большой холодопроизводительности). 4.12.3. Ввод в действие 1. Пуск холодильной установки после технического осмотра или длительной остановки производится только с разрешения рефрижераторного механика или механика, ответственного за холодильную установку. 2. Пуск холодильной установки осуществляется в следующей последовательности: 1) Проверить выполнение всех подготовительных работ, предусмотренных в разделе 4.12.2. 2) Пустить вентиляторы. 3) Обеспечить нормальную работу системы пневматического управления и регулирования холодильных установок, для чего: пустить компрессоры пневматической системы управления; пустить установку осушки воздуха, подаваемого в пневматическую систему управления; продуть от влаги воздушный трубопровод и ресивер пневматической системы управления. 4) Подать электропитание ко всем электрическим приборам управления, защиты, контроля. 5) Ввести в систему автоматического управления задания по поддержанию требуемого режима работ. 6) Пустить в работу компрессор. 3. При пуске поршневого компрессора холодильной установки одноступенчатого сжатия необходимо: 1) При отсутствии перепускного клапана (байпаса) открыть запорный клапан на нагнетательной стороне компрессора. 2) При наличии перепускного клапана (байпаса) открыть его; запорный клапан на нагнетательной стороне компрессора должен оставаться закрытым. 3) Установить регулятор производительности компрессора в положение минимальной производительности. 4) Пустить в работу насос подачи смазочного масла на компрессор (при отсутствии автоматического запуска насоса совместно с компрессором). 5) В установках, имеющих регулирование скорости вращения, пустить компрессор с минимальной скоростью, постепенно увеличивая ее и контролируя: исправную работу системы смазки; 201 показания амперметра, не допуская возрастания силы тока свыше предельно допустимых величин; показания манометров, не допуская возрастания давления конденсации выше предельно допустимых величин и работу компрессора на вакууме. 6) По достижении номинальной частоты вращения компрессора открыть запорный клапан на нагнетательной стороне, если он был закрыт, после чего закрыть байпасный клапан. 7) Медленно открыть запорный клапан на всасывающей стороне компрессора. При появлении стуков в цилиндре компрессора, указывающих на попадание в них жидкого хладона, нужно быстро закрыть клапан на всасывающей стороне компрессора. После полного прекращения стуков в цилиндрах постепенно открыть всасывающий клапан. 8) Временно перекрыть клапан на трубке, связывающей компрессор с прессостатом низкого давления, если невозможен запуск компрессора ввиду понижения давления всасывания и срабатывания прессостата. 9) Открыть запорные клапаны на трубопроводах жидкого хладона, обеспечив его проход от конденсатора до испарителя. 10) Проверить режим работы установки, в случае необходимости произвести регулировку приборов управления, контроля, защиты и сигнализации. 4. При запуске холодильной установки провизионных камер малой и средней производительности необходимо выполнить только требования п. 1, 2 (пп. 1, 2, 4, 6, 7, 8); 3 (пп. 1, 2, 3, 5). 5. При пуске холодильной установки шкафов, охлаждаемых прилавков, ледоделок, питьевых колонок, морожениц необходимо выполнить только требования, изложенные в п. 1, 2 (пп. 6, 8), 3 (пп. 5). 6. При подключении теплообменных аппаратов непосредственно после пуска компрессора необходимо: 1) Открыть запорные клапаны либо регулирующие запорные клапаны на трубопроводах подачи жидкого хладона, помимо автоматических приборов заполнения испарителей, при этом следить за температурой во всасывающем трубопроводе у компрессора и температурой испарения, не допуская снижения разности этих температур менее 10 °С. 2) Закрыть запорные клапаны или ручные регулирующие запорные клапаны на трубопроводе подачи жидкого хладона, помимо автоматических приборов заполнения испарителей, при достижении устойчивого перегрева паров на выходе из испарителя на 2–3 °С выше перегрева, рекомендованного в п. 4.12.4.4. 3) Контролировать поступление охлаждающей воды в механизмы и теплообменные аппараты установки. 4.12.4. Признаки нормальной работы 1. После пуска необходимо периодически контролировать параметры холодильной установки. Нормальная работа установки характеризуется: 1) Поддержанием заданных температур и влажности воздуха в охлаждаемых помещениях, обуславливаемых технологией перевозки. 2) Разностью температур охлаждающей воды на выходе из конденсатора и входе в него, температурой и давлением конденсации, которые должны соответствовать данным, приведенным в заводских инструкциях. 3) Температурой кипения хладона, которая должна быть на 4–6 °С ниже средней температуры рассола в испарителях, а при непосредственном испарении – ниже температуры охлаждаемого помещения на 9–10 °С в установках большой производительности и на 12–20 °С в установках малой производительности. 202 4) Величиной перегрева паров хладона во всасывающих трубопроводах (до теплообменника) каждого испарителя в отдельности, которая должна поддерживаться в пределах: 1–1,5 °С для кожухотрубных испарителей, 2–3 °С для затопленных змеевиков, 5–10 °С для незатопленных с верхней подачей хладона. 5) Величиной перегрева паров хладона (после теплообменника) на всасывающей стороне компрессора, которая должна быть в пределах, рекомендуемых в графах 1 и 14 приложения 2. 6) Температурой паров хладона в нагнетательном трубопроводе компрессора, которую следует поддерживать в пределах, рекомендуемых в графах 6–13 приложения 2, а для установок с воздушным охлаждением конденсаторов и холодильных установок шкафов с водяным охлаждением конденсаторов – в соответствии с приложениями 3 и 4; при этом: для поршневых компрессоров допускается отклонение в большую сторону на 10–25 °С; максимальная температура нагнетания не должна превышать: для поршневых компрессоров на хладоне-134а – 125 °С, для поршневых компрессоров на хладоне-22 – 140 °С, для винтовых компрессоров на хладоне-22 – 90 °С. 7) Нагревом компрессора (картер, сальник, цилиндры крышки), при этом: температура картера не должна превышать температуру машинного отделения более чем на 25–30 °С; температура крышки компрессора с нагнетательной стороны должна быть близкой к температуре нагнетательного трубопровода. 8) Давлением смазочного масла. 9) Перепадом температур рассола на входе в испаритель и выходе из него, который при установившемся режиме должен быть равен 1–2 °С. 10) Разностью между средними температурами воздуха и рассола в воздухоохладителях, которая при установившемся режиме должна быть равна 8–11 оС. 11) Концентрацией рассола. 12) Разностью температур воздуха на входе в воздухоохладитель и на выходе их него. 13) Допустимой нагрузкой по току электропривода. 2. Работа холодильной установки, эксплуатируемой без постоянно установленных контрольных приборов, считается нормальной, если: 1) Выдерживаются заданные температуры в охлаждаемом объекте. 2) Коэффициент рабочего времени не превышает 0,75 (при максимальной температуре воздуха 32 °С). 3) Число циклов в течение часа находится от 2 до 5. 4) Испаритель полностью покрыт инеем. 4.12.5. Регулирование режима работ 1. В холодильных установках в процессе работы в зависимости от схемы установки могут регулироваться: 1) Холодопроизводительность компрессоров. 2) Количество жидкого хладона, подаваемого в испаритель. 3) Температура рассола. 4) Температура воздуха в охлаждаемых помещениях. 5) Температура и давление конденсации. 6) Температура паров хладона в конце сжатия. 7) Перегрев паров хладона на всасывающей стороне компрессора. 2. Холодопроизводительность судовых холодильных установок регулируется: 1) Изменением числа работающих компрессоров. 2) Изменением числа работающих цилиндров компрессоров с регулируемой холодопроизводительностью. 3) Изменением частоты вращения вала компрессора. 203 4) Изменением продолжительности работы компрессора (способом «пуск-остановка»). 