Энергетическая установка с дизель-редукторной передачей

Эта установка имеет в своем составе, как правило, два главных двигателя, от которых мощность передается на один винт через редуктор.

Передаточное отношение редукторов 1:2; 1:4 позволяет использовать двигатели с повышенной частотой вращения. Редукторы в таких установках только снижают частоту враще­ния коленчатого вала; задний ход обеспечивается путем реверсирования двигателя или с помощью ВРШ.

Схема дизель-редукторной передачи приведена на рисунке 2.5. Коленчатые валы двух главных двигателей 5 через муфты 4 соединены с первичными валами редуктора. Редуктор представляет собой одноступенчатую зубчатую передачу. Шестерни 3 и 6 вращают большое зубчатое колесо, соединенное с валопроводом 2 и гребным винтом 1. В редуктор вмонтирован упорный подшипник валопровода. Благодаря наличию редукторной передачи частота вращения гребного вала может быть снижена до величины, обеспечивающей высокий КПД гребного винта.

Рисунок 2.5 - Схема дизель-редукторной передачи

В качестве муфт применяются индукционные или гидравлические муфты, допускающие скольжение, что обеспечивает быстрое отключение валопровода от коленчатых валов, отключение одного из двигателей при неисправностях, а также предохраняет шестерни редуктора от резких ударов при включении передачи.

Дизель-редукторная передача в настоящее время широко применяется в установках с двумя среднеоборотными главными двигателями французской фирмы «Семт-Пилстик». Эти двигатели четырехтактные, тронковые, с V-образным расположением цилиндров, с газотурбинным наддувом, с числом цилиндров от 12 до 16. Все двигатели этого типа (PC-2V-400) имеют оди­наковые размеры цилиндров и хода поршня. Их цилиндровая мощность 342 кВт (465 л. с. ) при частоте вращения 500 об/мин.

Рисунок 2.4 - Расположение механизмов в машинном отделении ППР «Рембрант»

1 - насосы пресной и забортной воды главного двигателя; 2 - испарители; 3 - насосы дистиллята; 4 - опреснитель; 5 - насосы судовых систем; 5 - дизель-генератор; 7 - теплый ящик; 8 - питательные насосы котла; 9,10 - гидрофоры забортной и пресной воды; 11 - паровой котел; 12 - конторка; 13 - сепараторы масла и топлива; 14 - насосы, обслуживающие главный двигатель; 15 - баллоны сжатого воздуха; 16 - насосы пресной и забортной воды главного двигателя; 17 - сепаратор льяльной воды; 18 - насосы охлаждающей воды рефрижераторной установки; 19 - холодильники пресной воды вспомогательных двигателей; 20 - дизель-генераторы; 21 - масляные холодильники главного двигателя; 22 - холодильники пресной воды главного двигателя; 23 - главный двигатель

Редукторные передачи с такими двигателями установлены на транспортных рефрижераторах типов «Охотское море», «Амурский залив», «Остров Русский».

Аналогичные по типу установки использованы на РТМ «Тропик», «Атлантик». Они состоят из двух главных однорядных двигателей NVD SKL у РТМ «Тропик» по 490 кВт (670 л. с.), у РТМ «Атлантик» по 850кВт (1160 л. с.), соединенных с редуктором при помощи индукционных муфт.

Особенностью этих установок является применение в их составе обратимых электрических валогенераторов (на рис. б изображен штриховой линией), позволяющих либо осуществлять отбор мощности от главных двигателей для питания электроэнергией судовых потребителей, либо использовать мощность судовой электростанции для движения судна. Валогенераторы приводятся от ведомого зубчатого колеса редуктора через передачу, повышающую частоту вращения. Такие установки позволяют при выполнении промысловых операций (спуск, подъем орудий лова) использовать резерв мощности главных двигателей для питания электроэнергией промысловых механизмов через валогенератор.

В период переходов валогенератор может быть использован как валомотор для увеличения скорости хода судна.

РТМ типа „Атлантик"

Рыболовные морозильные траулеры типа «Атлантик» построены народным предприятием «Фольксверфь» г. Штральзунд (ГДР) по заказу Советского Союза. Траулер предназначен для работы в районах Средней и Южной Атлантики, оборудован устройством для кормового траления, установкой для замораживания улова и хранения рыбопродукции в охлаждаемых трюмах.

