Как устроен пароходный двигатель на больших судах

Обновлено: 17.05.2024

Похоже, эти швейцарцы втихаря изобрели машину времени! Иначе, как объяснить, что в этой стране сохраняются в первозданном виде не только памятники архитектуры, но и транспортные средства? Например, пароходы. С конца 19 века, эти суда стали завоевывать водные просторы всего мира, и окруженное высокими горами Женевское озеро, конечно же, не осталось в стороне. Уже в начале 20 века многочисленные туристы любовались Монбланом и виноградниками Лаво с бортов многочисленных белоснежных лайнеров.

Шли годы, и даже с учетом регулярного технического обслуживания, пароходы ветшали. Устаревшие паровые двигатели заменялись на дизель-электрические. Какие-то суда списывались вовсе… Но второй виток туристического интереса во второй половине 20 века поставил все акценты в привычное им место: пароходы в Швейцарии начали возвращать в первоначальное состояние. Пароходы получили свое второе рождение.

В итоге сегодня воды Женевского озера бороздит флотилия из восьми колесных судов, построенных в период с 1904 по 1927 годы. Пять из них имеют классические паровые двигатели, а три переоборудованы на дизель-электрические моторы, вращающие колеса. Всего на озерах Швейцарии сейчас эксплуатируется 19 пароходов - примерно четверть от всего мирового количества подобных судов. В России в эксплуатации находится всего один пароход.

Пароходы на Женевском озере выполняют не только экскурсионные рейсы, но и играют роль общественного транспорта, соединяя такие города, как Женева, Веве, Монтре, Эвиан и Лозанна. То есть, на пароходе можно сплавать во Францию и обратно. Дневной билет обойдется в 64 франка, то есть в 4500 рублей. Предусмотрены скидки для семей. А если у вас есть "единый" билет швейцарской системы путешествий, так называемый Swiss Pass, то платить ничего не нужно - вас встретят на борту с распростертыми объятьями.

Пароход "La Suisse" (в переводе с французского - "Швейцария") - флагман флотилии Женевского Генерального пароходства. Длина - 78 метров, масса брутто 518 тонн, вместимость - 850 пассажиров.

Корабль был построен в 1910 году на верфи швейцарской компании "Зульцер" в г. Винтертур. Надо сказать, что эта основанная в 1834 компания существует и по сей день, являясь видным игроком на рынке промышленных машин.

Обеденный салон первого класса во всей своей красе. Много дерева и красные ковры - настоящая традиционная роскошь. Сколько богатых и знаменитых людей сидело за этими столами?

Для дорогих гостей - дорогое вино и отличная музыка.

А что там внутри? Как устроена машина? Вместо того чтобы любоваться красотами гор и виноградников, я по узкой лесенке нырнул в машинное отделение.

Паровая машина - сердце "Швейцарии". Мощность двигателя составляет 1380 лошадиных сил.

Двигатель преобразует энергию водяного пара в возвратно-поступательное движение поршня, а затем во вращательное движение вала, на котором закреплены гребные колеса.

Откуда берется пар? Разумеется, из бойлера, то есть из котла. Раньше топки двух котлов работали на угле, потом на мазуте - пока в семидесятых годах не был установлен один большой бойлер. К слову, двадцать четыре таких бойлера стояло на "Титанике". После последней реконструкции, топки "Швейцарии" были заменены на современные. Для разогрева воды в наши дни используется энергия горящего дизтоплива.

Горячий пар по трубам поступает в цилиндры паровой машины.

Вся бортовая электроника также была заменена на современную. Электричество производится при помощи дизельных генераторов с водоохлаждаемой системой выхлопа. За счет этого, шум дизелей абсолютно не слышен на палубе.

Но принцип устройства парохода остался прежним. Главное тут - паровая машина, представляющая собой настоящее произведение искусства.

В машине применяется парораспределительный механизм с кулисой Гуча.

За работой машины следит старший механик. В его задачи входит и ручное управление двигателем.

Главный параметр - это давление пара.

У паровой машины - два цилиндра, большой низкого давления и малый высокого.