5) Байпасированием паров хладона из нагнетательной стороны компрессора во всасывающую. 6) Изменением объема взаимно работающих витков винтового компрессора в единицу времени. 7) Дросселированием паров хладона на всасывающей стороне компрессора при помощи автоматических регуляторов давления кипения (регулятора давления «до себя»). Для ускорения снижения тепловой нагрузки на охлаждающее устройство рекомендуется в начальный период работы использовать имеющиеся резервы холодопроизводительности. 3. Регулирование подачи хладагента в испарительную систему при установившемся режиме следует осуществлять только при помощи дроссельных устройств. Дроссельные устройства – терморегулирующие вентили (ТРВ) и барорегулирующие вентили (БРВ) – должны регулироваться как можно реже, в основном при первичной настройке из положения «закрыто». Следует избегать перенастройки дроссельных устройств. При параллельной работе двух ТРВ на один испаритель необходимо одновременно регулировать оба ТРВ. Разрешается параллельная работа ТРВ с ручным регулирующим вентилем, если в результате недостаточной пропускной способности ТРВ невозможно снизить перегрев на всасывающей стороне испарителя до заданной величины. При параллельной работе ТРВ с ручным регулирующим вентилем запрещается перерегулировка ТРВ. Изменение подачи жидкого хладона должно осуществляться только ручным РВ. При этом следует контролировать нагрузку на электродвигатели. 4. Запрещается добиваться повышения температуры в охлаждаемых объектах либо рассола в системе за счет уменьшения подачи в испарители затопленного типа (кожухотрубные испарители, батареи непосредственного испарения с нижним подводом жидкого хладона), так как понижение уровня хладона приведет к нарушению возврата масла из испарителя в компрессор. 5. Температуру рассола следует регулировать автоматически или вручную путем: 1) Изменения холодопроизводительности установки методами, изложенными в п. 2; 2) Смешивания отепленного рассола с холодным. 6. Температура воздуха в охлаждаемых помещениях регулируется: 1) В установках с непосредственным испарением хладона: путем изменения холодопроизводительности компрессора, площади поверхности охлаждающих приборов, включенных в работу, интенсивности движения воздуха; 2) В установках с рассольной системой охлаждения: путем изменения температуры рассола, количества рассола, подаваемого в охлаждающие аппараты, площади охлаждающей поверхности батарей, включенных в работу, и интенсивности воздушного потока. 4.12.6. Обслуживание во время работы 1. Охлаждение помещений, предназначенных для перевозки скоропортящихся грузов, следует начинать за сутки до начала погрузки охлажденных грузов и не менее чем за двое суток до начала погрузки мороженых грузов. До начала погрузки охлажденных и замороженных скоропортящихся грузов (продуктов) рефрижераторные трюмы или провизионные камеры должны быть охлаждены на 2–3 °С ниже температуры, требуемой для перевозки данного груза, если нет других специальных указаний. 2. При обслуживании холодильной установки необходимо: 1) Проверить герметичность хладоновой системы. 2) Во избежание резких изменений давления кипения хладона отключение либо включение потребителей холода производить постепенно (плавно). 3) Проверять герметичность рассольной, водяной и пневматической системы наружным осмотром ежедневно. 4) Не допускать проникновения воздуха и влаги в хладоновую систему, для чего: не допускать работы установки на вакууме; 204 по возможности реже вскрывать хладоновую систему; вскрывать хладоновую систему на стороне низкого давления только после того, как температура вскрываемого участка сравняется с температурой окружающего воздуха; после проведения работ, связанных со вскрытием системы, вакуумировать либо продуть хладоном этот участок и включить линейный осушитель; дозарядку хладона в систему производить через осушитель. 5) Удалять воздух и неконденсирующиеся газы, если давление конденсации на 40–50 кПа (0,4–0,5 кгс/м2) выше рекомендованного. 6) Регулировать режим работы холодильной установки при его отклонении от нормального. 7) Проверять и поддерживать в требуемых пределах концентрацию, рН и чистоту рассола. 8) Удалять снеговую «шубу» с охлаждающих приборов. 9) Производить дозарядку системы хладоном. 3. При обслуживании компрессоров необходимо: 1) Следить за давлением смазочного масла. 2) Следить за уровнем смазочного масла в картере, который должен быть в рекомендованных пределах (1/2–3/4 высоты смотрового стекла). 3) Добавлять смазочное масло в установку после обнаружения явной утечки масла из системы (понижение уровня масла в картере компрессора ниже нормального не является основанием для добавления масла в компрессор). 4) Принимать меры к возврату масла из испарительной системы при понижении уровня ниже рекомендованного и отсутствии утечки масла из системы. 5) Предупреждать возможность уноса масла из картера компрессора. 6) Контролировать чистоту масляных фильтров; 7) Не допускать чрезмерного повышения температуры компрессора, которое может явиться следствием повышенного перегрева всасываемых паров, повышенной температуры хладона в конце сжатия, наличия воздуха в системе, плохой работы или поломки пластин, пружин клапанной группы, разрыва уплотнительных прокладок клапанной доски, плохой притирки «ложной» крышки, неправильной сборки механизма движения компрессора, недостаточной смазки узлов компрессора, неисправности предохранительных клапанов, байпаса, устройства разгрузки цилиндров. 8) Остановить компрессор при возникновении в нем металлического стука или гидравлических ударов. 9) Не допускать частых пусков компрессора и его работы на вакууме. 4. При обслуживании испарителей и конденсаторов необходимо: 1) Проверять герметичность наружных поверхностей; 2) Проверять герметичность внутренних полостей не реже двух раз в год. Проверке подлежат также неработающие конденсаторы и испарители, заполненные хладоном; 3) При обнаружении негерметичности конденсатора или испарителя немедленно перекачать весь хладон из поврежденного аппарата в исправные конденсаторы, ресиверы или баллоны, а также принять меры по восстановлению герметичности аппарата; 4) Поддерживать давление охлаждающей воды, подаваемой на конденсатор, не более 0,2 МПа (2 кгс/м2); 5) Не допускать размораживания кожухотрубных испарителей, для чего: проверять концентрацию рассола не реже двух раз в неделю; не допускать работы компрессора при прекращении поступления рассола через испаритель; при понижении температуры рассола ниже допускаемой, а также при неисправности приборов защиты от замерзания (одним из признаков начала замерзания рассола является быстрое понижение температуры рассола на выходе из испарителя, а также понижение давления кипения). 6) Не допускать загрязнений теплообменных поверхностей аппаратов, для чего: 205 при возрастании температуры конденсации на 3–4 °С выше данных, приведенных в заводских инструкциях, произвести внеплановую очистку конденсатора; своевременно производить удаление снеговой «шубы». 7) Систематически удалять воздух и неконденсирующиеся газы. 8) Не допускать пропусков рассола или воды. 5. Возврат смазочного масла из хладоновой системы в картер компрессора осуществляется путем временного перехода на «влажный» режим. При этом необходимо: 1) Перепустить масло из маслоотделителя в картер компрессора. 2) Открыть ручной регулирующий клапан или обводной запорный клапан и ТРВ либо отсоединить термочувствительный патрон ТРВ от трубы отсоса паров из испарителя. 3) Повысить давление конденсации путем уменьшения поступления охлаждающей воды на конденсатор до 0,8–1 МПа (8–10 кгс/см2) при хладоне-134а и 1,2–1,4 МПа (12–14 кгс/см2) при хладоне-22. 4) Прикрыть всасывающий клапан компрессора и клапан подачи жидкого хладона в продуваемый испаритель при возникновении гидравлических ударов в цилиндре компрессора. 5) Прекратить принудительный возврат масла из испарителей, когда уровень масла в картере компрессора перестанет повышаться, излишки масла удалить из картера компрессора. 6. Принудительный возврат масла из испарительной системы в картер компрессора производится последовательно из каждого испарителя. Эту операцию следует производить только при нормальном заполнении хладоном, что особенно важно в установках с кожухотрубными испарителями. 7. При добавлении или смене масла смешивать масла различных марок запрещается. 8. Необходимо вскрывать линейные фильтры при засорении сетки и фильтрующего элемента, что обнаруживается по появлению разности давлений до и после фильтра. Вскрытие линейного фильтра разрешается только после отсоса из него хладона. 9. Осушитель должен включаться в работу: 1) Во время зарядки или дозарядки системы хладоном; 2) После обнаружения влаги в системе; 3) После вскрытия системы. Осушитель выключается не раньше, чем через 4 часа после исчезновения последних признаков наличия влаги в системе. При невозможности отключения осушителя селикагель или цеолит из него должен быть удален. 10. При систематическом замерзании воды в терморегулирующем вентиле либо при засорении фильтра и фильтрующего элемента осушителя необходимо разобрать фильтросушитель и заменить адсорбент. 11. Все запорные клапаны хладоновой системы с сальниковыми уплотнениями штока должны иметь над шпинделем глухие клапаны с прокладками, без которых эксплуатация клапанов не допускается. 4.12.7. Вывод из действия (остановка) 1) 2) 3) 4) 1. При длительной остановке (свыше 15 суток) необходимо: Отсосать из испарителей хладон в ресивер и конденсатор путем принудительной работы компрессора при закрытом клапане на жидкостной линии после ресивера. Отсос хладона производить до давления 20–30 кПа (0,2–0,3 кгс/см2) многократно до тех пор, пока давление в испарителях после остановки компрессора перестанет возрастать. Снизить холодопроизводительность компрессора до минимума при помощи регулятора производительности, если это допускается конструкцией регулятора. Выключить электропитание электродвигателя, предварительно закрыть клапан на всасывающей стороне компрессора. 206 5) Закрыть запорный клапан на нагнетательной стороне компрессора после полной остановки компрессора. 6) Прекратить подачу охлаждающей воды на конденсаторы, компрессоры, охладители масла. 7) В зимнее время удалить из компрессора, теплообменных аппаратов, трубопроводов воду и рассол малой концентрации и продуть их воздухом. 8) В холодильных установках большой и средней производительности закрыть запорные клапаны испарителей, конденсаторов, теплообменников, фильтров, осушителей, приборов управления, контроля и сигнализации. 9) Остановить рассольные насосы, закрыть клапаны на всасывающей стороне. 10) Остановить вентиляторы. 11) Записать в журнал время и причину остановки установки. 2. При кратковременной остановке (менее суток) необходимо выполнить следующие требования п. 1: для установки большой производительности: п. 1 (пп. 3, 4, 5, 6, 11); для установки средней производительности: п. 1 (пп. 3, 4), не закрывая запорного клапана на всасывающей стороне компрессора. 3. При остановке свыше суток, но менее 15 суток для установок большой и средней производительности необходимо выполнить требования пп. 1, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11 п. 1. 4. В холодильных установках малой производительности вне зависимости от срока бездействия остановка производится путем выключения электропитания подачи охлаждающей воды на конденсатор. 5. При внезапной остановке компрессора установки большой производительности необходимо закрыть клапаны подачи хладагента в испаритель на всасывающей и нагнетательной сторонах компрессора, после чего произвести все переключения согласно п. 2. 4.12.8. Общие указания по техническому обслуживанию 1. Техническое обслуживание холодильных установок необходимо выполнять с учетом требований, изложенных в разделе 3 части I РД 31.21.30-97. 2. Перед ремонтом или вскрытием механизмов и систем холодильной установки, а также в случае разгерметизации конденсатора или испарителя из них должны быть удалены хладон, рассол и вода. 3. После ремонта холодильной установки должна быть произведена обкатка компрессоров. 4. Холодильные установки совместно с системами, арматурой, аппаратами, приборами контроля и управления до заполнения их хладоном должны быть испытаны на плотность (герметичность) сухим воздухом, углекислотой или азотом в объеме и в соответствии с требованиями Правил Регистра. 5. После окончания испытаний на плотность система холодильного агента должна быть осушена и затем испытана на герметичность вакуумированием при остаточном давлении не более 1,5 кПа. 6. После заполнения системы хладоном вся хладоновая система со всеми механизмами, аппаратами, приборами, трубопроводами подлежит испытанию на плотность при рабочих условиях. 7. Испытания холодильной установки после ее монтажа или ремонта должны производиться по специальной программе, согласованной с заказчиком и одобренной Регистром (для поднадзорных установок). 4.12.9. Удаление хладона из системы 1. Удаление жидкого хладона из системы производится путем перекачивания его в баллоны, присоединенные к фланцу наполнения; в установках малой производительности перекачка газообразного хладона в баллоны производится путем присоединения их к штуцеру запорного клапана на нагнетательной стороне компрессора. 207 2. Категорически запрещается использовать для наполнения хладоном баллоны, если: срок периодического освидетельствования истек; отсутствуют клейма установленного образца; неисправны клапаны; имеются повреждения корпуса или башмаков: они не предназначены для хранения хладона и не имеют соответствующей окраски и надписей. При эксплуатации баллонов следует руководствоваться требованиями раздела 16 части VII Правил Регистра. 3. При подготовке баллонов к заполнению хладоном необходимо: 1) Определить массу оставшегося в баллоне хладона (взвешиванием). 2) Незаполненный хладоном баллон, в котором нет избыточного давления, должен быть вакуумирован до остаточного давления 2,7 кПа (20 мм рт. ст.). 3) Определить допустимую вместимость каждого баллона с учетом емкости (по клейму). Максимальная норма наполнения на 1 л емкости баллона составляет: хладон-134а – 1 кг, хладон-22 – 0,9 кг. 4. При перекачивании жидкого хладона в баллон через зарядный клапан необходимо: 1) Установить баллон на весы наклонно головкой вверх. 2) Присоединить баллон к клапану для наполнения. 3) Открыть клапан на баллоне. 4) Пустить компрессор, включив в работу всю установку. 5) Закрыть клапан подачи жидкого хладона от регулирующей станции в испаритель. 6) Открыть клапан наполнения, контролируя по весам количество хладона, подаваемого в баллоны. 7) При усиленном уносе масла добавить его в картер компрессора. 8) После наполнения баллона остановить компрессор, закрыть клапан наполнения и клапан на баллоне, отсоединить и удалить баллон. 5. Для ускорения наполнения баллона хладоном рекомендуется: 1) Поддерживать давление конденсации в пределах 0,9–0,95 МПа (9–9,5 кгс/см2) в установках, работающих на хладоне-134а, и 1,2–1,4 МПа (12–14 кгс/см2) в установках, работающих на хладоне-22, путем изменения количества охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор; 2) Охлаждать баллон холодной водой или льдом. 6. При перекачивании хладона в баллон через штуцер запорного клапана на нагнетательной стороне компрессора выполняются те же операции, что и при перекачивании хладона через клапан наполнения (см. п. 9.4), со следующими изменениями: До присоединения трубки к штуцеру запорного клапана на нагнетательной стороне компрессора необходимо перекрыть путь хладона к штуцеру клапана, открыв последний до упора. Охлаждение баллона, работающего в данном случае как конденсатор, обязательно. Медленно закрывая запорный клапан на нагнетательной стороне компрессора, поддерживать давление нагнетания в пределах, указанных в п. 9.5, для удаления из системы остатка хладона полностью закрыть запорный клапан на нагнетательной стороне компрессора. 7. Во время проведения работ по удалению из системы хладона необходимо обеспечить надежную вентиляцию помещения и строгое соблюдение обслуживающим персоналом правил техники безопасности. 4.12.10. Наполнение системы хладоном и дозарядка 1. Наполнение хладоновой системы хладагентом после ремонта разрешается производить при наличии акта испытания на плотность и только после того, как она вакуумирована, осушена, заполнена маслом и приведена в состояние готовности к пуску. 2. Запрещается использование хладона-22 для заполнения системы холодильной установки, предназначенной для работы на хладоне-134а. Запрещается использование смесей 208 хладона-134а и хладона-22 при заполнении или дозарядке холодильной установки. Характеристики хладагентов приведены в приложениях к правилам. 3. Количество хладона для первоначального заполнения определяется по паспортным данным установки. При наполнении или дозарядке системы хладоном категорически запрещается нагрев баллона. 4. Присоединение баллона с хладоном к системе холодильной установки для ее наполнения допускается только после проверки: 1) Соответствия содержимого баллона окраске, надписям и клеймам, выполненным на баллоне в соответствии с правилами Гостехнадзора, а также сертификату. 2) Контрольной проверки марки хладона по таблице насыщенных паров хладона с измерением давления в баллоне при установившейся температуре. 5. Наполнение и дозарядка хладоном холодильных установок осуществляется через клапан наполнения (зарядное устройство). Для установок малой холодопроизводительности при отсутствии зарядного устройства наполнение производится через штуцер двухходового запорного клапана на всасывающей стороне компрессора. 6. Наполнение хладоном холодильных установок через зарядное устройство осуществляется в следующей последовательности: 1) Установить баллон с хладоном на весы клапаном вниз. 2) Соединить баллон с клапаном наполнения, обеспечив при этом прохождение хладона через штатный или переносной осушитель. 3) Продуть хладоном переносной осушитель и зарядную трубку. 4) Закрыть клапан на жидкостной магистрали после конденсатора (ресивера). При наличии ручных регулирующих клапанов открыть их, закрыв клапаны у терморегулирующего вентиля. 5) Открыть клапан наполнения и клапан на баллоне. 6) Подачу хладона в систему, находящуюся под вакуумом, производить до момента повышения давления в испарительной системе, не превышающего 0,25 МПа (2,5 кгс/см2). 7) Пустить компрессор, включив в работу всю установку и доведя давление в испарительной системе до 50 кПа (0,5 кгс/см2), остановить компрессор. 8) Пропустить новую порцию хладона из баллона в испаритель. 9) Указанные в пп. 6, 7, 8 операции повторять до тех пор, пока система не будет заполнена хладоном. 10) После опорожнения баллона, что определяется по показаниям весов и появлению инея на зарядной трубке и баллоне вблизи запорного клапана, закрыть клапан на баллоне и отсосать хладон из переносного осушителя и зарядной трубки (рекомендуется в опорожненном баллоне оставлять избыточное давление газообразного хладона равным 0,2–0,5 атм. 11) По окончании операции наполнения хладоном закрыть клапан наполнения, убрать баллоны из помещения, провентилировать машинное помещение, проверить герметичность всех соединений. 12) Во избежание переполнения системы хладоном при первоначальном наполнении последняя заполняется на 60–70 % ориентировочно подсчитанного количества хладона с последующим его добавлением в процессе рабочих испытаний холодильной установки. 5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ТАНКЕРОВ При эксплуатации танкерного флота большое внимание уделяется предотвращению загрязнения моря нефтепродуктами. Главная роль отводится специальным системам, к которым относятся грузовые, зачистные, газоотводные, мойки танков и подогрева жидкого груза. К таким системам предъявляются следующие требования: время выкачивания груза из танков не более 10 часов; обеспечение пожарной безопасности при приеме, перевозке и выгрузке груза; простота устройства и удобство управления при минимальном числе обслуживаю209 щего персонала; прием и выдача груза на оба борта, с кормы или с носа судна, перекачивание его между группами и отдельными танками; прием балласта в танки самотеком и балластным насосом; быстрый предварительный подогрев вязких нефтепродуктов в танках до необходимой температуры (не более 16 часов). 5.1. Грузовые и зачистные системы Грузовая система (ГС) служит для: приема груза и балласта в грузовые танки самотеком и грузовыми насосами, выгрузки груза и выкачки балласта, перекачки груза в пределах танкера грузовыми насосами или перепуска самотеком из танка в танк, одновременного приема или выгрузки нескольких сортов нефтепродуктов. Такими системами оборудуются все нефтеналивные суда. Они обеспечивают сохранение груза и его пожарную безопасность. Мощность грузовых насосов составляет 20–25 % мощности главных двигателей. В состав ГС входят следующие элементы: грузовые насосы; магистрали (∅500 мм) с отростками (∅400 мм), отходящими в грузовые танки; палубные погрузочно-разгрузочные трубопроводы с приемо-раздаточными патрубками; клинкеты, приемники, фильтры и аппаратура. На танкерах малого и среднего тоннажа применяются грузовые насосы поршневого типа (ПН), позволяющие создать надежный вакуум с подачей 100–400 м3/ч. На крупнотоннажных танкерах – насосы центробежного типа с подачей 500–2000 м3/ч и более. В качестве привода поршневых насосов используются электродвигатели и паровые машины, а центробежных – электродвигатели, паровые турбины и гидроприводы. Грузовые насосы развивают напор 0,80–1,4МПа. Зачистная система (ЗС) используется для выкачивания остатков нефтепродуктов (1,5– 2,0 % от груза в танках). Зачистная система подобна грузовой, но без отдельного палубного трубопровода. У нее трубопроводы меньших диаметров (250 мм) и меньше (в 4–5 раз) подача насосов. Грузовые системы в зависимости от тоннажа и количества сортов груза делятся на линейные, кольцевые, с перепускными клинкетами и комбинированные. Зачистные системы бывают: линейные и кольцевые, которые могут быть объединены с системой мойки танков. Для такой схемы характерны: простота устройства и надежность в ТЭ, меньшая стоимость, приемлемость для большого числа сортов груза. К недостаткам относятся: меньшая живучесть и недостаточная оперативность в управлении. Рис. 187. Принципиальные схемы судового и балластного трубопроводов нефтеналивного судна (I–IV группы танков): ____ – грузовой; _ _ _ – балластный трубопровод. 210 Система с перепускными клинкетами чаще используется при перевозке одного груза (когда клинкеты установлены на переборках танков, и груз забирается насосом из одного танка, а остальные соединяются с ним путем последовательного перепуска). К преимуществам этого метода следует отнести простоту устройства, отсутствие грузового трубопровода, длительную работу насосов при полном напоре на всасывании и соответственно полную производительность. Недостатками являются: невозможность одновременного проведения выгрузки и балластировки танков, при неисправности какого-либо из клинкетов и необходимости освободить один или два танка это можно сделать только с помощью зачистной системы. Грузовые и зачистные насосы размещаются в отдельном насосном отделении или в настоящее время устанавливаются в каждом танке, это так называемые погружные насосы. Погружные насосы могут иметь привод с палубы или местный в виде гидромотора, а для балластных насосов – в виде гидротурбины. Всасывающие и напорные трубопроводы ГН соединяются между собой, образуя кольцевой трубопровод. На магистралях в пределах каждого танка устанавливаются компенсаторы, обычно сильфонного типа. В каждый танк вводится не менее чем по одному грузовому и зачистному отростку, который имеет запорный клинкет и оканчивается приемником. Открытие и закрытие клинкетов осуществляется с верхней палубы с помощью валиковых приводов. На верхней палубе по обоим бортам и в корме или в носу устанавливаются приемораздаточные патрубки с клинкетами. К ним с помощью быстроразъемных соединений присоединяются гибкие рукава для перекидывания на берег или другое судно. Прием груза производится по гибким рукавам и через палубную магистраль подводится к стоякам, идет вниз в кольцевой грузовой трубопровод насосного отделения. Затем, минуя грузовые насосы, по наливной перемычке попадает в трюмную грузовую магистраль. Заполнение выбранных танков происходит при открытии клинкетов на соответствующих грузовых отростках. Контроль уровня груза в танке осуществляется с помощью измерительных труб и дистанционных уровнемеров. Выкачку груза из выбранных для опорожнения танков производят с помощью ГН при открытых клинкетах на грузовых отростках. После этого производят зачистку танков. Для этой цели используются зачистные насосы (ЗН), которые через зачистные отростки подают остатки груза по тем же стоякам в палубную грузовую магистраль. Включение ЗН в действие производится после того, как уровень жидкости в танках понизится до 800–1000 мм от днища. Для уменьшения сопротивлений на трубопроводах в качестве запорных органов устанавливаются клинкеты. Для обеспечения безопасности необходимо соблюдать следующие условия: трубопроводы грузовой и зачистной систем и арматура заземляются на корпус судна; на фланцевых соединениях в грузовом насосном отделении, на палубе, в грузовых и топливных танках устанавливаются контактные перемычки (обычно латунные или луженые); болты и отверстия во фланцах в местах соединения с перемычками должны быть луженые; под хомутами крепления грузовых и зачистных трубопроводов устанавливаются прокладки из материалов, исключающих искрообразование; съемные шланги, переходы и патрубки для перекачки нефтепродуктов оборудуются фланцами из материалов, исключающих искрообразование; инструмент донкермана омедняется во избежание искрообразования. 5.2. Газоотводные системы Газоотводные системы (ГС) используются для удаления газовоздушной смеси из грузовых танков в атмосферу в процессе приема нефтепродуктов и выпуска их паров, образующихся под действием тепловой энергии солнечных лучей. Принципиальная схема такой системы приведена на рисунке 188. В состав ГС входят следующие элементы: палубные газоотводные магистрали с газоотводными трубами, стояки, клапаны. Каждый танк имеет горловину с крышкой, через которую выводится газоотводная труба. Стояки размещаются вблизи грузовых колонн или полумачт во избежание загромождения верхней палубы. Высота стояков принимается в зависи211 мости от сорта перевозимого груза, и чем ниже температура вспышки паров груза, тем больше высота стояка. Обычно она колеблется в пределах 2–10 м. В газоотводных трубах на выходе из танка устанавливается автоматический дыхательный клапан механического гидравлического типа. Он срабатывает (выпускает нефтяные пары в атмосферу) только по достижении определенного избыточного давления в танке, за счет чего резко уменьшаются потери от испарения нефтепродуктов. Для предотвращения распространения пламени (в случае пожара) по газоотводным трубам на стояках и других грузовых танках устанавливаются огневые предохранители с пламепрерывающими сетками. Вследствие образования паров в танках повышается давление, которое создает пожароопасную обстановку на танкере. Газоотводная система позволяет выровнять давление в танках в соответствии с атмосферным. Рис. 188. Газоотводная система: 1 – горловина танка; 2 – дыхательный клапан; 3 – газоотводная труба; 4 – путевой огневой предохранитель; 5 – кормовая газоотводная магистраль; 6, 11 – полумачты левого и правого борта; 7 – концевой огневой предохранитель; 8 – разобщительный клапан; 9 – носовая газоотводная магистраль; 10 – балка; 12 – газоотводной стояк; 13 – верхняя палуба; 14 – компрессор сдачи паров груза на терминал. Газоотводные системы разделяются на автономные и групповые. Первая обслуживает отдельно каждый танк, вторая соответственно группу грузовых танков. Современные танкеры среднего и большого тоннажа оборудуются автономными системами с высокоскоростными выпускными устройствами (более 30 м/с). Это позволяет устранить пожарную опасность на верхней палубе танкера, предотвратить накопление опасной газовой смеси у горловины грузового танка. 5.3. Системы мойки и вентиляции грузовых танков Необходимость использования таких систем на танкерах обусловлена следующим: в процессе ТЭ танкера в грузовых танках и трубопроводах образуются остатки нефтепродуктов, которые оседают на их внутренних поверхностях. В их устранении и заключается роль таких систем. Процесс мойки является трудоемкой операцией, при выполнении которой используется забортная вода с температурой 55–65 °С. В том случае, когда происходит смена перевозимого груза, а также при подготовке танков к приему чистого балласта и ремонту грузовые танки дополнительно подвергаются пропариванию, вентиляции и очистке. 212 Существуют различные варианты систем мойки, в частности: с переносными моечными машинками; со стационарными моечными машинками, комбинированные. Основными элементами систем мойки являются: два отстойных танка, моечный насос, подогреватели моющей воды, устройства для подачи моющего состава в воду, трубопроводы моющей воды с арматурой, моечные машинки, КИП. В таких системах используются также ЗН с зачистным трубопроводом. Каждая из указанных разновидностей систем мойки в силу своих достоинств и недостатков имеет свою область использования. Например, система с переносными моечными машинками проще по устройству, позволяет обеспечить полную отмывку поверхностей танка и более простую замену неисправных моечных машинок. В то же время при использовании этой системы возрастает трудоемкость моечного процесса. Такие системы целесообразно использовать на танкерах дедвейтом 15000 тонн с большим количеством грузовых танков и сложным для промывки корпусным набором. Комбинированная система более предпочтительна для крупнотоннажных танкеров. Режим работы этих систем определяется объемом моечных и зачистных работ, и в зависимости от этого различают следующие режимы: легкий (при перевозке светлых нефтепродуктов), средний (при перевозке темных нефтепродуктов), тяжелый (когда танки не имеют защитных покрытий и постоянно работают при перевозке сырой нефти). В зависимости от назначения различают следующие виды мойки: для чистого балласта, с целью осмотра и определения технического состояния (ТС), для профилактических целей, выборка остатков и домывка для проведения ремонта, для смены груза (включая и пищевой). В зависимости от технологических процессов различают мойку забортной водой по разомкнутому циклу (из-под пищевого груза) и забортной водой с применением химических препаратов по замкнутому циклу. При этом могут быть использованы различные режимы, например, с подогревом забортной воды или раствора химического препарата в подогревателях и без него. Процесс мойки по разомкнутому циклу осуществляется с двухступенчатым отстоем промывочной воды. К перспективным методам мойки танков можно отнести стационарные системы с гидромониторами. Их использование позволяет существенно снизить затраты ручного труда. В частности, такими системами оборудовались танкера типа «Крым» и «Маршал Буденный». Однако наибольшими преимуществами обладают системы мойки сырой нефтью в среде инертных газов. Такие системы предпочтительнее использовать на крупнотоннажных танкерах. Важнейшей операцией при мойке и дегазации танков является их вентиляция. Она выполняется: при подготовке танкера к приему пищевых продуктов, входе обслуживающего персонала в танки, выполнении огневых работ и т. п. Ее проведение обусловлено тем, что в процессе механической мойки не удается снизить содержание паров нефтепродуктов до требуемых норм. Исходя из этого танкеры оборудуются переносными пароструйными вентиляционными установками (инжекторами), переносными вентиляторами с приводом от системы сжатого воздуха или пожарной магистрали. При вентиляции грузовых танков можно использовать и грузовой трубопровод. 5.4. Системы подогрева груза Системы подогрева груза (СПГ) предназначены для понижения вязкости груза путем его подогрева до температуры 60–70 °С. Их использование позволяет существенно повысить производительность ГН и сократить период погрузочно-разгрузочных операций. Эти системы являются обязательными для танкеров, перевозящих крекинг-мазуты и грузы парафинистого типа, обладающие высокой вязкостью. К СПГ предъявляются следующие требования: время подогрева груза не более 12 ч; теплообменные аппараты (подогреватели) должны обеспечивать равномерный подогрев груза во всех танках, конструкция подогревателей должна обеспечивать свободный сток обра213 зующегося конденсата и продувание трубопроводов сжатым воздухом, подогреватели должны быть надежными и располагаться в местах, удобных для их ремонта. Основные элементы этих систем – это трубчатые подогреватели, размещаемые выше днища танка на 100–200 мм. В качестве греющей среды используется пар с давлением 0,3–0,5 МПа. В судовой практике применяются различные конструктивные типы СПГ, в частн ости: продольно-секционные, поперечно-секционные, продольно-змеевиковые, поперечнозмеевиковые. Отличительная особенность продольно-секционного типа состоит в наличии продольных секций прямых труб, размещаемых вдоль всего судна и по длине кажд ого грузового танка. При этом для каждого стока конденсата секции устанавливаются с уклоном в корму. Рис. 189. Продольно-змеевиковая система подогрева груза: а – план по верхней палубе; б – план по трюму; 1 – трубопровод от котла; 2, 11, 13 – разобщительные клапаны; 3 – палубная паровая магистраль; 4 – пусковой клапан; 5 – распределительный трубопровод; 6 – стояк в грузовой танк; 7 – стояк на верхнюю палубу; 8 – змеевиковый подогреватель; 9 – конденсатоотводчик; 10 – трубопровод от котла. Характерная особенность СПГ поперечно-секционного типа заключается в наличии поперечных секций труб, укладываемых в танках между флорными шпангоутами. Причем сток конденсата в них обеспечивается уклоном в сторону одного из бортов. В процессе разгрузки танкера создается искусственный крен в том же направлении. В системах третьего и четвертого типов вместо секций устанавливаются змеевики. Секционные системы имеют меньшую длину труб. Для змеевиковых характерна простота устройства, лучшая продуваемость труб сжатым воздухом. Однако у них затрудненный сток конденсата и менее эффективна теплопередача. Принципиальная схема продольнозмеевиковой СПГ приведена на рисунке 189. Так как трубы подогревателей из обычной стали подвергаются интенсивной коррозии и требуют частой замены, экономически целесообразнее их изготавливать из более дорогих материалов: нержавеющей стали, алюминиевой бронзы, алюминиевой латуни. Такие трубы меньше весят, поэтому их можно сделать съемными для удобства ремонта. На нефтенавалочниках это свойство особенно востребовано, так как под сыпучие генеральные грузы подогреватели необходимо убирать из танков или хотя бы с днища танка. Их иногда подвешивают в этом же танке-трюме под палубой, а иногда делают на шарнирах и отводят их к поперечным и продольным переборкам в специальные ниши и закрывают съемными листами. На японских нефтенавалочниках в нишах или гофрах поперечных переборок устанавливаются стационарные подогреватели (рис. 190). 214 Гофры 4 образуют полости, внутри которых установлены вертикальные подогреватели 3. Эти полости закрыты дополнительными листами 2. Холодная жидкость подтекает к подогревателям снизу через наклонное соединение гофра с настилом двойного дна. Нагреваясь, жидкость в полости гофра поднимается вверх и через отверстия в верхней части поступает в танк. При перевозке навалочных грузов верхние и нижние отверстия закрываются заглушками. В паровых трубчатых системах подогрева в последнее время нередки случаи использования в системах подогрева термальных жидкостей. Они обладают рядом преимуществ перед пароконденсатными системами. Отсутствует опасность размораживания труб в зимнее время и при плавании в Арктике. Коррозия труб со стороны теплоносителя практически отсутствует, давление в них небольшое, в связи с чем масса конструкции значительно снижается. Отсутствует необходимость водоподготовки и очистки труб от накипи, что упрощает эксплуатацию и котельной установки, Рис. 190. Стационарные подогреватели: и системы подогрева. грузовых трюмов нефтенавалочников: Работу системы несложно автоматизиро1 – трубопровод конденсата; 2 – съемный вать. Однако такая система требует тщательной лист; 3 – теплообменник; 4 – гофр герметизации, так как утечка жидкости недопупоперечной переборки; 5 – паровой стима по причине ее дороговизны, а также, если трубопровод; 6 – поперечная переборка. это произойдет в котлах, возможно возникновение пожара. Системы с термальной жидкостью могут быть одноконтурными и двухконтурными. Более универсальна двухконтурная система (рис. 191). Циркуляционная система подогрева Эта система имеет определенные достоинства: легкость обслуживания ремонта, отсутствие загромождений на днище танков, снижение времени на мойку и последующую очистку от твердых отложений. Недостатком системы является неравномерность прогрева массы груза и не всегда достаточная интенсивность прогрева. Из-за этого данный способ подогрева получил меньшее распространение, чем трубный и, как указывалось, в основном применяется на нефтенавалочниках и на танкерах с раздельной грузовой системой, т. е. с единичными танками, обслуживаемыми погружными насосами. В этом случае упрощается решение задачи циркуляции груза через подогреватель, и в качестве циркуляционного может быть использован грузовой насос. Два таких варианта использования погружных насосов и показаны на рисунках 192 и 193. Теплообменники устанавливаются либо в подпалубном пространстве и крепятся снизу к палубе (рис. 192), либо на палубе (рис. 193). В последнем случае использован вариант системы подогрева норвежской Фирмы «Фрахто», в которой применены погружные насосы фирмы «Туне-Эурека». Для улучшения всасывания застывших масс продукта погружными грузовыми насосами, работающими в режиме циркуляционных без местного подогрева у нижнего храпка, установлен второй приемник 5, расположенный на высоте 1,0–1,5 м от днища танка. На этой высоте расположено «ядро» незастывшей массы груза. Приемник 5 имеет в верхней части 215 запорный клапан с избыточной плавучестью. Когда насос работает как циркуляционный, забор груза производится через верхний приемник. В период работы погружных насосов в режиме грузовых верхний приемник в конце выгрузки закрывается оседающим клапаном, и всасывание груза производится через нижний приемник. Рис. 191. Двухконтурная система подогрева нефтепродуктов термальными жидкостями: 1 – расширительный бак; 2 – циркуляционные насосы вторичного контура; 3 – утилизационный термомасляный котел; 4 – вспомогательный термомасляный котел; 5 – циркуляционные насосы первичного контура; 6 – смеситель. Рис. 192. Циркуляционный способ подогрева груза в подпалубном теплообменнике: 1 и 2 – соответственно грузовой погружной насос и его привод; 3 – фильтр; 4 – клапан; 5 – теплообменник. Рис. 193. Циркуляционный способ подогрева груза в палубном теплообменнике с усовершенствованным храпком: 1 – нижний приемник храпка; 2 – тройниковый храпок; 3 и 4 – соответственно грузовой погружной насос и его привод; 5 – верхний приемник храпка; 6 – грузовой трубопровод; 7 – запорный клапан; 8 – теплообменник; 9 – поплавковый запорный клапан. Если танкер универсальный или спроектирован для работы в северных широтах, на нем предусматривается система подогрева в танках изолированного балласта. Ее назначение – предотвратить образование льда или ледовой шуги в танках и таким образом обеспечить надежную работу балластной системы. Существенный подогрев воды не предусматривается, поэтому подогреватели в балластных танках имеют значительно меньшую поверхность нагрева, чем в грузовых. 216 6. ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И КОНСТРУКЦИЙ 6.1. Область применения Настоящие Правила технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций (в дальнейшем – Правила) содержат требования к техническому использованию и техническому обслуживанию корпуса, систем, устройств, агрегатов и механизмов судов морского флота Российской Федерации, направленные на предотвращение отказов, и тем самым на обеспечение безопасности людей, судна, перевозимого груза и охраны окружающей среды. Правила распространяются на морские суда, которые эксплуатируются под Государственным флагом России и зарегистрированы инспекцией государственного надзора морского торгового порта в одном из реестров судов Российской Федерации в соответствии с требованиями Кодекса торгового мореплавания, а также на судовладельцев этих судов независимо от форм собственности. Знание и исполнение Правил обязательно для членов экипажей морских судов и должностных лиц судовладельца. Объем необходимых знаний каждого конкретного члена экипажа судна и должностного лица судовладельца в зависимости от занимаемой должности, типа и конструктивных особенностей судов определяет судовладелец. Типовой перечень лиц, обязанных полностью или частично знать Правила, приведен в Приложении «А», РД 31.21.30-97. Настоящие Правила не охватывают технические средства радиосвязи и навигации. Правила не распространяются на ядерные паропроизводящие установки. 6.2. Нормативные ссылки В настоящих Правилах использованы ссылки на следующие нормативные документы: 1) Устав службы на морских судах России. 2) Правила технической эксплуатации морских судов. Основное руководство. 3) Правила техники безопасности на судах морского флота. 4) Наставление по борьбе за живучесть на судах морского флота. 5) Руководство по техническому надзору за судами в эксплуатации. Российский Морской Регистр судоходства (Регистр). 6) Правила классификации и постройки морских судов. Регистр. 7) Правила по оборудованию морских судов. Регистр. 8) Правила по грузоподъемным устройствам морских судов. Регистр. 9) Правила о грузовой марке морских судов. Регистр. 10) Санитарные правила для морских судов. 11) Наставление по предотвращению загрязнения с судов. РД 31.04.23-94. 12) Правила морской перевозки опасных грузов (правила МОПОГ). РД31.15.01-89. 13) Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. РД 31.20.50- 87. 14) Методика дефектации морских транспортных судов (ЦНИИМФ) 15) Международная конвенция по охране человеческой жизни на море (СОЛАС). International Maritime Organization (IMO). 16) Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ). IMO. 17) Международная конвенция о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты (ПДМНВ). IMO. 18) Кодекс безопасной практики перевозки навалочных грузов. IMO. 19) Кодекс безопасной практики для судов, перевозящих палубные лесные грузы. IMO. 217 20) Кодекс безопасной практики размещения и крепления груза. IМО. 21) Международный кодекс по безопасной перевозке зерна насыпью. IMO. 22) Международный кодекс по газовозам (МКГ), IМО. 23) Международный кодекс по химовозам (МКХ), IMO. 24) Кодекс по конструкции и оборудованию судов, перевозящих опасные химические грузы наливом. IMO. 25) Международные правила предупреждения столкновения судов (МППСС). IMO. 6.3. Общие требования к системам Все трубопроводы судовых систем должны быть отмаркированы согласно наставлению по борьбе за живучесть (НБЖС). Схемы основных систем и трубопроводов должны быть вывешены на судне в рамках под стеклом в одном из коридоров служебных помещений на видном и освещенном месте. Командный состав судна, несущий ответственность за техническое использование и техническое обслуживание соответствующих систем, обязан проверять знания у подчиненных ему лиц судового экипажа. Члены судового экипажа, в ведении которых находятся системы, обязаны изучить их на месте, а также изучить соответствующие чертежи и инструкции по обслуживанию, относящиеся к этим системам. При эксплуатации систем должны выполняться требования «Наставления по предотвращению загрязнений с судов» РД 31.04.23-94. Не допускается эксплуатация систем при наличии следующих дефектов: 1) свищи и разрывы трубопроводов; 2) неплотности в соединениях трубопроводов (течь или подсос воздуха); 3) коррозионные повреждения стальных трубопроводов, превышающих допустимые; 4) неисправности в креплениях трубопроводов (выпавшие болты, ослабевшие скобы и т. д.); 5) значительное провисание пластмассовых труб (стрелка прогиба не должна быть больше диаметра трубы); 6) неисправности ограждений и кожухов труб; 7) неплотности закрытия клапанов, клапанных коробок, задвижек, пробок и другой аппаратуры; 8) отсутствие ручек и четких рисок направления прохода пробковой арматуры; 9) отсутствие на арматуре отличительных планок с четкими надписями на них; 10) отсутствие отличительных полос на трубопроводах (в соответствии с НБЖС); и нарушения изоляции; 11) отсутствие протекторов в предусмотренных местах. При обнаружении свища или разрыва в трубопроводах необходимо устранить пропуски транспортируемой среды. Такие способы как постановка хомута, заглушки, цементного ящика должны рассматриваться только как кратковременная мера при невозможности применить более надежные способы. После заварки трубы или замены новым участком следует восстановить нарушенное защитное покрытие, используя для этой цели полимерные или другие материалы. Все трубопроводы и воздуховоды, кроме стальных оцинкованных, пластмассовых, изготовленных из цветных металлов, а также изолированных надо периодически очищать от ржавчины и старой, непрочно держащейся краски и заново окрашивать. При этом на всех трубопроводах нужно восстанавливать отличительные полосы и обозначения. Дефекты изоляции и окраски отдельных участков труб следует устранять по мере их обнаружения. После грузовых операций или штормовой погоды все палубные трубопроводы следует осмотреть; поврежденные трубопроводы или изоляцию, а также их крепления необходимо исправить. Необходимо регулярно проверять крепление трубопроводов, клапанов и их приводов к набору корпуса, переборкам, фальшборту и палубам. Штоки клапанов и задвижек, пробки и прочие движущиеся детали арматуры трубопроводов и воздуховодов, приводов управления арматурой должны быть всегда расхожены. 218 Набивка сальников всегда должна обеспечивать возможность поджатия и не давать пропусков. При заедании штоков или пробок их надо при первой возможности вскрывать, расходить и, если это необходимо, отремонтировать или заменить. У клапанов, клинкетов, прочей арматуры и у их дистанционных приводов, неправильным маневрированием которых можно вызвать аварийное состояние судна, порчу груза или порчу и потерю судовых запасов, всегда должны быть вывешены таблички, запрещающие их открытие. Категорически запрещается держать постоянно открытыми клапаны мерительных стекол подвесных емкостей топлива и масла. При низких температурах необходимо принять меры по предотвращению замерзания трубопроводов и арматуры. При прекращении работы палубных механизмов, а также пожарной системы необходимо продуть трубопроводы и спустить воду или конденсат. Кингстоны, забортные клапаны и забортные захлопки сточной и фановой систем должны быть постоянно под наблюдением, и при необходимости их надо продувать и прогревать. Разборка труб при необходимости производится судовой командой под руководством второго, третьего, четвертого механика или механика по системам. При низких температурах не допускается запрессовка водяных цистерн, в том числе и балластных, из-за опасности образования ледяных «пробок». Заполнение цистерн допускается не более чем на 95 % емкости. Воздушные трубы танков и цистерн должны обеспечивать свободный выход воздуха при заполнении последних. Кожухи, защищающие судовые трубопроводы, должны быть исправны и надежно укреплены на своих местах. При обнаружении повреждений кожуха следует проверить состояние трубопровода и устранить повреждения. Все системы должны подвергаться систематическим осмотрам и проверкам в соответствии с Приложением II.3. Механики, в заведование которых входят судовые системы, не реже одного раза в год производят выборочный контроль остаточных толщин стенок труб с использованием приборов неразрушающего контроля. Контролю подлежат участки труб в зонах, указанных в Методике определения технического состояния судовых трубопроводов (см. РД 31.20.50-87). Во избежание повреждения листов корпуса ударами мерного штока необходимо проверять состояние наварышей под нижними концами мерительных труб. Для замеров в грузовых танках танкеров, а также для замеров в цистернах с нефтепродуктами должны применяться штоки только из материалов, исключающих возможность новообразования. Краны и самозапорные устройства мерительных труб должны быть расхожены, чтобы закрываться под тяжестью противовеса. На выходных концах воздушных труб, расположенных на открытых палубах, должны быть всегда исправными и постоянно прикрепленными устройства, исключающие попадание забортной воды в отсеки и цистерны (колпаки, шары и т. п.). Палубные пробки мерительных труб должны быть всегда плотно закрыты. На палубных втулках должны быть нанесены разборчивые надписи о назначении соответствующих отсеков и трюмов. Необходимо проверять исправность противопожарных сеток на газовентиляционных трубах топливных отсеков и смотровых отверстий на крышках горловин танков. Необходимо проверять состояние и плотность фланцев, крепящих воздушные и мерительные трубы к настилу второго дна, так как в случае их неплотности может быть подмочен груз или затоплен водой грузовой трюм. Для систем дистанционного измерения уровня, заполняемых специальными жидкостями, необходимо иметь запас жидкостей. Отверстия температурных труб должны быть всегда плотно закрыты пробками; необходимо следить за тем, чтобы в трубы не попадали мусор и вода, которая может разморозить трубу (в охлаждаемых трюмах). 219 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Содержание представленного учебного пособия после его изучения должно позволить учащимся составить ясную картину о принципах работы, составе оборудования и элементов систем судовых энергетических установок и их конструктивных особенностях. У студентов, осваивающих программы специалитета, должны выработаться профессиональные компетенции (ПСК) по эксплуатации судовых систем и входящих в их состав механизмов и устройств, а также они должны усвоить основы проектирования и конструирования энергетических комплексов морской инфраструктуры. Материалы из данного учебного пособия могут быть использованы студентами при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также инженерно-техническими работниками промышленности в области судостроения и судоремонта. Включение разделов из правил технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций способствует подготовке специалистов в соответствии с требованиями конвенции о подготовке, дипломировании моряков и несении вахты (ПДНВ78/95: «Порядок и безопасная эксплуатация судовых систем, их устройств и механизмов»). 220 ГЛОССАРИЙ IMO – International Maritime Organization (международная морская организация). АДГ – аварийный дизель-генератор. АПН – аксиально-поршневые (роторно-поршневые) насосы. БРВ – барорегулирующие вентили. ВВТ – высоковязкое топливо. ВД – вспомогательный двигатель. ВДГ – вспомогательный дизель-генератор. ВОУ – водоопреснительная установка. ВП – подогреватель питательной воды. ВПГ – вспомогательный парогенератор. ВПК – вспомогательный паровой котел. ВРШ – винт регулируемого шага. ГД – главный двигатель. ГДР – Германская Демократическая Республика. ГК – главный котел. ГН – главный насос. ГС – газоотводная система / грузовая система. ГТД – газотурбинный двигатель. ГТЗА – главный турбозубчатый агрегат. ГТУ – газотурбинная установка. ГЭУ – главная энергетическая установка. ДВС – двигатель внутреннего сгорания. ДГ – дизель-генератор. ДУ – дизельная установка. ЗН – зачистные насосы. ЗС – зачистная система. И – испаритель. ИГК – испаритель грязных конденсатов. ИК – испаритель-конденсатор. К – конденсатор. КНД – компрессор низкого давления. КПД – коэффициент полезного действия. КСЦ – контрольно-смотровая цистерна. МАРПОЛ – Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов. МВТ – маловязкое топливо. МКГ – Международный кодекс по газовозам. МКХ – Международный кодекс по химовозам. МО – машинное отделение. МОД – малооборотный двигатель. МОПОГ – Правила морской перевозки опасных грузов. МППСС – Международные правила предупреждения столкновения судов. НБЖС – Наставление по борьбе за живучесть судна. НЦВ – несамовсасывающий центробежный электронасос вертикальный. НЦВС – самовсасывающий центробежный электронасос вертикальный. НЦГ – несамовсасывающий центробежный электронасос горизонтальный. НЦГС – самовсасывающий центробежный электронасос горизонтальный. ОД – охладитель дистиллята. ПК – предохранительный клапан. ПН – поршневой насос. 221 ПРД – пропорциональный регулятор давления. ПТК – подогреватель паровой кожухотрубный. ПТУ – паротурбинная установка. РКС – реле контроля смазки. РНД – реле низкого давления. СВМ – соленоидный вентиль мембранный. СВОФ – сухой воздухоохладитель фреоновый. СДУ – судовые дизельные установки. СОД – среднеоборотный двигатель. СОЛАС – Международная конвенция по охране человеческой жизни на море. СОУ – судовые опреснительные установки. СПГ – система подогрева груза. СЦ – сепаратор центробежный. СЦЦ – сточно-циркуляционная цистерна. СЭС – судовая электрическая станция. СЭУ – судовая энергетическая установка. ТВД – турбина высокого давления. ТК – турбокомпрессор. ТНВД – топливный насос высокого давления. ТНД – турбина низкого давления. ТРВ – терморегулирующий вентиль. ТС – техническое состояние. УК – утилизационный котел. УТ – утилизационная турбина. УТГ – утилизационный турбогенератор. ФГО – фильтр грубой очистки. ФТО – фильтр тонкой очистки. ЦНИИМФ – Центральный научно-исследовательский институт морского флота. ЦПУ – центральный пост управления. Эв – водоструйный эжектор. ЭНП – электроприводной насос поршневой. Эп – пароструйный воздушный эжектор. ЭСН – электрический самовсасывающий насос. ЭУ – энергетическая установка. 222 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Александров А.В. Судовые системы. Л.: Судостроение, 1962. 430 с. 2. Алмазов Г.К., Степанов В.В., Гуськов М.Г. Элементы общесудовых систем: справочник. Л.: Судостроение, 1982. 326 с. 3. Артемов Г.А., Волошин В.П., Шквар А.Е., Шостак В.П. Системы судовых энергетических установок: учебное пособие. Л.: Судостроение, 1990. 376 с. 4. Блесманович Г.Н., Судовые вспомогательные механизмы и системы. Ч. 2. Ростов н/Д.: Диапазон, 2007. 194 с. 5. Ставицкий М.Г. Борьба с пожарами на судах. Т. 2. Средства борьбы с пожарами на судах. Л.: Судостроение, 1976. 320 с. 6. Постановление Правительства РФ от 12.08.2010 № 620. Об утверждении технического регламента о безопасности объектов морского транспорта. СПб.: Регистр, 2010. 90 с. 7. Правила классификации и постройки морских судов: в 5 т. Т. 1, 502 с.; т. 2, 712 с.; т. 3, 73 с. СПб.: Регистр, 2014. 8. РД 31.20.01-97 Правила технической эксплуатации судов. Основное руководство. СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002. 72 с. 9. РД 31.21.30-97 Правила технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций. СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002. 314 с. 10. ОСТ5Р.5613-2001 Обозначения условные графические в схемах судовых систем и систем энергетических установок. Взамен РД5Р.30.040-84; введ. 03.05.2001. М.: Моркнига, 2001. 57 с. 11. РД5Р.5037-81 Системы противопожарные водотушения, пенотушения и водяных завес специальных спасательных и пожарных судов. Правила и нормы проектирования. URL: http://www.probtrade.ru// (дата обращения: 01.03.2014 г.). 12. РД 31.20.50-87 Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. М.: Мортехинформреклама, 1988. 218 с. 223