Судно одновинтовое, двухпалубное, с избыточным надводным бортом и расположением энергетической установки в средней части. На главной палубе размещается трехъярусная надстройка. Форштевень наклонный, корма транцевая с плоским транцем, имеющим наклон в нос. Основные характеристики судна типа «Атлантик»:

Траулеры типа «Атлантик» построены на класс Регистра СССР

Пропульсивная установка — дизель-редукторная, двухмашинная, с ВРШ и отбором мощности на валогенераторы.

Два главных двигателя типа 8NVD-48. 2AU через индукционные муфты и редуктор передают мощность на ВРШ. Часть мощности через тот же редуктор может отбираться валогенератором переменного трехфазного тока, работающим на судовую сеть, и генератором постоянного тока, работающим на промысловые механизмы. Судовая электростанция переменного тока состоит из четырех дизель-генераторов мощностью по 320 кВА каждый, аварийного дизель-генератора мощностью 50 кВА, распределительных устройств, аппаратуры и сетей канализации электроэнергии.

Основу вспомогательной котельной установки составляет водотрубный котел системы Вагнер - Хохдрук паропроизводительностью 2, 5 т/ч при давлении 785 кПа (8 кгс/см2).

Испарительная установка вакуумная, непосредственного испарения. Все вспомогательные механизмы, обслуживающие энергетическую установку, имеют электрический привод.

План машинного отделения траулера приведен на рисунке 2.6.

Пропульсивная установка. В качестве главных на РТМ типа «Атлантик» установлены двигатели SKL производства завода им. К. Либкнехта (ГДР). Двигатели четырехтактньй» простого действия, тронковые, реверсивные, с газотурбинным наддувом. Основные характеристики двигателей приведены ниже.

Тип двигателя 8NVD-482AU

Число цилиндров z 8

Диаметр цилиндра Du, мм 320

Ход поршня Sп, мм 480

Объем цилиндра Vц, дм3 38,6

Степень сжатия 13,25

Частота вращения n, об/мин 375

Длительная мощность Ne, кВт (э. л. с)... 852(1160)

Пусковая частота вращения n_ПУСК, об/мин. 80

Минимально устойчивая частота

вращения n_min, об/мин 200

Запретная зона частоты вращения n_кр,

об/мин 250-300

Средняя скорость поршня с_т, м/с 6,0

Давление конца сжатия МПа (кгс/см²).. 4, 12—4,1 (44-43)

Максимальное давление цикла p_Г , МПа

(кгс/см2) 6,67-7,705 (68-72)

Среднее эффективное давление р_е, кПа

(кгс/см*) 883 (9)

Степень повышения давления в турбонагне­тателе 1,27—1,33

Максимальное противодавление на выхлопе

Р_В.Г. , кПа (мм вод. ст) 1,962 (200)

Температура выхлопных газов на выходе

из цилиндров t^Ц_ВГ ,°C 375-425

Температура Выхлопных газов перед турбо

нагнетателем t*_Г ,°C 435-85

Удельный расход топлива g_E г/кВт-ч

(г/э.л. с ч) 218+ 5%(160+5%)

Рисунок 2.6 - Общее расположение механизмов в машинном отделении РТМ типа

«Атлантик»

1 — главные двигатели 8NVD-48A2U; 2 — индукционные муфты; 3 —редуктор; 4 — валомашина переменного тока; 5 - валомашина постоянного тока; 6 — конденсатор котельной установки; 7 — вспомогательный паровой котел; 8 — мазутный насос; 9 — насос смазочного масла; 10 — насос питательной воды; 11 — осушительные насосы; 12 — сепаратор льяльных вод; 13 — трюмный насос; 14 — насос забортной воды дизель-генераторов; 15 — насос забортной воды главных двигателей; 16 — вспомогательные дизель-генераторы; 17— пусковой баллон дизель-генератора; 18 - топливные насосы; 19 — резервный масляный насос главных двигателей; 20 — воздушный баллон системы управления; 21 — пусковые баллоны главного двигателя; 22 — топливный сепаратор; 23 — электрокомпрессор; 24 — насос пресной охлаждающей воды дизель-генераторов; 25 — резервный насос пресной охлаждающей воды для главных двигателей; 26 — вакуумный насос испарительной установки; 27— конденсатор опреснительной установки; 28 — насос охлаждения конденсатора испарителя; 29 — пожарный насос; 30 — рассольный насос испарителя, 31 — масляный сепаратор; 32 — насос охлаждающей воды масляных холодильников редуктора; 33 — подогреватель масла; 34 — холодильник редукторного масла; 35 — масляный насос редуктора

Конструкция двигателя аналогична конструкции дизеля 8NVD-48AU, установленного на СРТМ типа «Маяк». Повышение мощности достигнуто за счет увеличения частоты вращения до 375 об/мин и повышения степени наддува.