Из цилиндров выходят штоки, двигающие шатуны, которые, в свою очередь, вращают вал.

Все детали - как новенькие.

Получив команду от капитана по переговорному устройству, которая дублируется на машинном телеграфе, механик Кристиан должен замедлить или ускорить ход машины, выполняя одному ему известный набор действий. Да, это не в кнопочки на экране тыкать!

Его помощник Ян выполняет более простые и грязные операции - например, смазку различных узлов. Паровой двигатель - это живой механизм, но нуждается в постоянной заботе. То есть любит ласку и смазку.

Система механической смазки цилиндров.

На всех шарнирных соединениях двигателя размещены объемистые масленки.

Шатуны двигателя за работой.

А что там наверху? Давайте пройдем на капитанский мостик.

Первое, что мы видим - пункт управления машинным телеграфом. "Полный вперед!". Максимальная скорость "Швейцарии" составляет 14 узлов или 25 километров в час.

С мостика открывается прекрасный вид на акваторию Женевского озера. Привод гигантского штурвала раньше был механическим, сейчас он заменен на электрический.

Современная навигационная аппаратура не даст сбиться с курса.

А радар - налететь на препятствие.

Сегодня будний день, судов вокруг немного и капитану можно передать штурвал старпому и немного и попозировать.

Управлять пароходом может только наиболее опытный капитан - это верхняя ступень квалификации для мореходов в Швейцарии. Поработай лет двадцать на обычных кораблях - и тогда, может быть, тебе дадут порулить пароходом!

"Что вы думаете о своей работе?" Капитан Патрик смеется. "Конечно, работа очень ответственная, но я люблю ее. Почему? Ты посмотри вокруг, и сам все поймешь. "

В осенний сезон "Швейцария" дважды в день выполняет рейс из Лозанны к Шильонскому замку делая по пути восемь остановок.

Маршрут туда-обратно занимает три с половиной часа. Даже если вас не пустят в машинное отделение - есть чем полюбоваться! Женевское озеро - одно из красивейших мест в Европе, а может, и во всем мире.

Со всех сторон величественно нависают громады гор.

По левому борту - террасовые виноградники Лаво, протяженностью более 30 км и занесенные в список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Виноград там выращивают со времен Римской империи, и, надо сказать, на этом собаку съели. Собственно, именно туда я отправился на пароходе "Швейцария". Но об этом - в следующий раз!

3. СУДОВЫЕ ДВС (пособие для подготовки вахтенных механиков).

С.К. Чернышов Одесса Негоциант 2006

1. СУДОВЫЕ ДИЗЕЛИ

А.Ф.Гогин,Е.Ф.Кивалкин, А.А.Богданов Москва транспорт 1988

2. Интернет- ресурсы по темам.

ема 1.1 2012 Введение.

Общие сведения о СЭУ

Состав судовой энергетической установки

1. Главный двигатель- вырабатывает энергию для обеспечения движения судна.

2. Валопровод- передает мощность главного двигателя к движителю ( гребному винту)

3. Движитель- как правило гребной винт, при вращении энергию главного двигателя преобразует в энергию движения судна.

4. Вспомогательные дизель-генераторы --- обеспечивают электроэнергией судно.

5. Судовой котел- обеспечивает тепловой энергией судовую силовую установку,бытовые нужды.

6. Вспомогательные механизмы-( насосы,компрессоры, различные системы, палубные механизмы)- обеспечивают работу главной силовой установки и грузовые,швартовные оперции.

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия передачи мощности к движителю (винту) могут быть:

механические — прямые и зубчатые,

гидравлические — объемные гидравлические,

электрические — на постоянном и переменном токе,

комбинированные — механические в сочетании с электрическими и механические совместно с гидравлическими.

По способу передачи мощности и крутящего момента передачи бывают:

- без редуцирования (уменьшения или увеличения) частоты вращения ГД

- с редуцированием частоты вращения ГД (передача мощности через редуктор).

К передачам без редуцирования частоты вращения ГД относятся прямые передачи от ГД к движителю; к передачам с редуцированием — зубчатые, гидравлические и электрические. На судах чаще всего используются прямые, редукторные, электрические и комбинированные передачи. Прямая передача мощности от главного двигателя к винту. В этом случае используется реверсивный двигатель.

1..Дейдвудная труба с расположенным в ней гребным валом.

1- 2..Сальник дейдвудного устройства

2- 3..Соединительная муфта гребного и промежуточного вала 4.

5. опорные подшипники валопровода.

6.. Переборочный сальник

7..Упорный подшипник на упорном

винто-рулевой комплекс судна

с двумя главными двигателями.

редукторная передача мощности- два двигателя работают на один винт.

1.. эластичная соединительная муфта.

Если в редуктор встроена реверс –муфта,то он называется реверс-редуктором.

Судовой двигатель 6ЧНСП 15\18 с реверс-редуктором. Используется в качестве главного двигателя.

Электрическая передача мощности

Винт, вал гребной, эл.двигатель , пульт управления , генератор- двигатель.

Такие установки в основном используются на ледоколах.

Передача мощности винто-рулевыми колонками

ВРК могут поворачиваться на 360 град., тем самым нет необходимости применять реверсивные двигатели. Являются редукторной передачей с коническими шестернями.

водометный движитель-представляет собой насос сприводом от дизеля. За счет реактивной силы выбрасываемой струи воды обеспечивается движение судна. Применяется на катерах для работы на мелководье.

Принцип работы двигателей

Рабочий цикл четырёхтактного дизеля

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.

Разрез двигателя.

Такт 1 всасывание ---поршень движется из ВМТ в НМТ, открыт впускной клапан

Такт 2 сжатие---------поршень движется от НМТ к ВМТ, закрыты оба клапана.

В конце такта сжатия происходит впрыск топлива и его сгорание.

Такт 3 рабочий ход---- поршень движется от ВМТ к НМТ под действием давления газов сгоревшего топлива. Индикаторная диаграмма

Такт 4 выпуск---------поршень движется от НМТ кВМТ 4-х тактного дизеля

вытесняя газы из цилиндра.

Такты 1,2,4- вспомогательные такты и обеспечивают подготовку для совершения рабочего (полезного) такта 3 ,в результате которого получаем вращающий момент на коленчатом валу.

Принцип работы двухтактного дизеля

Индикаторная диаграмма

В двухтакных двигателях имеется только два такта- 2-х тактного двигателя.

сжатие и рабочий ход.

а) такт сжатия б) рабочий ход- открытие поршнем выпускных окон.

в) открытие продувочных окон. Пока поршень меняет направление движения происходит удаление отработанных газов и наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха (продувка).

г) при движении поршня в верх происходит закрытие продувочных,выпускных окон и снова начинается такт сжатия.

Удаление отработанных газов и наполнение цилиндра воздухом называется продувкой и происходит в момент прохождения поршнем НМТ.

Такой тип продувки называется петлевой и недостатком его является частичная утечка воздуха в выпускной тракт после закрытия продувочных окон.

Этот недостаток исключается при применении выхлопного клапана в крышке цилиндра ,который закрывается одновременно с продувочными окнами. Такой тип продувки называется прямоточно- клапанной и широко применяется в мощных судовых крейцкопфных дизелях. Стоит заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза.

Важное преимущество двухтактных двигателей — отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала.

Классификация и маркировка судовых двигателей

Судовые двигатели внутреннего сгорания подразделяют по следующим основным признакам:

По назначению — главные и вспомогательные.

По направлению вращения коленчатого вала — реверсивные и нереверсивные. Различают также двигатели правого вращения и левого; если смотреть со стороны приводного механизма или по ходу судна.

По способу рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные.

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом — без наддува и с наддувом В двигателях с наддувом свежий заряд подается в цилиндр под повышенным давлением.

По числу рабочих полостей цилиндра — простого действия, у которых рабочий цикл совершается в одной верхней полости цилиндра, и двойного действия, у которых рабочий цикл совершается в обеих полостях цилиндра. Большинство судовых двигателей — двигатели простого действия.

