Главный двигатель судна схема

Судовые двигатели и электрооборудование маломерных судов

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором сгорание приготовленной горючей смеси и преобразование выделенной при этом теплоты в механическую работу происходит внутри замкнутой рабочей полости (в цилиндре) двигателя. Первый ДВС был сконструирован в 1860 году французским изобретателем Э.Ленуаром. Сведения о двигателях и ПЛМ. разрабатываемых за рубежом, приводятся лишь для сведения или как представляющие интерес с точки зрения технических решений рассматриваемой проблемы. Двигатели внутреннего сгорания условно классифицируются по месту установки, конструктивным и иным признакам. Так, по способу установки на маломерном судне они подразделяются на стационарные двигатели (на катерах) и подвесные лодочные моторы (на мотолодках). В поршневых ДВС сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую совершается внутри цилиндра.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Привлекают большое внимание конструкторов роторные двигатели (Ванкеля), которые по способу преобразования энергии явпяются поршневыми (РПД), но вместо поступательного движения поршней применяется вращающийся в корпусе с внутренней рабочей поверхностью в виде цилиндрической эпитрохоиды трехгранный ротор, выполняющий функции поршня. Поскольку роторный двигатель находит применение на маломерных судах в настоящее время и может найти в перспективе — есть необходимость рассмотреть принцип его работы ( рис. 72 ).

Преимущества и недостатки двигателей

Несколько слов о преимуществах и недостатках тех или иных двигателей. Преимущества карбюраторного двигателя: при одинаковой мощности вес в 2 раза меньше облегченного быстроходного дизеля, обладает меньшей шумностью и вибрацией, дешевле в пр» обретении, всегда обеспечен запчастями из-за повсеместного применения. Недостаток один топливо — бензин — огне и взрывоопасен, значительно дороже дизельного топлива и двигатель ев расходует в среднем на 40% больше.

Двигатели внутреннего сгорания применяемые на маломерных судах

Основными двигателями внутреннего сгорания , применяемыми в качестве силовых установок на большинстве маломерных судов являются стационарные и подвесные, двух и четырехтактные поршневые карбюраторные ДВС. Устройство большей части узлов, систем и механизмов стационарного четырехтактного карбюраторного двигателя и двухтактного подвесного лодочного мотора рассматривается в примерах малолитражного двигателя М — 412 и ПЛМ «Вихрь» (без модификаций), с учетом того, что у всех двигателей устройство основных узлов принципиально аналогично и они отличаются только некоторыми конструктивными решениями.

В настоящее время существует пять типов механической установки, применяемой на маломерных судах:

В качестве стационарных двигателей в большинстве отечественных катеров применяются автомобильные двигатели общего назначения ( рис. 75 ). конвертированные (от лат. converto — изменять) в судовые . При конвертации коробка передач заменяется реверсивно-редукторной муфтой (реверс — редуктором), устройством, которое служит для изменениям направления вращения гребного вала (передни задний ход), уменьшения частоты вращения гребного вала. В системы охлаждения и смазки двигателя вводятся дополнительно водоводяной и водомасляный радиаторы (холодильники) с целью более эффективного выполнения этими системами своих функций. Одевается в рубашку водяного охлаждения выхлопной коллектор. Для подачи забортной воды в указанные системы и на охлаждение коллектора устанавливается насос забортной воды с фильтром, воздушный фильтр заменяется сетчатым пламегасителем, устанавливается датчик тахометра для измерения частоты вращения коленчатого вала, меняется способ крепления двигателя.

Рис. 75. Двигатель М — 412 Э. 1 — крышка головки цилиндров; 2 — ось коромысел; 3 — распределительный вал; 4 — карбюратор; 5 — впускной трубопровод; 6 — блок цилиндров; 7 — масляный картер; 8 — выпускной трубопровод; 9 — головка блока

Судовые дизеля, дизельгенераторы

Дизельные двигатели для современных судов являются наиболее распространенным вариантом, потому что они экономичны, неприхотливы, не требуют сложного обслуживания.

Классификация судовых дизельных двигателей:

• малооборотные – подходят для широкого круга кораблей, мощность таких двигателей различается в обширном диапазоне;
• среднеоборотные – применяются на судах средних размеров, их мощность меньше, чем у малооборотных двигателей;
• высокооборотные – устанавливаются на маломерных судах или в качестве вспомогательного двигателя на средних и крупных кораблях (см. МРК Шторм — ракетный корабль).

Судовые дизельгенераторы – это резервный источник энергии, обеспечивающий корабль электричеством в чрезвычайных ситуациях. По мощности и производительности генераторы разделяются на аварийные и вспомогательные.

• вспомогательный дизельный двигатель;
• силовой генератор;
• блок автоматического или ручного управления.

Дизельные генераторы применяются на судах различного назначения морского и речного флота.

История

Первый коммерчески успешный паровой двигатель был разработан Томасом Ньюкоменом в 1712 году. Усовершенствования парового двигателя, внесенные Джеймсом Ваттом во второй половине 18-го века, значительно повысили эффективность парового двигателя и позволили сделать его более компактным. Успешная адаптация парового двигателя к морским применениям в Англии должна была подождать почти столетие после Ньюкомена, когда шотландский инженер Уильям Саймингтон построил в 1802 году «первый в мире практичный пароход » Charlotte Dundas . Соперничающие изобретатели Джеймс Рамси и Джон Фитч. были первыми, кто построил пароходы в США. Рамси выставил свой дизайн парохода в 1787 году на реке Потомак; однако Fitch выиграло соревнование в 1790 году после того, как его успешное испытание привело к созданию пассажирских перевозок на реке Делавэр. В 1807 году американец Роберт Фултон построил первый в мире коммерчески успешный пароход, известный просто как North River Steamboat , с двигателем Ватта.

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.

Маломощные двигатели

Маломощный двигатель (от 10 до 20 кВт) используется чаще всего с переходным коннектором. Стартеры у модификаций применяются только ручного типа. По параметру предельного давления устройства довольно сильно отличаются. Фиксаторы чаще всего применяются с анодами. Непосредственно гребные валы устанавливаются над поддоном.

Также следует отметить, что существуют модификации с нагнетателями. По типу камеры сгорания устройства отличаются. Редукторы используются в основном с антикавитацинной плитой. В большинстве моделей фиксаторы заднего хода отсутствуют.

Судовая гидравлика. Азы обслуживания

Гидравлическая система, состоящая из трубопроводов, заполненных маслом, фитингов, насосов и гидравлического оборудования, — это рабочая лошадка, о которой мечтает большинство яхтсменов.
Много внимания она не требует, а делает при этом кучу полезного на борту. Например, гидравлическая лебедка, как правило, отрабатывает без перегрева от заката до рассвета. То же касается гидравлического подруливающего устройства; тем не менее, если вы хотите, чтобы оно работало вечно, поработайте над своими навыками парковки. Шлюп-балка и гидравлика неотделимы друг от друга, как Boston и Whaler, вместе они легко вытащат увесистый тендер из воды. А нужно ли упоминать о пользе гидравлических стабилизаторов, когда при качке лица пассажиров зеленеют, словно молодая листва?

Сначала появились водяные мельницы, колеса которых вращались водой под действием гравитационных сил. Вооружившись достаточным количеством ремней и блоков, человек, не обделенный смекалкой инженера, смог найти вращающейся оси колеса водяной мельницы множество применений.

В середине 19-го века, на пике индустриальной революции, англичанин Вильям Армстронг (William Armstrong) придумал, как применить гидравлику в грузоподъемных кранах в оживленном порту города Ньюкасл-апон-Тайн. Такая система запитывалась водой под давлением из ближайшей водонапорной башни. Позже он придумал гидроаккумулятор, который представлял собой водоцистерну с тяжелым плунжером сверху. Плунжер опускался и своим весом создавал необходимое давление в трубопроводе. Принцип его работы можно сравнить с принципом работы медицинского шприца.

Сейчас на судах давление обеспечивают насосы, а оборудование выполнено из современных материалов и с высокой точностью, но принцип ни чуть не изменился. Гидравлические системы в большинстве своем используют в качестве рабочей жидкости масло. Они представляют собой замкнутую систему и состоят из масляной цистерны, трубопроводов, поршней, тяг и другого оборудования. Общий принцип работы построен на несжимаемости жидкости. Насос, создавая давление на одном конце системы, распределяет его во всю систему независимо от ее размеров. На другом конце трубопровода подключено оборудование, которое восприимчиво к изменению давления в системе, к примеру, гидроцилиндр рулевого устройства. Изменение давления в системе заставит гидроцилиндр перемещаться, выполняя определенную работу, в данном случае поворачивать перо руля.