Передача мощности от главных двигателей на редуктор осуществляется через две индукционные муфты. Муфты имеют следующие основные характеристики:

Тип 1К2000-16/3

Номинальный крутящий момент, МН·м (кгс·м) 218(2220)

» ток возбуждения, А 85

Номинальное напряжение возбуждения, В 120

Форсированное возбуждение:

ток, А 120

напряжение, В 170

Предельный момент при номинальном возбуждении

МН-м (кгс-м) 245(2500)

Предельный момент при форсированном

возбуждении МН · м (кгс · м) 275(2800)

Номинальное скольжение, % 2,5

Напряжение возбуждения индукционных муфт подается от двух преобразователей, состоящих из трансформаторов трехфазного тока и кремниевых выпрямителей. Включение муфт производится из ЦПУ. В системе включения муфт имеется блокирующее устройство, срабатывающее в следующих случаях:

- если валы главных двигателей вращаются в разных направлениях;

если давление масла в редукторе и охлаждающей воды в дейдвудном устройстве ниже минимально допустимого;

- при включенном валоповоротном устройстве;

- при перекладке пера руля на угол, превышающий 40°.

Редуктор предназначен для передачи мощности главных двигателей на один гребной вал и вал отбора мощности, а также для изменения частоты вращения. Характеристика редуктора:

Частота вращения входного вала, об/мин 375

» » гребного вала, об/мин 175

» » вала отбора мощности, об/мин. 1000

Мощность, передаваемая на гребной вал, кВт (э. л. с.) 1705 (2320)

» » » вал отбора, кВт 556

Максимальная передаваемая мощность, кВт (э. л. с.) 1935(2633)

Шестерни редуктора цилиндрические, косозубые. Все валы редуктора, кроме вала отбора мощности, уложены в подшипниках скольжения, залитых баббитом. Вал отбора мощности вращается в подшипниках качения. На свободном конце вала отбора мощности смонтировано валоповоротное устройство. В редуктор встроен сегментный упорный подшипник, рассчитанный на максимальный упор 265 кН (27 тс).

В качестве движителя на траулере установлен винт регулируемого шага производства завода им. К. Готвальда (ГДР). Характеристика ВРШ:

Диаметр винта, мм. 3400

» ступицы, мм 1000

Конструктивное шаговое отношение 0,852

Частота вращения, об/мин 175

Максимальный угол разворота лопастей вперед/назад, ° 25/20

Гидравлический механизм изменения шага расположен вне ступицы.

Управление пропульсивной установкой осуществляется из ЦПУ в машинном отделении, а управление шагом винта — с постов управления, расположенных в рулевой рубке и в ЦПУ. В си­стеме управления установкой имеются указатели нагрузки на главные двигатели, обеспечивающие контроль за ее распределением между дизелями.

Частота вращения двигателей и ВРШ не регулируется.

Рассмотрим характеристики работы пропульсивной установки.

В связи с тем, что отбор мощности от главных двигателей производится на валогенератор переменного тока, двигатели работают при постоянной частоте вращения. Изменение скорости движения судна осуществляется изменением шага винта.

Как показали испытания, максимальная скорость свободного хода при работе на винт одного двигателя на номинальном режиме составляет 10,4 уз. Угол разворота лопастей ВРШ составляет при этом 16°.

При работе валомашины переменного тока в режиме валомотора совместно с двумя главными двигателями скорость свободного хода увеличивается на 0, 2 уз, что практически не имеет существенного значения.

Испытания РТМ «Авиатор» проводились при работе судна с донным 31-метровым и разноглубинным 25-метровым тралами.

Ветер и волнение в период испытаний не превышали трех баллов.

Испытания пропульсивной установки на тралении показали, что при скоростях буксировки донного трала 4, 5 уз и разноглубинного трала 4, 7 уз мощность, потребляемая от главных двигателей, составляет 0,65—0,67 от номинальной при угле разворота лопастей 15°.

Максимальная скорость траления в тихую погоду при работе двух главных двигателей на режиме, близком к номинальному, и углах разворота лопастей в пределах 16—16, 5° составляет около 5 уз.

При работе одного главного двигателя с нагрузкой 80-4-85% от номинальной (а=11, 5-f-12°) скорость траления составляет 3,5—3,9 уз.