По способу смесеобразования—с внутренним смесеобразованием (дизели) и с внешним (карбюраторные). В двигателях с внутренним смесеобразованием рабочая смесь образуется внутри рабочего цилиндра. ( дизели)Двигатели, в которых рабочая смесь образуется вне двигателя (карбюратор) и поступает в цилиндр в готовом виде, являются двигателями с внешним смесеобразованием.(бензиновые).

По способу воспламенения рабочей смеси — с самовоспламенением от сжатия (дизели) и воспламенением от электрической искры (карбюраторные и газовые двигатели).

По конструктивному выполнению кривошипно-шатунного механизма — тронковые, у которых поршни соединяются непосредственно с шатунами и крейцкопфные, у которых поршень соединен с шатуном посредством штока и крейцкопфа.

По расположению цилиндров — вертикальные, горизонтальные (очень редко), с расположением цилиндров под разными углами: V-образные, W-образные, звездообразные, с противоположно движущимися поршнями и др.

По быстроходности, определяемой средней скоростью поршня,— тихоходные (средняя скорость до 6,5 м/сек) и быстроходные (средняя скорость более 6,5 м/сек).

По роду применяемого топлива — легкого жидкого топлива (бензин, керосин, лигроин); тяжелого жидкого топлива (дизельное, моторное, соляровое масло, мазут) и газообразного топлива (генераторный газ, естественный газ).

ГОСТ 4393—48 предусматривает единую систему маркировки двигателей. Основные конструктивные признаки данного типа двигателя, число и размеры его цилиндров определяются маркой. Марка двигателя состоит из сочетания букв и цифр. Цифра перед буквами указывает число цилиндров, последующие буквы характеризуют тип двигателя: Ч — четырехтактный; Д — двухтактный; ДД — двухтактный двойного действия; Р — реверсивный; К — крейцкопфный; Н — с наддувом; С — судовой с реверсивной муфтой; П — с редукторной передачей.

После сочетания букв следует дробное обозначение: числитель указывает диаметр цилиндра в см, а знаменатель — ход поршня в см. Если в марке двигателя отсутствует буква К, то это означает, что двигатель тронковый; если буква Р — двигатель нереверсивный и если буква Н — двигатель без наддува. Например, марка двигателя 7ДКРН 74/160 обозначает: семицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный, с наддувом, диаметр цилиндра 74 см, ход поршня 160 см. Двигатель 6ЧР 30/38 — шестицилиндровый, четырехтактный, реверсивный с диаметром цилиндра 30 см и ходом поршня 38 см.

Некоторые заводы применяют заводскую маркировку, обозначающую серию двигателей (ЗД6; М50 и др.).

М.:Транспорт, 1990.-360с.
Рассмотрены конструкции двигателей внутреннего сгорания, теории рабочего процесса, основы динамики двигателей, техническая эксплуатация двигателей.

Белоусов Е.В. Дизельные двигатели современных морских судов

формат pdf
размер 2.95 МБ
добавлен 20 февраля 2011 г.

Издательство не указано, 2010. - 67 с. За последние 20 лет судовые двигатели внутреннего сгорания претерпели значительные изменения. Эти изменения нашли отражение в данном учебном пособии. В тоже время из рассмотрения исключены или сведены к минимуму вопросы связанные с особенностями конструкции и эксплуатации двигателей снятых с производства. Данное учебное пособие будет полезно всем кто изучает судовые ДВС или связан с их эксплуатацией.

Возницкий И.В. Судовые Двигатели внутреннего сгорания. Том 1

формат djvu
размер 9.36 МБ
добавлен 23 октября 2010 г.

М.: Моркнига, 2008. - 282 с. В 1 томе учебника рассмотрены конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания. Основной упор сделан на новейшие достижения в мировом двигателестроении, как в области новых конструктивных решений, так и в современном подходе к организации процессов топливоподачи и рабочего процесса.

Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2

формат pdf
размер 33.73 МБ
добавлен 17 февраля 2011 г.

С. -П.: Моркнига, 2007. - 471с. ISBN:9785903080380 Учебник. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) составляют основу энергетических установок на морских и речных судах. Этот тип двигателя благодаря высокой экономичности заменил на флоте паровые поршневые машины. Процесс широкого внедрения на транспортных судах ДВС начался после изобретения в 1892 году немецким инженером Рудольфом Дизелем двигателя внутреннего сгорания с воспламенением топлива от с.

Горбенко А.Н. Методические указания к курсовому проектированию - расчёт судового двигателя внутреннего сгорания

формат doc, pdf
размер 9.61 МБ
добавлен 23 января 2012 г.

Дьяченко В.Г. (сост.) Методические указания к курсовой работе: Расчет рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания

формат pdf
размер 3.99 МБ
добавлен 28 июля 2011 г.

Круглов М.Г., Меднов А.А. Газовая динамика комбинированных двигателей внутреннего сгорания

формат djvu
размер 7.12 МБ
добавлен 06 ноября 2010 г.

Миклос А.Г., Чернявская Н.Г., Червяков С.П. Судовые двигатели внутреннего сгорания

формат tif
размер 18.24 МБ
добавлен 28 февраля 2010 г.

Учебник. - 3-е изд., Л., Издательство "Судостроение", 1986 год, 360 с. Изложена теория двигателей внутреннего сгорания и рассмотрена конструкция двигателей промысловых судов. Приведены сведения о судовых системах, механизмах и устройствах. Для учащихся мореходных училищ и техникумов рыбной промышленности. Конструкция судовых двигателей внутреннего сгорания Общие сведения. Остов двигателя. Детали кривошипно-шатунного механизма. Механизм газора.

Панкратов Г.П. Двигатели внутреннего сгорания. Автомобили, тракторы и их эксплуатация

формат pdf
размер 6.53 МБ
добавлен 09 января 2011 г.

Двигатели внутреннего сгорания. Автомобили, тракторы и их эксплуатация. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1979. -296 с., ил. В книге излагаются основы технической термодинамики, устройство и принцип действия систем, агрегатов и механизмов двигателей внутреннего сгорания современных автомобилей и тракторов, а также основные положения по организации технического обслуживания автомобилей и тракторов в процессе их эксплуатации. Второе и.

Патрахальцев Н.Н. Теория комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Сборник задач и решений

формат pdf
размер 840.99 КБ
добавлен 20 июня 2011 г.

Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Конструкция автомобильных и тракторных двигателей

формат djvu
размер 5.52 МБ
добавлен 09 апреля 2011 г.

Периодическая временная диаграмма установки парового двигателя тройного расширения, около 1918 года. Эта конкретная диаграмма иллюстрирует возможные места отключения двигателя после катастрофы в Лузитании и других событий, которые дали понять, что это была важная функция безопасности.

Морские паровой двигатель является паровым двигателем , который используется для питания корабля или лодки . В данной статье рассматриваются в основном морские паровые двигатели поршневого типа, которые использовались с момента создания парохода в начале 19 века до последних лет крупномасштабного производства во время Второй мировой войны . Поршневые паровые двигатели постепенно заменялись в морских приложениях в течение 20-го века паровыми турбинами и судовыми дизельными двигателями .

СОДЕРЖАНИЕ

История

После успеха Фултона технология пароходов быстро развивалась по обе стороны Атлантики . Первоначально пароходы имели малый радиус действия и не были особенно мореходными из-за своего веса, малой мощности и склонности к поломке, но они успешно использовались вдоль рек и каналов и для коротких путешествий вдоль побережья. Первый успешный трансатлантический переход на пароходе произошел в 1819 году, когда Саванна отплыла из Саванны, штат Джорджия, в Ливерпуль, Англия . Первым пароходом, совершавшим регулярные трансатлантические переходы, был колесный пароход Great Western в 1838 году.

В 19 веке морские паровые двигатели и пароходная техника развивались параллельно друг другу. Лопаточная силовая установка постепенно уступила место гребному винту , и введение железных, а затем и стальных корпусов вместо традиционного деревянного корпуса позволило кораблям расти еще больше, что потребовало паровых электростанций, которые становились все более сложными и мощными.

Типы судовой паровой машины

В течение 19 века было разработано большое количество поршневых судовых паровых двигателей. Два основных метода классификации таких двигателей - механизм соединения и технология цилиндров .

Большинство ранних судовых двигателей имели ту же технологию цилиндров (простое расширение, см. Ниже), но использовалось несколько различных методов подачи энергии на коленчатый вал (то есть соединительный механизм). Таким образом, ранние судовые двигатели классифицируются в основном по механизму соединения. Некоторыми распространенными механизмами соединения были боковые рычаги, шпильки, балансирные балки и механизмы прямого действия (см. Следующие разделы).

Однако паровые двигатели также можно классифицировать по цилиндровым технологиям (простые расширительные, составные, кольцевые и т. Д.). Таким образом, можно найти примеры двигателей, классифицируемых обоими методами. Двигатель может быть составным типом шагающей балки, составной - технологией цилиндра, а шагающей балкой - способом соединения. Со временем, когда большинство двигателей стало прямого действия, но технологии цилиндров стали более сложными, люди начали классифицировать двигатели исключительно в соответствии с технологией цилиндров.

Наиболее часто встречающиеся типы морских паровых двигателей перечислены в следующих разделах. Обратите внимание, что не все эти условия относятся исключительно к морским приложениям.

Классификация двигателей по механизму подключения

Боковой рычаг

Боковой рычаг двигателя был первым типом паровой машины, широко принятой для использования на море в Европе . В первые годы паровой навигации (с 1815 года) боковой рычаг был наиболее распространенным типом морского двигателя для внутренних водных путей и прибрежных перевозок в Европе, и в течение многих лет он оставался предпочтительным двигателем для морских перевозок по обе стороны моря. Атлантический .

Боковой рычаг представлял собой адаптацию самой ранней формы паровой машины - балочного двигателя . Типичный двигатель с боковыми рычагами имел пару тяжелых горизонтальных железных балок, известных как боковые рычаги, которые соединялись в центре с нижней частью двигателя с помощью штифта. Это соединение позволяло ограничить дугу поворота рычагов. Эти рычаги простирались со стороны цилиндра до каждой стороны нижней части вертикального цилиндра двигателя. Шток поршня, вертикально соединенный с поршнем, выходил из верхней части цилиндра. Этот стержень прикреплен к горизонтальной траверсе, соединенной на каждом конце с вертикальными стержнями (известными как боковые стержни). Эти стержни соединены с рычагами на каждой стороне цилиндра. Это обеспечивало соединение рычагов с поршнем на стороне цилиндра двигателя. Другая сторона рычагов (противоположный конец шарнира рычага к цилиндру) соединялась между собой горизонтальной поперечиной. Эта поперечная штанга, в свою очередь, соединялась и приводила в действие единственный шатун , который вращал коленчатый вал . Вращение коленчатого вала приводилось в движение рычагами, которые со стороны цилиндра приводились в движение вертикальными колебаниями поршня.

Основным недостатком двигателя с боковым рычагом было то, что он был большим и тяжелым. Для внутренних водных путей и прибрежных перевозок его вскоре заменили более легкие и эффективные конструкции. Однако на протяжении большей части первой половины XIX века он оставался доминирующим типом двигателей для морских перевозок из-за относительно низкого центра тяжести , что придавало кораблям большую устойчивость в сильном море. Это также был распространенный ранний тип двигателя для военных кораблей, поскольку его относительно небольшая высота делала его менее уязвимым к боевым повреждениям. С момента первого парохода Королевского флота в 1820 г. до 1840 г. на вооружение поступило 70 пароходов, большинство из которых с двигателями с боковым рычагом, с котлами, настроенными на максимальное давление 4 фунта на квадратный дюйм. Низкое давление пара требовало больших размеров цилиндров для двигателей с боковым рычагом, хотя эффективное давление на поршень было разницей между давлением в котле и вакуумом в конденсаторе.

Двигатель с боковым рычагом представлял собой лопаточный двигатель и не подходил для вращения гребных винтов . Последним судном, построенным для трансатлантических перевозок с боковым двигателем, был гребной пароход RMS Scotia компании Cunard Line, когда он поступил на вооружение в 1862 году, он считался анахронизмом.

Двигатели внутреннего сгорания являются на настоящее время основным видом двигателей для коммерческих судов. Дизельные двигатели разделяются по конструкции и по организации цикла работы на двухтактные и четырехтактные. Кроме того по числу оборотов они разделяются на малооборотные (до 300 об/мин), среднеоборотные (300-900 об/мин) и высокооборотные (более 900 об/мин).

Дизельные двигатели известны давно и развивались в направлении создания двигателей большей мощности, необходимой для высокой скорости хода судна. На рис.1 представлен внешний вид и основные узлы судового дизельного двигателя марки RND 105. Это крупный восьмицилиндровый двухтактный судовой дизель. Диаметр цилиндра - 1050 мм; ход поршня - 1800 мм; число оборотов - 108 об/мин; вес двигателя - 1175 т; тепловая эффективность - 41,5%; механическая эффективность - 91%.

Intermediate wheel - промежуточная шестерня, сателлит; camshaft drive wheel - приводная шестерня распредвала; cylinder block - блок цилиндров; connecting rod - шатун; crankshaft web - щека коленчатого вала; turning gear motor - моторедуктор; turning wheel - валоповоротная шестерня; thrust block assembly – узел упорного подшипника; crosshead assembly – головка шатуна; turbocharger - агрегат турбонаддува; piston rod - шток поршня; piston - поршень; cylinder liner - втулка цилиндра; cylinder head - крышка цилиндра; starting air main - магистраль пускового воздуха; jacket water supply - водяная рубашка охлаждения двигателя. Источник

Размещаются главные двигатели в машинном отделении (МО) судна, как правило, ближе к корме, чтобы сократить протяженность валов, передающих обороты через редуктор на гребной винт. На рис.2 представлено размещение главного и вспомогательного двигателей в МО судна.

Refrigerating unit - холодильная установка; Steering gear - рулевая машина; Turbochargers - турбонаддувочные агрегаты; Auxiliary engines - вспомогательные двигатели; Generator - генератор; Turbocharger - турбонаддувочный агрегат; Air compressor - воздушный компрессор; Pumps - насосы; Main engine - главный двигатель; Gearbox - редуктор; Shaft bearing - подшипники вала; Sterntube - дейдвудная труба; Rudder carrier - рудерпост. Источник

В последнее время наблюдаются тенденции к переходу на СПГ в качестве топлива и более тщательной очистке выбросов в окружающую среду, чтобы удовлетворить все более ужесточающимся Правилам ММО. Это приводит к разработке двигателей, использующих два вида топлива - дизельное топливо и СПГ, с переходом в будущем на двигатели, использующие в качестве топлива только СПГ, как более чистое топливо. В то же время, чтобы не устанавливать сложных и дорогостоящих систем очистки, а также снизить потребление топлива суда переводят в режим плавания "Slow Steaming", т.е. плавания при низких скоростях хода. Это требует в свою очередь переход на малооборотные двигатели.

Oxidiser - окислитель; HP Compressor - компрессор высокого давления; Reliquefaction - повторное сжижение газа; HP Vaporiser - испаритель высокого давления; Cryogenic HP Pump - криогенный насос высокого давления; LNG - сжиженный природный газ (СПГ); CNG – компримированный природный газ (КПГ). Источник

При разработке двигателей, работающих на СПГ, возможны два варианта. Когда такие двигатели разрабатываются для газовозов СПГ, сжиженный газ уже имеется на борту, и нужно использовать в качестве топлива испаренный (boil-off gas - BOG) газ. Тогда система подачи газа должна обеспечивать поступление газа от грузового танка к главному двигателю и к генераторам, работающим на двух видах топлива. Система подачи газа должна также предусматривать подачу газа к устройству для сжигания (Gas Combustion Unit - GCU) в случае высокого давления газа в танках, приближающегося к допустимой предельной величине.

Во втором случае, для судов других классов, например для контейнеровозов, которые не несут на себе СПГ в качестве груза, должны монтироваться и танки СПГ и система подачи газа от танков к главному двигателю и генераторам. В этом случае возникает проблема проектирования пространства для танков СПГ без потери контейнерной грузовместимости.

С технической точки зрения между двигателями, использующими в качестве топлива дизельное топливо и газ, существуют только небольшие различия. Рассмотрим работу двигателя на двух видах топлива на примере двигателей линейки ME-GI Dual семейства MAN B&W компании MAN Diesel& Turbo.

На рис. 4. представлены компоненты, которые должны быть добавлены к конструкции двигателя, чтобы он мог работать на газообразном топливе. Линия подачи газа проектируется по принципу труба в трубе с вентиляцией межтрубного пространства и установкой датчиков на просачивание углеводорода для аварийной остановки двигателя. А на рис. 5. данный узел представлен в разрезе.

Gas fuel supply - подача газообразного топлива; Connection to the ventilation pipe system - соединение с системой вентиляции труб; Cylinder cover - крышка цилиндра; Gas leakage detection - датчик утечки газа; Sealing oil inlet - уплотнение входа жидкого топлива; Hydraulic oil inlet - вход гидравлической жидкости. Источник

Для управления двигателем, использующим газообразное топливо в конструкцию двигателя встраивается специальная система. Кроме того, к конструкции главных и вспомогательных двигателей помимо системы подачи газа добавляются следующие узлы:

• система уплотнений при подаче дизельного топлива к разделительным клапанам, отделяющим газ и дизельное топливо; данная система целиком встраивается в двигатель компанией изготавливающей двигатель;

Для двигателей газовозов СПГ нужна бывает система повторного сжижения испарившегося газа. Такая система для подачи газа к двигателю была разработана компанией Hamworthy, представленная на рис. 6.

Рис.6. Система подачи газа к двигателю под высоким давлением компании Hamworthy, включающая 2 насоса СПГ и испаритель (блок размеров 7м х 3м х 2 м). Источник

Brine circulation pump - циркуляционный насос соляного раствора; Brine heater - подогреватель соляного раствора; HP LNG pump - насос СПГ высокого давления; Optimizer - устройство оптимизации; LNG vaporizer - испаритель СПГ; Pulse damper - поглотитель пульсаций давления.

В газосодержащих танках конфигурации Mark III принцип сжатия испарившегося газа отличается по сравнению с системами повторного сжижения газа предыдущих поколений. Испарившийся (выкипевший) газ (boil off gas - BOG) удаляется из танков СПГ с помощью трехступенчатого центробежного компрессора с последующим охлаждением после каждой ступени.

В ближайшие годы, видимо, будет снова происходить постепенный рост цен на топливо, и двигатели, работающие на двух видах топлива, станут вполне рентабельны. А там ожидается и переход на двигатели, работающие только на СПГ.

Для двигателей линейки ME или ME-C вполне возможно переоборудование для работы на СПГ. Большое количество исследований было проведено верфями и классификационными обществами, и в настоящее время проекты двухтопливных двигателей существуют для судов практически всех классов. Танки СПГ требуют пространства в 2-3 раза больше, чем танки с дизельным топливом из-за низкой плотности газообразного топлива. Кроме того, для этих танков требуется система эффективной теплоизоляции. Для двигателей линейки GI требуется газ, сжатый под давлением до 300 бар максимум. Технологии сжижения газа и регазификации сейчас доступны, и соответствующие технические решения разработаны компаниями HGS, TGE, DSME, Cryostar, HHI а теперь также и MHI.

Общим для всех этих систем является то, что они включают:

В настоящее время ведутся исследования для того, чтобы сделать рентабельным использование двигателей, полностью работающих на газообразном топливе. На рис.7. представлен внешний вид контейнеровоза с двигателем, работающим на двух видах топлива.

Рис. 7. Внешний вид нового контейнеровоза компании TOTE, приводящегося в движение двухтопливными двигателями марки ME-GI. Источник

Читайте также: