Материал: Монтаж судовых холодильных установок

В схеме предусматривается один самоочищающийся сепаратор масла (поз. 52). Для предохранения винтов главных циркуляционных насосов установлены сетки на их приеме (поз. 24). На участке системы между насосами и теплообменниками устанавливаются сдвоенные сетчатые (поз. 25) и магнитный (поз. 26) фильтры, автоматически очищаемые воздухом.

Масляная циркуляционная система главного двигателя включает две междудонные маслосточные цистерны и одну вкладную цистерну запаса масла (поз. 20).

В системе устанавливается один маслоохладитель (поз. 27). В качестве основного типа маслоохладителей могут быть рекомендованы надежные в эксплуатации, доступные для осмотра и ремонта кожухотрубные аппараты с высокоэффективной поверхностью теплообмена, очистка которых со стороны масла должна производиться химическим путем.

Одно из основных требований, которое следует учитывать при проектировании масляной системы, состоит в том, что давление масла в охладителе должно быть больше, чем давление воды. Это необходимо для того, чтобы при нарушении герметичности теплообменного аппарата вода не попала в смазочное масло.

Каждый дизель-генератор обслуживается отдельным маслоперекачивающим насосом (не показан), который наполняет циркуляционную цистерну дизель-генератора свежим маслом из цистерны запаса и удаляет загрязненное масло в цистерну отработавшего масла.

.2.4 Система пресной охлаждающей воды

Система пресной охлаждающей воды предназначена для охлаждения деталей главного двигателя: цилиндров, поршней, форсунок и цилиндров дизельгенераторов.

Требования к системам пресной охлаждающей воды по Правилам Регистра:

прогрев главных двигателей перед пуском должен производиться теплой водой, подогретой в поверхностных подогревателях или от системы охлаждения вспомогательных двигателей, подогрев паром не допускается;

допускается установка общей расширительной цистерны для группы двигателей;

насосы водяного охлаждения главных двигателей должны иметь резервные средства, допускается установка одного резервного насоса пресной и забортной воды при условии применения устройств, исключающих смешение пресной и забортной воды;

допускается объединение систем охлаждения главных и вспомогательных двигателей.

В этом контуре пресная вода, охлаждающая рабочие цилиндры главного двигателя, циркулирует от водоводяных охладителей (поз. 33), размещенных на выходе воды из главного насоса, к главному двигателю. В системе установлен резервный насос пресной (поз. 31) воды.

На стоянке портовый насос (поз. 32), включенный параллельно главному насосу, прокачивает воду в направлении: насос - водоводяные охладители - вспомогательные двигатели. Температура пресной воды, поступающей в главный и вспомогательные двигатели, автоматически регулируется термостатом путем изменения перепуска воды мимо водоводяных охладителей. Регулирование осуществляется по импульсу температуры перед главным и вспомогательными двигателями от датчиков.

Производительность главного насоса и поверхность теплообмена водо-водяных охладителей рассчитаны из условия одновременного охлаждения главного и одного вспомогательного двигателей. Расширительный бак - общий для всей системы охлаждения.

Поддержание главного двигателя в "горячем резерве", т.е. возможность его прогрева перед пуском достигается за счет теплоты охлаждающей воды вспомогательных двигателей. В этом случае портовый насос подает воду мимо водо-водяных охладителей по перемычке к вспомогательным двигателям. Отобрав тепло от вспомогательных двигателей, нагретая вода поступает к главному двигателю, откуда минуя испарительную установку (поз. 40), подводиться к насосу. Кроме того, обеспечен взаимоподогрев вспомогательных двигателей.

Такая объединенная система является оптимальной с точки зрения наименьшего количества комплектующих ее механизмов и оборудования, а, следовательно, и с точки зрения простоты и надежности эксплуатации.

Система охлаждения оснащена контрольно-измерительными приборами для измерения температуры, давления, а также для предупреждения падения давления воды в системе.

.2.5 Система забортной охлаждающей воды

Основным назначением системы забортной охлаждающей воды является охлаждение наддувочного воздуха, масла и пресной воды главного двигателя и дизель-генераторов, вспомогательного оборудования машинного отделения (компрессоров, конденсаторов, испарителей, рефрижераторных установок), подшипников гребного вала, дейдвуда и др.

Требования Правил Регистра РФ запрещают использование насосов охлаждения двигателей для осушения трюмов или перекачки балластной воды. Разрешается использовать главные насосы для аварийного осушения машинного отделения.

Схема внешнего контура забортной охлаждающей воды представлена на рис. 1.2. Забортная вода забирается их кингстона главным насосом (поз. 36), таким же, как главный насос пресной воды, и подается последовательно в воздухоохладители главного двигателя (поз. 3), в испарительную установку, водомасляные охладители (поз. 27) и водо-водяные охладители (поз. 33), откуда сливается за борт. Забортная вода в количестве 10-15% от производительности главного насоса подается к водомасляным охладителям вспомогательных двигателей, охладителям топлива форсунок, вспомогательному конденсатору и валопроводу.

Такая схема с последовательным расположением наиболее мощных теплообменников по ходу забортной воды более эффективна, чем параллельно-последовательная схема, у которой мощные теплообменники включены параллельно по забортной воде, а водо-водяные охладители расположены за водомасляными охладителями.

При одинаковой мощности установки производительность главного насоса забортной охлаждающей воды в схеме с последовательным расположением основных потребителей приблизительно в 1,5 раза меньше, чем в схеме с параллельной раздачей. При практически одинаковом напоре насосов это обуславливает меньшую мощность привода насоса, но приблизительно в 1,4 раза большую поверхность теплообмена водо-водяных охладителей. Следствием меньшей производительности насоса является уменьшение диаметра трубопроводов (при примерно одинаковых скоростях забортной воды).

На стоянке забортная вода к водо-водяным охладителям и вспомогательным двигателям подается портовым насосом (поз. 38) забортной воды, таким же, как для пресной воды. Водомасляные охладители при этом отключены.

Предусмотрена возможность рециркуляции забортной охлаждающей воды при ее низкой температуре. Контур оборудован сигнализацией, включающейся при падении давления воды ниже допустимого.

Резервирование главных насосов осуществляется одним резервным насосом забортной и пресной воды, таким же, как главный. Резервирование портового насоса на стоянке может быть обеспечено включением либо главного насоса, либо одного из двух насосов охлаждения холодильной установки. В исключительных (аварийных) случаях имеется возможность охлаждения главных и вспомогательных двигателей забортной водой.

1.2.6 Система газовыпуска

Система газовыпуска служит для отвода продуктов сгорания от главных и вспомогательных двигателей. В ее состав входят утилизационный котел (поз. 42), газовыпускные трубопроводы, компенсаторы температурных расширений и другие элементы. Утилизационный котел одновременно выполняет функции искрогасителя и глушителя шума двигателя.

Схема системы газовыпуска определяется типом ГЭУ и назначением судна. Она предназначена для транспортировки газов, имеющих высокую температуру (150-500⁰С), обладающих токсичностью и несущих несгоревшие частицы топлива в виде искр, которые могут вызвать пожар. Это заставляет предъявлять ряд специальных требований к газовыпускным системам при их проектировании.

Согласно Правилам Регистра РФ каждый двигатель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод. Допускается объединение этих трубопроводов при наличии надежных устройств, отключающих неработающий двигатель.

Дымоходы (газовыпускные трубопроводы) главных двигателей изготовляют из стальных труб стандартных размеров небольшой длины (3-5 м), соединяемых между собой с помощью фланцев. Между фланцами ставят паронитовые прокладки для газонепроницаемости стыков.

Для компенсации тепловых удлинений в газовыпускной трубопровод необходимо встраивать специальный эластичный элемент - компенсатор, который не только компенсирует температурные удлинения, но и снижает уровень шума и вибрации. Применяют сальниковые и линзовые компенсаторы. Их устанавливают на длинных прямых участках труб, а также у газовыпускных коллекторов или у выпускных патрубков воздухонагнетателей.

Трубы крепят при помощи жестких опор и упругих пружинных подвесок. Места расположения опор и подвесок определяют так, чтобы масса трубопровода передавалась на корпус судна, а не воспринималась двигателем.

.2.7 Система наддува

К основным способам увеличения массового заряда воздуха относятся повышение: плотности заряда за счет возрастания давления (наддув), плотности воздуха в результате снижения его температуры (после компрессора) и коэффициента наполнения за счет продувки камеры сгорания и дозарядки цилиндра.

Первый способ (наддув) является основным и наиболее эффективным, второй и третий - дополнительными; охлаждение воздуха применяется практически во всех типах двигателей, а дозарядка - главным образом в ВОД. Наибольшее распространение в настоящее время получили системы газотурбинного наддува (ГТН), а также комбинированные системы наддува.

На данном судне для наддува двигателя применяется новый механизм - наддувочный агрегат турбообъемного типа или сокращенно ТОА (турбообъемный агрегат). Конструкция этого ТОА предложена А.Я. Альпиным и А.В. Бобровым.

В новом ТОА отсутствуют как таковые турбина и компрессор, применяемые в обычных наддувочных установках. Процессы расширения выхлопных газов (как в турбине) и сжатия воздуха (как в компрессоре) происходят в одном агрегате, но на разных дугах поворота ротора ТОА.

Совместная работа двигателя с новым ТОА осуществляется следующим образом. Отработавшие в двигателе газы поступают из выпускного коллектора в ТОА и приводят его во вращение, расширяясь на дуге расширения. Воздух, засасываемый из окружающей среды, сжимается в ТОА на дуге сжатия до требуемого давления наддува, затем охлаждается в воздухоохладителе, направляется в ресивер наддувочного воздуха и далее к впускному окну двигателя.

.3 Тепловой расчет ДВС

.3.1 Определение суммарной мощности маршевых двигателей

Ориентировочно значение эффективной мощности (Nе) можно получить при помощи обратного адмиралтейского коэффициента:

 (1)

где DB - водоизмещение судна, т.

В приближённых расчетах, пренебрегающих формулой корпуса и КПД передачи, этим выражением пользуются для оценки суммарной мощности маршевых двигателей.

Значение Ne, можно определить при помощи коэффициента энергонасыщенности:

 (2)

Примерные значения коэффициента энергонасыщенности для фрегата равны: 1,4-1,6.

Выбираем для нашего типа судна:

Находим эффективную мощность по формуле (2):=1.5·4035=6053 кВт =8232 л.с.

Сравниваем полученное значение Ne, со значением оценочной эффективной мощности по формуле (1):

По полученным данным выбираем марку маршевого двигателя.

Принимаем два дизеля 16ЧН26/26

л.с.

об/мин

Сm=8,67 м/с

/D=1

=250 л.с.

где i - число цилиндров,= 16

Габариты=3.42 м

В=1,6 м

Н=2,58 м=17050 кг- коэффициент тактности равен 0,5 для четырёхтактного двигателя.

.3.2 Процесс наполнения

Основными параметрами, характеризующими процесс наполнения, являются:

hН - коэффициент наполнения;

gГ - коэффициент остаточных газов;

Ре - давление в конце наполнения;

ТА - температура рабочей смеси;

РГ - давление остаточных газов;

ТГ - температура остаточных газов.

Расчёт процесса наполнения заключается в определении значений этих параметров. [1]

Давление в конце наполнения:

где С2 - наибольшая скорость протекания свежего заряда при открытии выпускных клапанов.

Для определения С2 необходимо знать скорость поступающего заряда C1 через живые сечения клапана:

где F - площадь поршня;- площадь сечения полностью открытых впускных клапанов.

Величина k = F/f равна для двигателей средней быстроходности 6-9.

Принимаем k = 8

С1=8,67*8=69,36 м/с

С2=1,57*69,36=108,9 м/с

Коэффициент остаточных газов для расчёта четырёхтактных двигателей с наддувом определяется по формуле:

где: Dt - повышение температуры воздуха вследствие нагрева его в системе двигателя составляет по опытным данным для четырехтактных дизелей с наддувом 5¸10 °С. Принимаем Dt = 7;

Dt1 - повышение температуры заряда в следствии сжатия в нагнетательном насосе:

где n - показатель политропы сжатия в нагнетателе. Величина показателя политропы сжатия для ротационных нагнетателей 1,5-1,7.

Принимаем n = 1,5;

Коэффициент степени сжатия e = 15.

Значение температуры ТГ остаточных газов для двигателей средней быстроходности равно 750¸800 К.

Принимаем TГ = 770 К.

При расчёте принимается давление остаточных газов РГ = 1,05¸1,06 кг/см².

Температура смеси в конце наполнения определяется по уравнению:

Коэффициент наполнения через коэффициент остаточных газов определяется следующим образом:

.3.3 Процесс сжатия

Основными параметрами, определяющими процесс сжатия, являются:

РА - давление начала сжатия;

ТА - температура начала сжатия;

e - степень сжатия;- показатель политропы сжатия;

ТC - температура конца сжатия;

РC - давление конца сжатия.

Так как процесс сжатия политропный, то величины, характеризующие начало и окончание его, связаны уравнениями:

Показатель политропы n1=1,37. Выбирается из условия, что для дизелей средней быстроходности n1=1,35¸1,4.