Траление против ветра при волнении до 6 баллов возможно со скоростью до 4 уз без перегрузки главных двигателей. В период переходов к месту промысла ход судна обеспечивается работой двух главных двигателей. Угол разворота лопастей ВРШ устанавливается в пределах 19—21° в зависимости от состояния погоды.

При переходе с промысла в порт в связи с увеличением загрузки судна угол разворота лопастей ВРШ уменьшается до 17—20°. Среднесуточный расход топлива на главные двигатели на переходах составляет 8,7 т/сут, а на промысле —5,1 т/сут.

Дизель-редукторная установка с отбором мощности через валомашины переменного и постоянного тока называется установкой «отец и сын».

Дизель-редукторная установка аналогичная СЭУ РТМ «Атлантика» с отбором мощности установлена на УПС «Херсонес», а также на судах типа РТМ-К-С «Моозунд».

Энергетические установки с дизель-электрической передачей. Такие установки получили применение главным образом на судах, имеющих мощное рыбообрабатывающее оборудование на борту (производственные рефрижераторы, консервные траулеры), где требуется гибкое перераспределение энергии вырабатываемой энергетической установкой: на переходах — максимальное использование вырабатываемой энергии для нужд движения судна, а ан промысле — обеспечение работы промысловых и рыбообрабатывающих механизмов. Такую возможность обеспечивает энергетическая установка с электрической передачей. Схема электрической передачи показана на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Схема электрической передачи

В машинных отделениях судов с дизель- электрической передачей устанавливаются агрегаты, состоящие из дизелей 5 и приводимых ими в движение генераторов 4 электрического тока. Гребной винт 1 в этой передаче приводится в действие электродвигателем 2, который получает энергию через распределительный щит 3. Механическая работа главных двигателей 4 в такой передаче превращается в электрическую энергию, которая за­тем преобразуется в механическую работу в гребном электродвигателе 2 для привода гребного винта. Такое двойное превращение энергии, естественно, уменьшает КПД передачи.

Электрическая передача получила распространение на ряде производственных рефрижераторов и консервных траулеров благодаря следующим достоинствам:

- возможности маневрирования числом работающих дизель-операторов, что позволяет использовать их полностью или частично в зависимости от потребностей в энергии;

- легкому осуществлению реверса при помощи электрических переключателей или ВРШ, что позволяет управлять гребной установкой с мостика;

- возможности размещения энергетической установки независимо от гребных валов (отсутствие промежуточных валов и их туннелей);

- возможности использования главных генераторов для получения тока, питающего вспомогательные механизмы.

К недостаткам электрического привода относятся невысокий КПД, сложность оборудования и необходимость увеличения численности обслуживающего персонала (кроме механиков необходимы еще электромеханики); высокая первоначальная стоимость.

Установка, изображенная на рисунке 2.7, является установкой с единой электроэнергетической системой. Дизель-генераторы в этом случае не делятся на главные и вспомогательные. Выра­батываемая ими энергия в зависимости от режима эксплуатации судна распределяется через распределительный щит между гребной электрической установкой и другими потребителями. По такой схеме работают энергетические установки траулеров типа «Север», промыслово- производственных рефрижераторов типа «Алтай» и консервных рыболовных траулеров типа «Наталия Ковшова».

Существуют дизель-электрические суда, которые имеют главные и вспомогательные дизель-генераторы, т. е. гребная электрическая установка и судовая вспомогательная, электростанция в этом случае автономны.

В зависимости от рода тока энергетические установки с дизель-электрической передачей могут быть постоянного тока (промысловый рефрижератор типа «Дружба») и переменного тока (промысловые рефрижераторы типов «Алтай», «Зеленодольск»). Более широкое использование переменного тока в современных дизель-электрических установках объясняется компактностью, простотой конструкции и обслуживания генераторов, электродвигателей и другого оборудования переменного тока по сравнению с оборудованием постоянного тока.

Энергетические установки с реверс-редукторной передачей на гребной винт от нереверсивного двигателя.

Этот вид установок используется на малотоннажных промысловых судах: средних и малых сейнерах, малых траулерах и приемотранспортных судах с мощностью главного двигателя 60-140 кВт (80 - 200 л. е.). Схема машинного отделения с такой энергетической, установкой среднего черноморского, сейнера изображена на рисунке 2.8

Рисунок 2.8 - Схематический план машинного отделения морского промыслового судна

Главный двигатель 8 (дизель мощностью 110 кВт) вращает гребной винт 1. Передача мощности от двигателя к винту осуществляется валопроводом. Он состоит из отдельных валов: промежуточного 24 и дейдвудного, или гребного, 26, соединенных между собой фланцами 3. Промежуточный вал расположен в опорных подшипниках 4, а дейдвудный вал — в дейдвудных подшипниках 2, которые установлены в дейдвудной трубе 25. На конце дейдвудного вала закреплен гребной винт 1. Коленчатый вал двигателя соединен с валопроводом через реверс- редуктор 21, при помощи которого изменяется направление вращения валопровода и гребного винта. В корпусе реверс-редуктора расположен упорный подшипник. Он воспринимает давление, создаваемое гребным винтом.

Для обеспечения энергией судовых вспомогательных и промысловых механизмов — насосов, лебедок, сетеподъемных машин— в машинном отделении у правого борта размещен вспомогательный двигатель 17 (дизель мощностью 14 кВт), который приводит в действие электрогенератор. С левого борта установлен пожарный насос 9 с приводом от электродвигателя. В носовой части расположен осушительный насос 12, откачивающий воду из трюма и приводимый в действие непосредственно от главного двигателя. Запускается главный двигатель электростартером.

Для питания электростартера и для освещения помещений предусмотрены аккумуляторы, расположенные в шкафу 22 по правому борту. В случае выхода из строя электростартера главный двигатель может быть пущен в ход сжатым воздухом, который хранится в баллонах 20. Сжатый воздух используется и для других нужд. Запас его может быть пополнен компрессором 19. У кормовой переборки находятся распределительный щит 23 судового электрохозяйства, котел водяного отопления 6 и угольный бункер 5. По бортам размещены цистерны: основного запаса топлива 7 и 18, масляная 14 и расходная топливная 16. У носовой переборки установлен расходный масляный бак 11. Рядом с цистернами размещены ручные насосы: 10 — для воды, 13 — для масла, 15—для топлива.

Для осуществления манёвров и реверса ГД маломерник судов изготовляется вместе с реверс- редукторами, с помощью которых можно изменять направление вращения гребного вала и уменьшать его частоту вращения. В конструкцию реверс-редуктора входит и разобщительное устройство.

На рисунке 2.9 приведена схема двухдискового реверс-редуктора. Ведомый вал 11 редуктора соединен с промежуточным или упорным валом валопровода. На валу заклинена Шестерня 12, которая сцепляется через шестерню 10 с шестерней 5, сидящей на валу 9, и с шестерней 7, сидящей на пустотелом валу 13. Шестерня 10 является паразитной и служит для сохранения направления вращения шестерни 8. Вал 9 входит внутрь вала 13, и оба они могут вращаться независимо.

Валы 13 и 9 имеют диски 3 и 15. Между ними помешается третий диск 4, который вращается вместе с корпусом 2, соединенным фланцем 1 с коленчатым валом двигателя.

На рисунке 2.10 представлен продольный разрез реверс-редуктора двигателя 2ЧСП 10,5/13, работающего по приведённой выше схеме с передаточным числом 1:1,35 на задний ход и 1:1,25 на передний ход. Номера позиций на рисунке 2.9 те же, что и на рисунке 2.10.

Рисунок 2.9 - Схема двухдискового реверс-редуктора

При перемещении вправо диск 4 входит в сцепление с диском 15 и приводит его во вращение, а вместе с ним через шестерню 12 и вал 11 (передний ход). При перемещении влево диск 4 входит в сцеп­ление с диском 3 и вместе с ним приводит во вращение вал 9. Вращение вала 9 передается ведомому валу 11 через шестерни 8 и 10. Направление вращения будет таким же, как и вала 9, т.е. обратным направлению вращения щестерни 12 (задний ход). Положение «стоп» соответствует среднему положению диска 4. В положении «стоп» коленчатый вал двигателя продолжает вращаться, а гребной вал будет остановлен. Передвижение нажимного диска 4 осуществляется рычагом переключения 5 с помощью муфты переключения 6 рычажного механизма 14. Достоинством реверс-редукторов данной схемы является возможность длительной их работы на заднем ходу.

К недостаткам следует отнести ограниченность величины передаваемого крутящего момента, а также необходимость весьма точного монтажа дисков в корпусе. Малейший перекос дисков может привести к их перегреву и заеданию.

Для передачи больших крутящих моментов применяют реверс-редукторы с гидравлическим или пневматическим управлением. Маневрирование такими установками может осуществляться с дистанционных автоматизированных пультов.

Рисунок 2.10 - Продольный разрез двухдискового реверс-редуктора