Обычно гидравлический привод во всех его проявлениях можно встретить на больших яхтах, там он нашел широкое применение, а на яхтах поменьше его используют только для рулевого устройства и транцевых плит. Не зависимо от сложности систем их нужно обслуживать, чтобы в последствии не пришлось ремонтировать.

Ниже описаны азы, но помните, что лучший источник практической информации, — опытный механик.

Проверка масла

На некоторых яхтах установлен всего один гидравлический насос в машинном отделении. Когда стабилизаторы, подруливающие устройства, шлюп-балки, трапы запитываются одним насосом, такая система называется интегрированной. Их делают под заказ и одна из особенностей — это автономная работа от электропривода, независимо от главного двигателя. Такая компоновка считается эталонной, а обслуживание упрощено, так как следить нужно только за одной системой.

Но чаще можно увидеть автономные устройства, которые требуют большей возни. Каждый механизм будет оборудован собственным насосом или им будут запитаны смежные механизмы, которые редко работают вместе, к примеру подруливающее устройство и брашпиль.

А теперь первое правило. Вне зависимости от устройства вашей системы, контролируйте уровень масла.

Делается это элементарно, учитывая, что при правильном монтаже утечки бывают редко, а любое изменение уровня легко увидеть в смотровом стекле, и вам не придется ничего раскручивать и мерять линейкой.

Если уровень масла все же упал, долейте его и сразу же найдите и устраните причину утечки. При завоздушивании оборудование не будет работать так же отзывчиво, как прежде, или перестанет слушаться вовсе, а все, что было пролито, уйдет в трюм (а следовательно и к осушительным насосам).
Когда доливаете масло, используйте чистую воронку и не лишним будет пропустить его через бумажный фильтр.

Берите пробы

Вторым в очереди стоит пункт про чистоту масла. Будет не лишним, если вы приложите усилия, чтобы держать его почти в стерильных условиях. А это значит, что вскрывать оборудование следует только при необходимости.

Каждый год, или с шестимесячным интервалом при большом количестве моточасов, снимайте пробы масла из систем, отправляйте их в лабораторию на анализ. Масло должно оставаться на протяжении работы такого же цвета, как и было, в крайнем случае — немного потемнеть. Даже если оно выглядит хорошо, все равно пусть его осмотрят в лаборатории.

Такая проблема особенно часто возникает при наличии стабилизаторов, которые постоянно работают на ходу и иногда на стоянке.

Черным масло становится из-за примесей в нем. Чрезмерный износ насосов может привести к появлению металлической пыли в масле. Это будет означать необходимость ремонта или замены насосов. Еще один показатель, что где-то есть проблема, это наличие воды и грязи в пробе. Подробное описание можно получить в выводах лаборатории. Все это может означать необходимость замены масла и фильтров, либо перезаливку системы и промывку, но решение стоит принимать после консультации с мастерами.

Замену масла нужно проводить в период, рекомендованный в мануалах производителя, или чаще, если масло было перегрето или в нем заметны примеси. Компания Naiad для своих продуктов рекомендует замену масла каждые три года или каждые 4 000 моточасов для стабилизаторов и каждые три года для подруливающих устройств. Уплотнения валов на насосах меняются в таком же режиме.

Не менее важна своевременная замена фильтров. Обычно необходимость их замены определяют по рабочим давлениям.

Сохраняйте «хладнокровие»

Если гидравлическое оборудование работает практически без остановок (стабилизаторы например), масло будет сильно греться. В таком случае появляется необходимость прогнать его через систему охлаждения. Следовательно, добавляется обслуживание системы забортного охлаждения. Поэтому меняйте крыльчатки на циркуляционных насосах по графику, следите за протоком через кингстонные решетки, состоянием анодной защиты и теплообменника каждый месяц. Не стесняйтесь обращаться к профессионалам за советами в случае сомнений.

Чтобы это предотвратить, регулярно проверяйте температуру масла во время работы стабилизаторов.

Рулевые машины

Не на каждом борту есть такая развитая система, как описано выше. На большинстве яхт стоят только гидравлические рулевые машины. Проблемы с ними случаются редко, разве что кто-нибудь придет в румпельное отделение и уронит что-то тяжелое на гидроцилиндр.

Обычно штурвал соединен с насосом (двухлинейная система), но бывают и системы под давлением (трехлинейные). Второй вариант немного сложнее, так как в систему включено дополнительное оборудование, но он не менее надежный и так же легко обслуживается.

Спуститься туда их может заставить лишь плохая отзывчивость пера, когда штурвал начинает туго вращаться, и подобные вещи. В основном это обусловлено низким уровнем масла либо воздухом в системе. Проще всего и дешевле решить такую «серьезную» проблему доливом масла (потребуется совсем не много).

С прямым подключением к насосу заливайте в наивысшей точке системы, а при использовании системы под давлением просто долейте в расходную емкость.

В двухлинейной системе жидкость перемещается только под действием гравитационных сил, в том числе между штурвалами. Байпас между двумя штурвалами дает возможность маслу стечь вниз, а воздуху подняться вверх и выйти через воздушный клапан в верхней точке системы. В большинстве систем нужно лишь открутить пробку и аккуратно долить масло, либо использовать трубку с резьбой. Масла вряд ли понадобится много.

Если в систему попало большое количество воздуха или уровень масла сильно упал из-за протечки в поврежденном гидроцилиндре, или, как у меня было несколько лет назад, вследствие неправильного монтажа насоса авторуля (это я «эксперта» позвал) — придется перезаполнять систему. Это сложнее, и потребуются еще одни руки.

Сама процедура перезакатки масла выполняется следующим путем: один вращает штурвал как можно быстрее в одну сторону, выгоняя масло через спускной патрубок, а второй собирает все, что выливается. Затем по новой, но уже в другую сторону. В мануале к вашей рулевой машине будет более подробная инструкция.

Яхты побольше комплектуются трехлинейной системой. Она в свою очередь заполняется через отдельную емкость, которая находится под давлением. Такие системы технически выполнены сложнее, но их проще проверить и долить. Вы всего лишь добавляете масла в емкость, предварительно стравив давление. Когда все готово, накачайте компенсатор снова обычным воздушным насосом.

Когда система заполнена, нужно избавиться от воздуха в системе, провернув штурвал в оба направления несколько раз. Затем найти утечки. Для этого создайте давление, уперев штурвал в конце движения пера руля. В это время ваш помощник должен протереть бумагой все соединения и механизмы и убедиться в их герметичности. Переложите руль и проделайте тоже самое.

Если вы обнаружите протекшее соединение, а поджать не удалось, придется заменить весь участок. Но если потекло уплотнение гидроцилиндра, это гораздо хуже. Его замена проводится с демонтажем в чистом цеху, ведь появление примесей в масле — проблема для самой простой гидравлической системы, что уж говорить о хитросплетенных системах на борту мегаяхт.

Эта статья была напечатана в октябре 2017 года в журнале Power &Motoryacht. Ее автор Майк Смит (Mike Smith). Перевод другой статьи от Майка Смита, посвященной обслуживанию трюмов и осушительного оборудования, читайте здесь.

Содержание

• 1 Паросиловая ЭУ
• 2 Дизельная ГЭУ
• 3 Дизель-редукторная ГЭУ
• 4 Дизель-электрическая ЭУ
• 5 Газотурбинная ЭУ
• 6 Ядерная ЭУ
• 7 См. также
• 8 Литература
• 9 Ссылки

Паросиловая ЭУ

В этой установке перегретый водяной пар высокого давления (температура более 300°С, давление более 50 бар) вырабатывается в главном котле или в ядерном реакторе. Перегретый пар поступает в паровую турбину, которая через многоступенчатый редуктор приводит в движение гребной винт. Отработавший пар поступает в конденсатор, в котором поддерживается вакуум для более полного использования энергии пара. Образовавшаяся вода поступает в теплый ящик, затем к питательным насосам котла или ядерного реактора.

Для больших судов этот тип до середины 20 века был основным, но сейчас он вытесняется мощными дизельными энергетическими установками.

Дизельная ГЭУ

Основой классической дизельной ГЭУ является низкооборотный двухтактный дизельный двигатель. Исполнение двигателя только рядное, количество цилиндров обычно не менее 6. Двигатель соединяется с гребным валом напрямую без каких либо-передач. Для реверсирования гребного винта изменяется порядок работы цилиндров и двигатель запускается в другую сторону. Поскольку судно имеет обычно только один подобный двигатель, его конструкция выполняется максимально надежной. Двигатель может продолжать работать при выходе из строя одного или нескольких цилиндров, при выходе из строя турбокомпрессора, при загрязнении масла, при затоплении или пожаре в машинном отделении. Ярким примером является самый мощный двигатель в мире Wärtsilä-Sulzer RTA96-C.

Данная судовая установка является строго главной и для привода вспомогательных механизмов обычно не применяется.

Дизель-редукторная ГЭУ

Установка включает в себя обычно несколько дизельных двигателей, которые работают через редуктор на вал гребного винта. Каждый двигатель может иметь как свой редуктор, так и два двигателя могут работать на общий редуктор гребного вала. Дизельные двигатели применяются в общем те же, которые используются на дизельных электрических станциях и тепловозах, но имеют специальное морское исполнение.

Дизель-электрическая ЭУ

Основой установки являются дизельный двигатель и генератор, смонтированные на подрамнике и образующие дизель-генератор. На судне не может быть менее двух дизель-генераторов, обычно их количество составляет не менее трех и может доходить до восьми. Дизель-генераторы могут использоваться для привода гребных электродвигателей (главный дизель-генератор) или использоваться в дополнение к классической дизельной ГЭУ или к дизель-редукторной ГЭУ (вспомогательный дизель-генератор), вырабатывая электроэнергию для судовых нужд.

Например, дизель-электрическая установка круизных судов типа Oasis включает в себя шесть дизель-генераторов общей мощностью от 132 000 л.с. ЭУ снабжает электроэнергией три гребные установки Azipod мощностью 20 МВт каждая, четыре подруливающих устройства мощностью по 5,5 МВт, и обеспечивает прочие нужды судна.

Газотурбинная ЭУ

Основой установки является мощная газовая турбина, работающая обычно на флотском мазуте, которая через многоступенчатый редуктор приводит в движение гребной винт или генератор без использования редуктора.
Преимущества — простота и высокая удельная мощность, недостатки — низкая топливная экономичность.
Такие установки применяются в основном на военных кораблях.

Ядерная ЭУ

Этот класс установок является отдельным видом паросиловой установки (см. выше). Высокотемпературный перегретый пар вырабатывается одним или несколькими ядерными реакторами и направляется в паровые турбины, который могут работать через редуктор на гребной винт или приводить в движение генератор. Отличия от паросиловой ЭУ — гораздо более высокие требования к резервированию, надежности, материалам, и к радиационной защите. Установка включает в себя и резервную дизель-электрическую ЭУ.

На судне энергетическую установку размещают в специальных помещениях:

• Машинные отделения
• Котельные отделения
• Реакторный отсек
• Отделения вспомогательных механизмов — в том числе: дизельгенераторное, холодильное, компрессорное, аккумуляторное и др.

Аккумуляторы

На серийно выпускаемых судах этого класса планируют устанавливать батареи емкостью 400 кВтч, рассчитанные на работы в течении 30 минут. За это время при скорости 30 узлов судно пройдет 15 морских миль. BB Green — это действующий прототип, поэтому емкость аккумуляторов на нем уменьшена вдвое. На судне стоит две батареи по 100 кВтч, каждая из которых состоит из четырех ячеек емкостью 25кВтч. Данные о состоянии аккумуляторов передаются на облачный сервер, где хранятся и обрабатываются.

Поскольку заряда аккумуляторов хватает только на 30 минут работы, судно оказался бы бесполезным для перевозки пассажиров, если бы не уникальная система зарядки, которая восстанавливает аккумуляторы до 95% емкости в течении 20 минут.

Литий ионные аккумуляторы нельзя заряжать с такой скоростью. В них используется графит, который обладает высокой плотностью хранения энергии, но не допускает быструю зарядку. Вместо них на судне установлены батареи на основе титаната лития. LTO аккумуляторы имеют меньшую плотность хранения энергии, но заряжаются быстрее, служат дольше и выдерживают более низкие температуры. Аккумуляторы на BB Green заряжаются 10 раз в день, 3650 раз в год и рассчитаны на 15 000 циклов заряда/разряда.

Для таких судов как BB Green существует два варианта выбора аккумуляторов. Можно установить батарею очень большой емкости, которая выдержит целый день работы или использовать меньший по размерам аккумулятор, допускающий быструю зарядку. Если бы разработчики выбрали первый вариант, батарея на судне была бы в 10 раз больше.

Суда типа BB Green планируется использовать как быстроходные паромы, вмещающие 70 пассажиров и 20 велосипедов

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты