ОТ РЕДАКЦИИ ИЗДАТЕЛЬСТВА
Транспортный флот интенсивно пополняется судами, оснащенными сложными техническими средствами с высокой степенью их автоматизации. В связи с этим от обслуживающего персонала требуется высокая квалификация для обеспечения надежности работы судовых энергетических установок и вспомогательных механизмов, судовых систем и судна в целом.
В целях повышения квалификации судовых экипажей и подготовки молодых специалистов издательством «Транспорт» выпускаются книги по определенным разделам судовой техники: учебники, справочники, а также литература для инженеров и техников. В настоящее время все больше внимания на флоте уделяется изучению смежных профессий для подготовки массовых кадров по специальностям: «матрос-моторист», «рулевой-моторист», «слесарь-моторист» и др. В связи с этим возникает необходимость также в публикации книг, охватывающих в одном издании всю судовую технику. Именно такой книгой является книга Д. А. Тейлора «Основы судовой техники».
Автор стремился к простоте изложения материала и в большинстве случаев старался раскрыть физическую сущность явлений, не прибегая к математическому аппарату. Особенно,это ему удалось при изложении материала по регулированию параметров работы судовых технических средств.
Автор книги, Д. А. Тейлор, морской инженер.
При подготовке русского издания текст книги несколько сокращен, в основном путем исключения материала по судовым котлам на угольном отоплении и ряда второстепенных приложений.
Трудно согласиться с утверждением автора, что книга охватывает всю программу курса на получение диплома механика третьего разряда. Требования к знаниям механика третьего разряда в нашей стране предусматривают более глубокое изучение судовой техники. Поэтому ее можно рекомендовать как дополнительный материал для кадров массовых профессий на судах при освоении смежных профессий.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга является вводной в ряду книг, выпускаемых издательством «Баттерворс» по судомеханической специальности. В книге в простой форме описываются все виды механизмов, встречающихся в составе судовой энергетической установки, их принцип действия, устройство и правила обслуживания. Эти описания сопровождаются чертежами или схемами.
Во всех случаях особое внимание обращается иа соблюдение правил эксплуатации и техники безопасности при обслуживании механизмов, а в необходимых случаях делается ссылка на руководящие документы и правила. Подробно описываются различные виды аварийного оборудования и имущества.
Книга отвечает существующей программе подготовки судовых механиков 3-го и 4-го классов Британского торгового флота и учебному плану первых двух лет обучения в морских учебных заведениях Великобритании. В книгу включены также дополнительные материалы для использований их при подготовке к сдаче экзамена на должность капитана судна.
Материал книги изложен в основном просто, достаточно для того, чтобы Дать читателю представление о рассматриваемых вопросах, прежде чем он приступит к'изучению более детальных учебных пособий по данной специальности.
Д. А. Тейлор
5
1.	СУДА И ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
1.1.	СУДА
Прежде чем описывать энергетическую установку судна, следует, видимо, дать сведения о судне вообще. Различные обязанности судового механика сводятся в основном к тому, чтобы судно работало надежно, эффективно, экономично и безопасно. В зависимости от типа энергетической установки расположение механизмов на судне может быть различным, также как различными будут оборудование и вспомогательные механизмы. Эти обстоятельства определяют требования к эксплуатации и ремонту судна и, следовательно, объем обязанностей судового механика.
Судно — это сложное мореходное сооружение, которое с большой надежностью и в течение длительного времени может работать автономно в присущих морской стихии условиях. Проект судна— это результат совместной деятельности инженеров-кораблестроителей и инженеров-механиков. Инженер-кораблестроитель проектирует корпус судна, его конструкцию и обводы, обитаемость и мореходные качества. Инженер-механик отвечает за проектирование систем, обеспечивающих движение судна и управление им, т. е. проектирует энергетическую установку, рулевое, якорное, швартовное и грузоподъемные устройства, оборудование для кондиционирования воздуха и электроэнергетические системы. Иногда, как, например, при проектировании винта, когда решаются задачи по уменьшению шума и вибрации, и в ряде других случаев требуется совместная работа кораблестроителей и механиков.
Судовые помещения можно разделить на три группы: грузовые трюмы, жилые и служебные помещения и машинные отделения. В зависимости от типа судна может изменяться как соотношение этих групп помещений по объему, так и их состав. На танкере, например, грузовые помещения занимают большую часть судна и представляют собой цистерны, разделенные продольными и поперечными переборками. На палубе и в трюмах проложено много трубопроводов. Судно для перевозки сухих грузов имеет несколько грузовых трюмов, которые обычно располагаются по всей ширине судна и разделяются поперечными переборками по его длине. На палубе имеется грузоподъемное устройство и большие грузовые люки, закрывающиеся стальными крышками. На судах обоих типов должно быть достаточное количество жилых помещений для
6
команды и служебных помещений для управления судном. Объем машинных отделений определяется типом выбранной энергетической установки и числом вспомогательных механизмов. На пассажирском судне жилые и служебные помещения оправданно занимают очень большой объем. Энергетическая установка на пассажирском судне должна обеспечивать работу кондиционеров воздуха, успокоителей качки и другого оборудования, содействующего улучшению обслуживания пассажиров.
1.2.	ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
На современных судах существуют энергетические установки трех основных типов. К ним относятся: установки с малооборотными дизелями и с прямой передачей мощности на винт; установки со среднеоборотными дизелями и редуктором; паротурбинные установки с передачей мощности на винт через редуктор. Достоинства и недостатки этих установок постоянно меняются с развитием техники и с изменением различных экономических факторов, например колебанием цен на нефть. Поэтому будет дано общее описание установок этих типов с точки зрения их конструкции.
Установки с малооборотными дизелями. В энергетической установке танкера, предназначенного для одновременной перевозки различных нефтепродуктов, в качестве главного двигателя часто применяется шестицилиндровый дизель с непосредственной передачей мощности на гребной вал. Винт фиксированного шага вращается с частотой 122 об/мин. Обычно три дизель-генератора, а также ряд насосов различного назначения располагаются на уровне настила машинного отделения над флорами. На нижней платформе машинного отделения помещены воздушный компрессор с баллонами, сепаратор трюмных вод, установки по обработке топлива и смазочного масла и различные охладители. На этой же платформе расположены водоопреснительная установка, установка по обработке сточных вод и четыре турбины для привода грузовых насосов. В кормовой части верхней платформы находятся котел для подогрева жидкого груза и небольшой вспомогательный котел. На остальной части верхней платформы располагаются различные мастерские и кладовые, центральный пост управления установкой, станция водоподготовки и конденсатор турбин грузовых насосов.
В корпусе надстройки помещаются утилизационный котел, искрогасители и глушители различных выпускных систем, а также установка инертного газа.
Установки со среднеоборотными дизелями и редуктором. Машинную установку, например, одного из танкеров составляют два среднеоборотных дизеля (500 об/мин), которые через редуктор вращают гребной вал с частотой 115 об/мин. Через этот же редуктор осуществляется вращение двух приводных генераторов пере
7
менного тока, с помощью которых обеспечиваются работа насосов при погрузке и выгрузке нефти на стоянке судна или все необходимые грузовые операции на ходу судна.
Вокруг дизелей на уровне плит машинного отделения располагаются различные насосы для обслуживания как дизелей, так и различных судовых систем. На небольшом возвышении в носовой части отсека установлены электродвигатели для привода грузовых насосов, расположенных в смежном отсеке.
На нижней платформе расположены охладители системы смазки и систем охлаждения рубашек цилиндров и форсунок главных двигателей, два дизель-генератора переменного тока и установка по’подготовке топлива.
На верхней платформе по периферии располагаются ряд цистерн, кладовая и мастерская. В носовой части платформы расположен центральный пост управления установкой, включающий пульт управления главными двигателями, панель с мнемонической схемой энергетической установки и групповые щиты пуска электродвигателей. В кормовой части платформы находятся вспомо-
а)
Рис. 1.1. Расположение механизмов паротурбинной установки:
а — частичный план расположения механизмов на настиле машинного отделения; 6 — поло в нос; 1 — топлнвоперекачивающий насос дизельного топлива; 2 — иасосы смазочного масла; кулЯцнонный насос рефрижераторной установки; 6—маслоотделитель сепаратора; 7 — топ могательного котла; 9 — подающие насосы тяжелого топлива; 10 — упорный подшипник; 11 — 14 — маслоохладитель; /5 — насос охлаждения турбогенератора переменного тока; /6 — глав главный циркуляционный насос забортной воды; 20 — откачивающие насосы сточной цистер трюмных вод; 24 — отстойник; 25 — вентилятор наддува; 26 — главный питательный насос; вой котел; 30— лифт; 31 — напорный масляный бак; 32 — кладовая и мастерская; 33 — тур топлива; / — верхняя палуба: II — платформа 12,345 м; Ш — платформа 1,5 м
8
гательный котел и два котлоагрегата для подогрева нефти в танках (цистернах). Кроме того, на верхней платформе имеются сепаратор трюмных вод, воздушные компрессоры и баллоны.
В кожухе трубы расположены глушители шума выпускных систем главных двигателей и дизель-генераторов.
Паротурбинные установки. В энергетической установке контейнеровоза, показанной на рис. 1.1, в качестве главных двигателей используются две двухкорпусные паровые турбины. Так как оборудование располагается в основном симметрично, на рис. 1.1 показаны две половины разрезов судна и половина его вида сверху. Каждая турбина через двухступенчатый редуктор и автономный упорный подшипник передает вращение на свой гребной винт фиксированного шага. Главные конденсаторы располагаются под турбинами низкого давления. На ходу судна вода к конденсаторам подается через водозаборник, а при маневрировании судна — от циркуляционного насоса.
На настиле машинного отделения вокруг главных турбин расположено много насосов для их обслуживания и для различных
вина разреза по 101 шпангоуту, вид в корму; в — половина разреза по 101 шпангоуту, внд 3 — пост управления днзель-генераторами; 4— дизель-генератор переменного тока; 5 — цнр-лнвоперекачивающнй агрегат тяжелого топлива; 8 — подогреватель питательной воды вспо-напорная Цистерна пресной воды; 12— главная паровая турбина; 13 — пожарный насос; ный конденсатор; /7 — главный конденсатный насос; 18 — трюмно-балластный насос; 19 — ны; 21— насосы и фильтры системы смазки; 22— сточная масляная цистерна; 23 — насос 27 —запасная цистерна питательной воды; 28 — механическая кладовая; 29 — главный паро-^огеиератор переменного тока; 34 — топливная цистерна; 35 — цистерна слнва дренажного
9
судовых систем, вспомогательный котел, работающий на жидком топливе, и установка по обработке сточных вод. В кормовой части за акустическим экраном помещены три дизель-генератора переменного тока.
На платформах, расположенных на высоте 8,5 м, с каждого борта стоит по одному турбогенератору переменного тока и воздуходувка для главных паровых котлов. Здесь же размещены питательные насосы и другие элементы питательной системы котлов. Сами кодлы располагаются в кормовых частях этих помещений. В носовых частях платформ помещаются две опреснительные установки, а в кормовых — две установки системы питьевой воды.
ТНа платформе, расположенной на высоте 16,2 м, размещается аппаратура управления процессом горения в топках котлов с местного пульта управления, хотя обычно управление горением осуществляется из ЦПУ. На этой же платформе расположен агрегат топливоподготовки для котлов, включающий насосы и подогреватели. Выше в кожухе котла имеется деаэратор, а в кожухе трубы— глушители шума дизель-генераторов.
Обслуживание за механизмами установки. В очень редких случаях судовой механик несет ответственность лишь за те механизмы и системы, которые расположены в машиннцм отделении. В разных фирмах и компаниях поступают по-разному, но обычно все механизмы на судне, за исключением радиоаппаратуры, находятся в ведении судовых механиков. В ряде случаев на судне может быть электромеханик, но если его должность не предусмотрена штатным расписанием, то все обслуживание за электрооборудованием тоже входит в обязанности судовых механиков.
Вот почему подготовка судовых механиков должна основываться на широкой теоретической и практической базе. При необходимости в разных обстоятельствах судовой механик должен быть и электриком, а также специалистом по холодильным и вентиляционным установкам, по установкам кондиционирования. В отличие от коллег, работающих на берегу, судовой механик действует в условиях плавания, когда механизмы работают при наибольшей коррозионной активности окружающей среды. Более того, судовой механик должен быть в состоянии принимать самостоятельные решения и выполнять работы при помощи лишь тех средств, которые имеются в его распоряжении.
На современном судне имеется много сложных механизмов, работающих автоматически в заданных режимах, чтобы в течение длительного плавания были обеспечены хорошие условия для работы и отдыха немногочисленного экипажа судна. Цель настоящей книги состоит в том, чтобы помочь изучению принципа работы и действия судовых механизмов. Оборудование, с которым имеет дело механик,— это или системы, включающие ряд мелких элементов, или отдельные крупные агрегаты. Для эффективной эксплуатации механизмов необходимо знать их устройство.
10
2.	ДИЗЕЛИ
2.1.	ПРИНЦИП РАБОТЫ
Дизель — это такой тип двигателя внутреннего сгорания, в котором топливо воспламеняется при впрыскивании его в камеру сгорания, заполненную сжатым воздухом с высокой температурой. Как и все двигатели внутреннего сгорания, дизель работает с определенной последовательностью тактов, которая может быть достигнута за два или четыре хода поршня. Ход — это перемещение поршня между двумя его крайними точками. Каждый ход поршня совершается за половину оборота коленчатого вала.
Четырехтактный цикл. Он совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала. Для осуществления этого цикла дизель должен иметь устройства для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.
Если поршень находится в крайней верхней части своего хода, то это его положение называется верхней мертвой точкой (в. м.т.). Как только поршень начинает двигаться вниз, впускной клапан открывается и свежий воздух засасывается в цилиндр (рис. 2.1,а). В нижней части хода поршня, т. е. в нижней мертвой точке(н. м.т.), впускной клапан закрывается, начинается сжатие воздуха в цилиндре и, следовательно, повышается температура воздуха по мере подъема поршня (рис. 2.1,6). Затем в цилиндр впрыскивается топливо. Как только поршень достигнет в. м. т., происходит сгорание топлива, в результате образуется очень высокое давление газов в цилиндре (рис. 2.1, в). Затем поршень под воздействием этих газов перемещается вниз. При подходе поршня к н. м.т. открывается выпускной клапан. На заключительном ходе поршня вверх, завершающем цикл, продукты сгорания топлива выталкиваются из цилиндра. Как только поршень поднимется до в. м.т., цикл завершается (рис. 2.1, г). Эти четыре хода поршня называются впуск (всасывание), сжатие, рабочий ход и выпуск.
Процессы цикла схематично показаны на круговой диаграмме (рис. 2.2). Показан угол поворота коленчатого вала, при котором совершается каждый цикл. На диаграмме рис. 2.2 точно воспроизводится действительный цикл, который отличается от его упрощенного описания на рис. 2.1. Для различных конструкций двигателей углы поворота коленчатого вала в градусах для совершения того или иного процесса будут различными. Тем не менее эта
И
Рис. 2.1. Четырехтактный цикл:
а — ход всасывания; б — вход сжатия; в — рабочий ход; г — такт выпуска газов; / — впускной клапан; 2—выпускной клапан; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — шатуи: 6 — кривошип;
/ — направление вращения коленчатого вала
Рис. 2.2. Круговая диаграмма распределения четырехтактного дизеля:
/ — открытие впускного клапана; 2 -г начало впрыскивания топлива в цилиндр; <? —окончание впрыскивания топлива в цилиндр; 4— закрытие выпускного клапана; 5 — открытие выпускного клапана; 6 — закрытие впускного клапана; / — всасывание; // — сжатие; /// — рабочий ход поршня; IV— направление вращения коленчатого вала; V — выпуск газов
Рис. 2.3. Цикл двухтактного дизеля:
а — впрыскивание топлива; б — выпуск газов; в — продувка; г — сжатие; / — поршень; 2 — форсунка; 3— цилиндр; 4 — шатун; 5 — кривошип; 6 — выпускные окна; 7 — продувочные окна; / — направление вращения крнвошнпа
12
Рис. 2.4. Круговая диаграмма распределения двухтактного дизеля:
j__открытие выпускных окон; 2 — открытие
продувочных окон; 3 — закрытие продувочных окон; 4— закрытие выпускных окон; 5 — начало впрыскивания топлива; 6 — окончание впрыскивания топлива; / — выпуск газов, // — продувка; /// — сжатие; IV — рабочий ход поршня; V — направление вращения кривошипа
круговая диаграмма является характерной для четырехтактных дизелей всех типов и конструкций.
Двухтактный цикл. Он совершается за два хода поршня, т. е. за один полный оборот коленчатого вала. Для выполнения этого
цикла, в котором каждый такт (процесс) осуществляется за очень короткое время, дизель должен иметь специальные приспособления. Во-первых, свежий сжатый воздух должен быть подан в ци-
линдры для удаления выпускных газов и для накопления или-' зарядки цилиндра. В данном случае (двухтактный цикл) вместо
клапанов используются отверстия в цилиндрах, так называемые окна, которые открываются и закрываются боковой поверхностью по
мере его хода.
Когда поршень находится в в.м.т., происходит впрыскивание, а затем сгорание топлива, как это показано на рис. 2.3, а. Затем поршень устремляется вниз, т. е. происходит его рабочий ход, до тех пор, пока поршень не откроет выпускные окна на цилиндре (рис. 2.3,6). Далее начинается процесс выпуска продуктов сгорания (газов), а поршень продолжает двигаться вниз до тех пор, пока не откроет впускные (продувочные) окна (рис. 2.3,в). После этого в цилиндр поступает сжатый воздух, который выталкивает из цилиндра оставшиеся продукты сгорания. Поршень закрывает впускные и выпускные окна при своем обратном ходе вверх, и начинается сжатие воздуха в цилиндре. В в. м. т. цикл завершается (рис. 2.3,г). Круговая диаграмма двухтактного двигателя показана на рис. 2.4.
Особая разновидность двухтактного цикла — цикл двигателя с противоположно движущимися поршнями. При этом, начиная с момента впрыскивания топлива, оба поршня (одного цилиндра) устремляются в разные стороны (противоположно один другому) под действием расширяющихся газов (рис. 2.5,а). Верхний поршень открывает выпускные окна, как только он дойдет до конца своего хода (рис. 2.5,6). Нижний поршень в!этот же момент или несколько позднее открывает продувочные окна для заполнения Цилиндра свежим воздухом и для удаления оставшихся выпускных газов (рис. 2.5, в). Как только порщни достигнут своих крайних
13
Рис. 2.5. Цикл дизеля с расходящимися поршнями:
а — всасывание; б — выпуск; в — продувка; г — сжатие; 1 — верхний поршень; 2 — форсунка;
3 — нижний поршень; 4 — выпускное окно; 5 — продувочное (впускное) окно
точек, они оба начинают двигаться (навстречу один другому). По мере сближения поршней они закрывают продувочные и выпускные окна, и после этого начинается ход сжатия перед впрыскиванием и сгоранием топлива (рис. 2.5,г). Различные детали привода двух расходящихся поршней применительно к двигателям «Доксфорд» будут описаны ниже в этой главе.
2.2.	УСТРОЙСТВО
Четырехтактный дизель. Поперечный разрез его показан на рис. 2.6. Дизель имеет поршень, который перемещается вверх и вниз в цилиндре, закрытом сверху крышкой. На крышке цилиндра расположена топливная форсунка, через' которую топливо подается в цилиндр. Кроме того, на крышке цилиндра смонтированы впускной и выпускной клапаны, которые закрываются посредством пружин. Поршень соединен с шатуном при помощи поршневого пальца. Нижний конец шатуна соединен с шатунной шейкой, которая составляет часть коленчатого вала. С помощью такого соединения можно преобразовывать прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал через зубчатую передачу приводит во вращение кулачковый вал, который через толкатели воздействует на стержни клапанов. Благодаря этому происходит открытие и закрытие клапанов в строго отведенное время в Цикле. Коленчатый вал расположен в картере двигателя. На остове двигателя
14
Рис. 2.6. Поперечный разрез четырехтактного дизеля:
кулак; 2 — кулачковый вал; 3 — канал для охлаждающей воды; 4— крышка цилиндра; 5 — топливная форсунка; 6 — балансир (коромысло); 7 — выпускной клапан; 8 — цилиндр; 9 — поршень; ю — поршневой палец; // — шатун; 12 — шатунная шейка коленчатого вала; 13 — нижняя половина шатунного подшипника; 14— картер
15
Рис. 2.7. Поперечный разрез двухтактного дизеля:
1—гаэотурбонагнетатель; 2—выпускной коллектор; 3 — выпускное окно; 4 — поршень; S — поршневой шток; 6 — впускные окна; 7 — крейцкопф; &—шатун; 9 — подшипник нижней головки шатуна
16
крепятся цилиндры, крышки и подшипники коленчатого вала. Цилиндры и цилиндровые крышки имеют проходы (каналы) для охлаждающей воды.
Двухтактный дизель. Поперечный разрез его показан на рис. 2.7. Поршень жестко соединен с поршневым штоком, который прикреплен другим концом к крейцкопфу. Окна, расположенные в цилиндровой втулке, предназначены для впуска воздуха в цилиндр, а клапан на крышке цилиндра — для удаления из него выпускных газов. В станине дизеля расположен коленчатый вал, который опирается на коренные подшипники. Шатун в своей верхней части соединен с крейцкопфом. Поступающий в цилиндр воздух нагнетается турбовоздуходувкой, которая приводится в действие выходящими из цилиндра выпускными газами. Имеются также направляющие параллели, по которым крейцкопф совершает возвратно-поступательное движение. На вертикальной станине смонтированы цилиндры с цилиндровыми крышками и выпускным трактом для отвода выпускных газов из цилиндров дизеля.
Сравнение двухтактного и четырехтактного циклов. Основное различие между этими двумя циклами заключается в следующем. В двухтактном дизеле один рабочий ход поршня совершается за каждый оборот, т. е. теоретически должна вырабатываться двойная мощность по сравнению с четырехтактным дизелем с тем же объемом цилиндров. Однако из-за несовершенства продувки цилиндров и других недостатков выигрыш в мощности двухтактных дизелей уменьшается примерно на 20%. Масса на единицу мощности двухтактного дизеля значительно меньше, чем четырехтактного. Это имеет большое значение для судов. Двухтактный дизель не имеет такого сложного механизма привода клапанов, как четырехтактный. Однако четырехтактный дизель может эффективно работать на более высоких частотах вращения, что компенсирует его недостатки в выработке мощности по сравнению с двухтактным дизелем. Кроме того, четырехтактный дизель расходует меньше смазочного масла по сравнению с двухтактным.
Каждый тип дизеля имеет свое применение на судне. Двухтактные малооборотные дизели с частотой вращения вала —120 об/мин применяются на судах в качестве главных двигателей, вырабатывающих мощность для приведения судна в движение. При использовании малооборотных дизелей не требуется применение редукторов для понижения частоты вращения вала дизеля до частоты вращения винта. Четырехтактные дизели обычно имеют ускоренную частоту вращения (250—750 об/мин) и используются на судне в основном в качестве вспомогательных двигателей, например генераторов для выработки электроэнергии. Иногда четырехтактные дизели применяются в качестве главных двигателей с редукторами, понижающими частоту вращения до 90—120 об/мин.
17
2.3.	ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ
Механический индикатор. Он предназначен для измерения индикаторной мощности, которая является мощностью, развиваемой внутри цилиндра двигателя. Механический индикатор (рис. 2.8) представляет собой небольшой поршень определенного размера, который перемещается в цилиндре и сжимает калиброванную пружину. Усилительный рычажный механизм передает движение поршня барабану, на котором намотана бумага или перфокарта. Барабан вращают взад и вперед посредством протягивания перфокарты. Перфокарту передвигают вверх и вниз посредством возвратно-поступательного движения механизма, работающего синхронно с движением поршня в цилиндре дизеля. Перо (пишущий штифт) вычерчивает индикаторную диаграмму, которая фиксирует давление газа на поршень в цилиндре дизеля при различных положениях поршня. Площадь этой индикаторной диаграммы, вычерченной в масштабе, равна действительной мощности, развиваемой в данном цилиндре дизеля. Таким образом, мощность можно замерить, зная масштабные характеристики, калибровку пружины и некоторые основные показатели работы двигателя. Процесс этот описан в приложении 4.
Торсиометр. Его применяют при определении эффективной мощности дизеля, которая является мощностью, развиваемой дизелем на вале. Если крутящий момент на вале дизеля известен и известна угловая скорость вращения вала, то эффективную мощ-
Рис. 2.8. Механический индикатор:
/ — направляющий ролик; 2 — барабан; 3 — пишущий штифт; 4т-. поршневой шток; 5 — калиброванная пружина; 6 —рычажный механизм для обеспечения прямолинейного движения пишущего штифта (пера); 7 —цилиндр;	8 —
поршень индикатора;	9—
муфта для присоединения индикатора к индикаторному крану; 10— индикаторный шнур
18
ность дизеля можно определить как произведение этих параметров.
Крутящий момент на вале дизеля можно определить, замеряя торсиометром угол скручивания вала. Торсиометры различных типов описаны в гл. 15.
2.4.	ПРОЦЕСС ГАЗООБМЕНА
Продувка и наддув. Подача воздуха в цилиндры и удаление из них выпускных газов представляют собой процесс газообмена, который является основной частью цикла двигателей внутреннего сгорания. Продувка представляет собой удаление выпускных газов посредством вдувания в цилиндр свежего воздуха, пригодного для сжатия. При сверхзарядке, т. е. наддуве, в цилиндр подается большая масса воздуха путем вдувания его под давлением. Раньше дизели выпускались без наддува с естественным всасыванием путем забора свежего воздуха, имеющего атмосферное давление. Современные дизели имеют турбовоздуходувки, которые вращаются под воздействием выпускных газов дизеля и подают в цилиндры дизеля свежий сжатый воздух для продувки и наддува.
Дизели обоих типов (четырех- и двухтактные) должны иметь наддув. Для двухтактных дизелей воздуходувка обычно оснаща
ется вспомогательным электрическим приводом, так как выпускные газы не могут обеспечить работу воздуходувки на малых частотах вращения вала дизеля. Сжатый воздух обычно охлаж-
дают для увеличения плотности заряда. Схема турбонаддува с приводом от выпускных газов для малооборотного двухтактного дизеля показана на рис. 2.9.
Турбовоздуходувка или турбонагнетатель состоят из турбины с газовым приводом и воздушного компрессора, которые расположены на одном валу. Компрессор и турбина разделены воздухонепроницаемым уплотнением.
Эффективная продувка необходима для подачи свежего воз-
Рис. 2.9, Схема газотурбинного наддува: ^—-холодильник наддувочного воздуха; 2 — моп ОП2ОВ°Д Для прокачивания охлаждающей R ДѰй воды ЧеРез холодильник; 3 — турбо--ЗдуходуБка; 4 — компрессор; 5 — турбина;
ВозлВСП0м°гательвая воздуходувка; 7 — подвод газовотвод и подвод выпускных • ,v~ подвод воздуха к продувочным окнам циднидра дизеля; V — входч воздуха
19
духа в достаточном количестве для полного сгорания топлива в цилиндрах дизеля. В четырехтактных дизелях обеспечено достаточное перекрытие (по времени) между открытием впускного клапана и закрытием выпускного клапана. В двухтактных дизелях такое перекрытие ограничено. Поэтому в последнем случае в поступившем в цилиндр свежем воздухе содержится небольшое количество примесей выпускных газов.
В малооборотных двухтактных дизелях применяются различные способы наддува. Во всех случаях свежий воздух поступает в цилиндр при открытом впускном клапане и ходе поршня вниз; свежий воздух продолжает поступать в цилиндр до тех пор, пока Продувочные окна закроются поршнем при его движении вверх. Воздушный тракт продувочного воздуха зависит от формы и конструкции продувочных окон. Обычно применяются три основных системы продувки: поперечная, петлевая и прямоточная.
При поперечной продувке поступающий в цилиндр воздух направляется вверх и выталкивает выпускные газы, которые затем перемещаются вниз и выходят через выпускные окна (рис. 2.10,а).
При петлевой продувке, воздух поступает в цилиндр через впускные окна, огибая головку поршня, затем поднимается по направлению к цилиндровой крышке. Выпускные газы выталкиваются, воздух движется вниз и выходит через выпускные окна, расположенные несколько выше впускных окон на цилиндре (рис. 2.10, б).
При прямоточной продувке поступающий воздух входит в нижней части цилиндра и покидает его в верхней части. Для выпуска газов в верхней части цилиндра могут быть предусмотрены окна или большой выпускной клапан (рис. 2.10, в,г).
Каждая из этих систем имеет свои преимущества и недостатки. При поперечной продувке необходимо применять специальные устройства, для предупреждения утечек воздуха или выпускных газов, когда поршень находится в верхнем положении своего хода.
Рис. 2.10. Методы продувки цилиндров:
«37 П°Пл'>,1?ИаЯ’ б ~~петлевая: « — прямоточная для дизелей с противоположно движущи-мнся поршнями; г прямоточная для дизелей, оборудованных выпускными клапанами; 1 — выпускной ресивер; 2 продувочный ресивер; / — выход выпускных газов; 77 — впуск наддувочного воздуха
20
При петлевой продувке низкая температура воздуха сочетается с высокой температурой выпускных газов, проходящих через смежные примыкающие одно к другому окна. Это приводит к возникновению концентрации тепловых напряжений материала цилиндровых втулок. Прямоточная продувка является наиболее эффективной продувочной системой, но она может быть осуществлена для дизелей с противоположно движущимися поршнями или с выпускным клапаном на крышке цилиндра. Все три системы имеют окна с наклоном для создания завихрения поступающего воздуха и направления его по наивыгоднейшему пути.
Возгорания сажистых отложений в продувочных ресиверах. Цилиндровое масло может скапливаться в продувочном ресивере дизеля. Кроме того, несгоревшее топливо и нагар также могут попадать (вдуваться) в продувочное пространство (ресивер) вследствие повреждения поршневых колец, системы впрыскивания топлива, форсунок и т. п. Образование таких легковоспламенимых смесей создает опасность возникновения пожара в продувочном пространстве при прорыве в ресивер горячих газов. В результате этого теряется мощность дизеля, а у цилиндра, в котором произошло возгорание, выпускные газы имеют ненормальную, высокую температуру на выходе. При этом нарушается турбонаддув и видны искры в продувочных каналах. При возгорании дизель должен работать на малых частотах вращения, топливо не должно подаваться в поврежденные цилиндры, а подача цилиндрового масла должна быть увеличена. Все продувочные патрубки и ресивер должны быть закрыты. Небольшие возгорания быстро потухают, но когда они продолжаются длительное время, дизель должен быть остановлен. Затем следует впрыснуть через специальные патрубки противопожарное средство в продувочный тракт. Ни при каких обстоятельствах во время загорания нельзя вскрывать продувочный ресивер.
Во избежание возгораний в продувочном пространстве средства регулирования подачи топлива в цилиндры и соответствующее оборудование дизеля должны быть в исправном состоянии. Продувочный канал следует регулярно осматривать и очищать, если •он загрязнен. Там, где нагар или масло отложились в продувочном ресивере, их следует удалять. Продувочные ресиверы необходимо регулярно продувать, а подачу смазочного масла тщательно контролировать.
•	2.5. ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА
Подача топлива в двухтактных дизелях. Топливная система дизеля может быть разделена на систему подачи топлива и систему впрыскивания топлива. Система подачи топлива включает в себя систему подготовки доплива до состояния, пригодного для
21
Рис. 2.11. Схема подачи и подготовки топлива для дизелей на судне: / — подогреватель топлива; .2 —цистерна для отстоя тяжелого топлива; 3 — цистерна ди-зельного топлива, 4 — расходная цистерна тяжелого топлива; 5 — трехходовой клапан; 6 — буферная цистерна; 7 — дизель; 8 — клапан для регулирования давления топлива; 9—фильтр» тонкой очистки; /0 —регулятор вязкости топлива; // — вспомогательные иасосы; 12 — цистерна днзельногс» топлива в двойном дне; 13 — цистерна тяжелого топлива в двойном дне; 14 — топливоперекачивающне насосы; 15— центробежный сепаратор топлива
впрыскивания в цилиндры дизеля. Малооборотные двухтактные дизели обычно приспособлены для длительной непрерывной работы на тяжелом топливе. Предусмотрена также подача дизельного топлива для работы на маневрах.
В системе подготовки (рис. 2.11) топливо, находящееся в танках двойного дна, подается в отстойный танк и подогревается. После сепарации в центробежных сепараторах топливо подается насосом в расходную цистерну. Из этой цистерны топливо пропускается через подогреватель и вискозиметр (регулятор вязкости топлива). Последний регулирует температуру подогрева топлива, благодаря чему поддерживается вязкость топлива в заданных пределах, необходимых для обеспечения полного сгорания топлива в цилиндрах дизеля. Затем топливо проходит через фильтр тонкой очистки, прежде чем оно будет подано в систему впрыскивания. С помощью регулировочного клапана поддерживается постоянное давление в топливном трубопроводе. Этот клапан должен быть открытым при прогреве системы .циркулирующим подогретым топливом. В буферной или уравнительной цистерне собирается рециркулирующее в системе топливо.
Система включает в себя различные предохранительные приборы, такие как сигнальное устройство нижнего уровня топлива в цистерне и выпускные клапаны с дистанционным управлением на случай пожара.
22
Система подачи дизельного топлива обычно имеет перекачивающий насос для подачи дизельного топлива из танков двойного дна. Затем топливо очищают и хранят в отстойной цистерне. Дизельное топливо поступает в систему по трубопроводу с трехходовым клапаном, который позволяет подавать одновременно только один сорт топлива в систему (легкое или тяжелое). Легкое топливо нужно меньше подогревать по сравнению с тяжелым. Поэтому переход с одного сорта топлива на другой должен осуществляться постепенно, чтобы дать стабилизироваться температуре топлива в системе.
Впрыскивание топлива. Система впрыскивания топлива служит для подачи в цилиндры дизеля требуемого количества топлива в нужный момент, чтобы обеспечить наивыгоднейшие условия для процесса сгорания. Для этого прежде всего должно быть подано в цилиндр строго определенное количество топлива, должны быть использованы средства регулировки подачи и распыливания топлива. Впрыскивание топлива управляется кулачками на распределительном валу. Распределительный вал вращается с частотой вращения вала для двухтактных дизелей. Для четырехтактных дизелей частота вращения распределительного вала в 2 раза меньше частоты вращения вала дизеля.
Применяются две основные системы впрыскивания в комбинации с механическим и гидравлическим приводами. Наибольшее распространение получила система впрыскивания с помощью индивидуальных насосов, в других случаях применяется аккумуляторная система впрыскивания.
Система впрыскивания с помощью индивидуальных насосов. В этой системе впрыскивание топлива для каждого цилиндра дизеля имеет свой топливовпрыскивающий насос, который работает 1 раз за цикл и приводится от кулачка на кулачковом (распределительном) вале. Плунжерная пара насоса отрегулирована на требуемую подачу топлива в цилиндр. Окна в цилиндре насоса я пазы в плунжере или перепускные регулировочные клапаны служат для регулирования подачи топлива (более подробно это изложено ниже). Каждый топливовпрыскивающий насос подает топливо в форсунку одного цилиндра. Игольчатый клапан форсунки поднимается, когда давление нагнетаемого топлива превышает давление закрытия иглы, при этом происходит распыливание топлива в цилиндре.
Аккумуляторная система впрыскивания. Эта система имеет один многоплунжерный насос высокого давления (рис. 2.12). Топливо нагнетается в коллектор, в котором поддерживается высокое Давление. Из этого общего коллектора топливо подается к форсункам всех цилиндров. Между коллектором и форсункой (форсунками) каждого цилиндра имеется клапан, который регулирует момент и продолжительность подачи топлива. Перепускные клапаны связаны с коллектором для сброса (понижения) чрезмерного
23
давления и с аккумулятором. Последний сглаживает импульсы давления топлива, образующиеся в коллекторе при подаче из него топлива в цилиндры. Форсунки в этой системе часто называют топливными клапанами.
Топливный насос высокого давления. Насос работает от кулачка, который перемещает плунжер (вверх-вниз). Время впрыскивания может быть изменено посредством повышения или пониже-

Рис. 2.12. Система впрыскивания топлива с общим аккумулятором:
/— перепускной клапан; 2— патрубок подвода топлива; 3— коллектор; 4 — топливный насос;
5 — блок высокого давления; 6~ топливопровод высокого давле- . ння; 7 — форсунка; 8 — цилиндр;
9— клапанная коробка; /(?—распределительный (кулачковый) вал; 11 — клапан управляющий подачей; 12 — аккумулятор (накопитель топлива)
Рис. 2.13. Продольный разрез топливного насоса высокого давления:
1 — зубчатая втулка; 2 — винтообразная крышка; 3—окно; 4 — невозвратный клапан; 5 — патрубок подвода топлива; б — перепускное окно; 7 —рейка; 5—-.плунжер; 9 — кулачковый ролик; 10 — кулачок
ния положения плунжера насоса относительно кулачка. Насос имеет постоянный ход плунжера, и подаваемое количество^ топлива регулируется путем поворота плунжера насоса, который имеет специальный винтовой паз.
Топливо поступает в насос через окна (отверстия) (рис. 2.13). Как только плунжер начнет двигаться вниз, топливо поступает в цилиндр насоса; при движении плунжера вверх окна закрываются, топливо сжимается и подается в форсунку под высоким давлением. Когда кромка винтового выреза открывает переливное окно, давление топлива падает и его подача к форсунке прекращается. Невозвратный клапан на нагнетательной линии насоса закрывается и тем самым не позволяет топливу возвратиться из форсунки. Топливо снова подводится к насосу при нисходящем ходе плунжера, и процесс повторяется.
Плунжер можно вращать во втулке посредством зубчатой рейки и сектора, связанного с ним. Тем самым будет сдвигаться винтообразная кромка вверх или вниз, соответственно уменьшая или увеличивая количество топлива, нагнетаемого в цилиндр. Рейка соединена с регулятором частоты вращения или с системой
управления двигателем.
Такие насосы с незначительными ниями используются для многих дизелей.
Регулирующий клапан. В аккумуляторной системе впрыскивания клапан, регулирующий подачу топлива, работает под воздействием кулачка и двуплечего рычага (балансира) (рис. 2.14). Когда клапан поднимается, топливо поступает под высоким давлением в форсунку. Регулирующий клапан работает от балансира, который' жестко скреплен со скользящим штоком и передвигается в соответствии с настройкой балансира, обеспечивающей подачу в цилиндр требуемого количества топлива.
Форсунка. Типичная форсунка показана на рис. 2.15. Она состо-
Рис. 2.14. Клапан, управляющий подачей ; топлива в аккумуляторных системах: клапан°3?Ратный клапан: 2 ~ регулирующий ланснп)  Т СКОЛЬЗЯЩНЙ шток: 4 ~ рычаг (ба-” кУлач°к; / — подвод топлива; //•— к топливному клапану
конструктивными отклоне
25
ит из двух основных частей: распылителя (сопла) и соплодержа-теля или корпуса. Топливо с высоким давлением входит в форсунку и движется вниз по каналу в корпусе форсунки, затем по каналу в распылителе и наконец поступает в камеру, расположенную вокруг игольчатого клапана. Он удерживается в закрытом состоянии на седле, имеющем уклон 45°, посредствбм промежуточного стержня и пружины в корпусе форсунки. Усилие пружины, а следовательно, усилие открытия иглы форсунки можно устанавливать (регулировать) посредством нажимной муфты (гайки), которая воздействуем на пружину. Игла и направляющая, входящие в комплект распылителя форсунки, представляют собой прецизионные
Рис. 2.15. Форсунка:
/ — уплотняющая прокладка пружины; 2 — регулятор натяга пружины; 3 — пружина; 4— стержень; 5 — ограничитель хода иглы; 6 — сопло; 7 — топливный трубопровод высокого давления; & —защитный трубопровод; 9 — соединительное устройство (штуцер)
26
детали, тщательно попарно подогнанные для обеспечения требуемой плотности и минимального пропуска топлива. Корпус форсунки и распылитель взаимно притираются и соединяются посредством специальной накидной гайки.
Игольчатый клапан открывается, когда усилие, возникающее от воздействия давления топлива на коническую поверхность, превысит силу сжатия пружины. Тогда топливо будет поступать в нижнюю камеру и проходить через ряд мелких отверстий сопла. Эти небольшие отверстия калиброваны (имеют определенный диаметр) и предназначены для распыливания или превращения в мельчайшие капельки всего поступившего за цикл топлива, которое в результате этого затем будет легко сгорать в цилиндре дизеля. Как только топливный насос или регулирующий клапан отсекают подачу топлива, давление падает, и игольчатый клапан быстро закроется под действием сжимающего действия пружины.
Топливные клапаны в форсунках должны иметь сообщение со специальным устройством для удаления скапливающегося воздуха. Воздух должен быть удален из всех форсунок перед запуском дизеля после длительной стоянки или ремонта.
Форсунки крупньгх малооборотных и среднеоборотных дизелей, работающих на тяжелом топливе, имеют внутренние каналы, по которым циркулирует охлаждающая вода.
2.6.	СМАЗОЧНАЯ СИСТЕМА
Смазочная система обеспечивает подачу смазочного масла к различным движущимся деталям дизеля. Главное назначение смазочной системы заключается в создании между трущимися поверхностями масляной пленки, которая уменьшает трение и износ. Смазочное масло также используется как очиститель, а в некоторых случаях служит целям охлаждения деталей. Смазочное масло дизеля содержится в нижней части картера в маслосборной цистерне, расположенной под дизелем (рис. 2.16). Масло забирается из этой цистерны через фильтр грубой очистки одним из спаренных насосов. Другой спаренный насос имеет фильтры тонкой очистки. Затем масло прокачивают через холодильник, прежде чем оно поступит в дизель и будет распределено по различным трубопроводам. К каждому цилиндру подведены трубопроводы, по которым масло подается к подшипникам. Некоторое количество этого масла протекает через просверленный в коленчатом вале канал, к шатунному подшипнику, а затем подается вверх по просверленному каналу в шатуне к пальцу крейцкопфа или его подшипнику.
Сигнальное устройство, установленное в- конце распределительного трубопровода, контролирует давление масла, поддерживаемое на заданном уровне с помощью насоса. Насосы и фильтры тонкой очистки- соединены так, что возможен перепуск потока масла с
27
Рис. 2.16. Смазочная система дизеля:
/ — дизель; 2 — распределительная масляная магистраль; 3 — лубрикатор; 4 — расходная цистерна цилиндрового масла; 5 — холодильник; 6— фильтры; 7 — насосы; 8 — сетчатый фильтр;
9 — маслосборная цистерна смазочного масла (циркуляционная); I, П— ввод и отвод забортной воды
одного фильтра на другой. Фильтры тонкой очистки соединены так, что возможна очистка одного из них, когда другие находятся в работе. Смазочное масло после смазки деталей дизеля стекает обратно в маслосборную цистерну для повторного использования. Положение уровня масла в маслосборной цистерне показывает уровнемер. В смазочную систему включен центробежный сепаратор для очистки отработавшего смазочного масла. Чистое масло можно подавать в систему из запасной цистерны. Через масляный холодильник прокачивается морская (забортная) вода, имеющая более низкое давление, чем смазочное масло. Это сделано для того, чтобы в смазочное масло не попадала забортная вода из холодильника.
Смазывание цилиндров. Большие малооборотные дизели оборудованы отдельной смазочной системой для смазки цилиндров. Масло впрыскивается в пространство между цилиндровой втулкой и поршнем посредством механических лубрикаторов, которые подают масло по принципу «каждый лубрикатор в свой цилиндр». Для этого применяется специальное смазочное масло, которое после подачи в цилиндры уже не возвращается, т. е. вторично не используется, так как оно полностью срабатывается в цилиндре. Это масло, кроме смазывания, способствует также образованию газонепроницаемого уплотнения и содержит присадки, которые очищают цилиндровые втулки от нагара.
28
2.7.	ОХЛАЖДЕНИЕ
Охлаждение дизелей осуществляется посредством циркуляции охлаждающей жидкости по внутренним каналам дизеля. Охлаждающая жидкость при циркуляции по этим каналам нагревается и охлаждает дизель. Затем в холодильнике, который прокачивается забортной (морской) водой, происходит охлаждение охлаждающей жидкости. Таким образом определенные детали дизеля, которые подвергаются воздействию высоких температур, охлаждаются, иначе эти детали будут быстро выходить из строя. Охлаждение способствует сохранению механических свойств металла двигателя. Обычно в качестве охладителя используется пресная вода, так как морская вода не может непосредственно использоваться как охладитель деталей из-за своих повышенных коррозионных и накипеобразующих свойств.
Смазочные масла иногда применяют для охлаждения поршней. Благодаря этому решается проблема утечек в картер охладителя (воды). Из-за низкой теплоемкости масла его требуется в 2 раза больше по сравнениют водой
t _ Рис. 2.17. Замкнутая система охлаждения дизеля пресной водой: ЦионПи°"йОГр28АТеЛЬ; распределительная магистраль; 3 — турбовоздуходувка; 4 —вентиля-Цилинппгхо1ЛУООПРовод; 5 “ Цистерна для воды, охлаждающей зарубашечиое пространство башечном п втУлок (расширительная); 6 — холодильник для воды, циркулирующей в зару-холодилкии1?>ОСт₽аВстве’ 7 — трубопровод для пополнения системы охлаждения водой; 8 — евик	для ВОДЬ1> охлаждающей поршии; 9 — насосы; 10— сточная цистерна; 11 — зме-
Р ого подогрева; 12 — общая магистраль; 13 — дизель; /, // — отвод и подвод забортной воды в холодильники
29
Система охлаждения дизеля пресной водой (замкнутая). Система охлаждения малооборотного дизеля показана на рис. 2.17. Эту систему можно разделить на две: одна система для охлаждения стенок цилиндра, цилиндровых крышек и турбовоздуходувок; другая система для охлаждения поршня. Вода после прохождения зарубашечного пространства дизеля направляется в холодильник, через который прокачивается забортная вода. Из холодильника вода поступает в циркуляционные насосы, с помощью которых вода подается в зарубашечное пространство цилиндров, цилиндровых крышек и турбовоздуходувок. Водосборный коллектор служит в качестве расширителя и для поддержания в системе требуемого количества воды. Воздушные каналы соединяют зарубашечное пространство дизеля с выпускным коллектором для отвода воздуха из охлаждающей воды. Система охлаждения включает в себя подогреватель для прогрева дизеля перед пуском посредством прокачивания горячей воды через зарубашечное пространство.
Система охлаждения поршней включает в себя аналогичные компоненты, за исключением того, что вместо водосборного коллектора используется сточная цистерна, а воздушные каналы выведены в машинное отделение. Отдельная система охлаждения
Рис. 2.18. Система охлаждения забортной (морской) водой:
— дизель; 2 — холодильник наддувочного воздуха; 3 —- турбовоздуходувка; 4 — патрубок отвода забортной воды; 5 — холодильник для воды, циркулирующей в зарубашечиом пространстве; 6 — холодильник для смазочного масла; 7 — холодильник для воды, охлаждающей поршни; 8—насосы; 9 — патрубок для приема забортной воды
30
поршней применяется для того, чтобы все загрязнения (нагар) с поршневых сальников попадали только.в эту систему.
Система охлаждения забортной (морской) водой. Различные охлаждающие дизель жидкости, смазочные масла и наддувочный воздух охлаждаются забортной водой в индивидуальных охладителях для смазочного масла, воды для охлаждения цилиндров и для системы охлаждения поршней. Через каждый холодильник таких систем прокачивается забортная (морская) вода. Некоторые современные суда оборудованы так называемой центральной охлаждающей системой, которая включает в себя только один большой холодильник, охлаждаемый забортной (морской) водой. В этом холодильнике охлаждается вся пресная вода, которая затем распределяется по другим индивидуальным охлаждаемым системам. Преимуществом такой системы является то, что меньше оборудования соприкасается с морской водой, а следовательно, коррозионные повреждения оборудования морской водой значительно снижаются.
Система охлаждения забортной (морской) водой показана на рис. 2.18. Один из насосов забортной воды подает морскую воду, которую прокачивают через маслоохладитель, холодильник пресной воды для охлаждения цилиндров и холодильник системы охлаждения поршней. Затем морскую воду откачивают за борт. В ряде случаев морская вода применяется непосредственно в качестве охлаждающей среды (охладителя), например для охлаждения воздуха, нагнетаемого в цилиндры двухтактных дизелей с непосредственным приводом на винт.
2.8.	СИСТЕМА ПУСКА
Дизели пускают посредством подачи сжатого воздуха в цилиндры в последовательности, обеспечивающей требуемое направление вращения. Сжатый воздух может подаваться немедленно, так как он хранится в воздушных резервуарах (баллонах). Воздуха в баллоне достаточно для 12 пусков дизеля. Пусковая воздушная система обычно имеет автоматическую блокировку для предупреждения пуска, если не все в порядке.
Пусковая воздушная система показана на рис. 2.19. Сжатый воздух подается компрессорами в баллоны. Из баллонов воздух по трубопроводам сравнительно большого диаметра подается к невозвратным клапанам с дистанционным управлением (автоматическим клапанам) и затем к пусковому воздушному клапану, расположенному на каждом цилиндре. После открытия пускового клапана в цилиндр поступает сжатый воздух. Открытие клапанов на цилиндрах и клапанов с дистанционным управлением производится пусковой регулирующей системой. Воздух этой системы подается из главного трубопровода и подводится к клапану этой
31
5
6
Рис. 2.19. Система пуска дизеля сжатым воздухом:
/ — вентиляционный трубопровод; .2 — клапаны системы блокировки; 3 — валоповоротиый механизм; 4 ~ автоматический воздушный фильтр; 5 — трубопровод подвода пускового воздуха; б — клапан с дистанционным воздушным управлением; 7 — пламегаситель; 8 “«лапан пускового воздуха; 9 — распределитель пускового воздуха; 10 — блок пульта управления; 11 — вспомогательный блок управления; 12 ~ клапаны, регулирующие подачу воздуха; 13— спускной край; /4 —рукоятка управления пусковым воздухом; 15 — положение рукоятки «Пуск вперед»; 16 — нейтральное положение рукоятки (воздух ие подается); /7 — положение рукоятки «пуск назад»; 18 — трубопровод для подачн воздуха при пуске назад; /9 — запорные краны; 20 — трубопровод для подачи воздуха при пуске дизеля вперед
системы, который работает от пусковой рукоятки дизеля. Когда рукоятка дизеля установлена в рабочее положение, воздух автоматической пусковой системы открывает стопорный клапан дистанционного управления. Воздух системы управления при необходимости изменения направления вращений вала дизеля подается в воздухораспределитель, который обычно приводится от распределительного вала дизеля и подает воздух в цилиндры органов управления пусковыми клапанами. Пусковые клапаны на цилиндрах находятся в закрытом состоянии под воздействием пружин и открываются воздухом пусковой системы, который поступает в цилиндры дизеля из воздушных баллонов. Блокировка системы
32
дистанционного открытия клапана срабатывает (не позволяет открыть пусковой клапан), если механизм вращения вала дизеля не отключен. Клапан дистанционного контроля предупреждает возврат воздуха, который может получить дальнейшее сжатие в системе самим дизелем.
Даже при нормальных условиях эксплуатации смазочное масло из компрессора проходит по всем воздухопроводам и осаждается в них. В случае протечек в. пусковом цилиндровом клапане горячие газы будут поступать в воздушные трубопроводы и воспламенять смазочное масло. Если пусковой воздух будет в это время подаваться в цилиндры дизеля, то мржет произойти взрыв газов в трубопроводах. Во избежание этого пусковые клапаны цилиндров должны содержаться в надлежащем техническом состоянии, а воздушные трубопроводы необходимо регулярно осушать (выпускать из них содержимое). Кроме того, поступление масла из компрессоров в сжимаемый воздух должно быть минимальным.
В целях безопасности на трубопроводах устанавливают пламегасители, предохранительные клапаны, диафрагмы (разрывные мембраны). В дополнение к этому монтируется невозвратный автоматический клапан. Протечка охлаждающей воды из воздушного компрессора может привести к перегреву подаваемого воздуха и к возможному взрыву в трубопроводах, ведущих к воздушному баллону. Для предупреждения этого явления используют устройство, сигнализирующее, о повышении температуры, или устанавливают плавкую пробку, которая расплавляется.
2.9.	КОНТРОЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ПРИБОРЫ АВАРИЙНО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
Регуляторы. Регулирующими приборами любого двигателя являются регуляторы. Регулятор управляет частотой вращения вала дизеля в определенном диапазоне нагрузок в то время, когда мощность дизеля изменяется. Это достигается автоматически при помощи регулятора, изменяющего подачу топлива топливными насосами дизеля таким образом, чтобы получать требуемую мощность при заданной частоте вращения вала дизеля.. Регуляторы Для дизелей обычно состоят из двух систем: чувствительного элемента или устройства, реагирующего на изменение частоты вращения вала дизеля, и гидравлического усилителя (сервомотора), воздействующего на органы управления подачей топлива, благодаря чему изменяется мощность дизеля.
Механический регулятор. Этот регудятбр предназначен для изменения частоты вращения вала дизеля. Два противовеса (груза) помещены в муфту и шарнирно подвешены на плите, которая Ращается вокруг вертикальной оси посредством шестеренного 2—1323
Рис. 2.20. Механический регулятор подачи топлива и частоты вращения вала дизеля:
/ — регулятор частоты вращения вала дизеля; 2—пружина; 3 — вращающиеся грузы; 4 — шестеренный привод; 5 — рычаг регулирования подачи топлива; 6 — поршень сервомотора; 7 — распределительный, или управляющий, золотник; I, //—отвод и подвод масла
Рис. 2.21. Предохранительный клапан цилиндра:
/ — канал для выпуска газа; 2 — уплотнительная прокладка; 3~ шток; 4 — пружина; 5 — отверстие в клапане; 6 — клапан
Рис. 2.22. Взрывобезопасный клапан:
1 — крышка; 2 — газовая камера; 3 — держатель клапана; 4 — уплотнительное кольцо; 5 — клапан; 6 — регулятор клапана; 7 — пружина; 8 — пластина для возврата пружины в исходное положение
34
привода (рис. 2.20). При вращении грузы под действием центробежной силы расходятся от оси вращения. Благодаря этому поднимается вертикальный валик (шпиндель) и сжимает пружину до iex пор, пока не будет достигнуто состояние равновесия или заданная частота вращения вала дизеля, которые могут быть изменены посредством переключателя скорости (селектора), изменяющего натяжение пружины регулятора.
По мере увеличения частоты вращения вала дизеля грузы раздвигаются от оси вращения и поднимают валик; если частота вращения вала дизеля уменьшается, то валик будет опускаться. Гидравлическое устройство соединено с этим вертикальным валиком и действует как усилитель, изменяющий подачу топлива. Управляющий золотник, присоединенный к вертикальному валику, подает или отводит масло от поршня сервомотора, который изменяет подачу топлива в зависимости от момента вращения грузов регулятора. Если частота вращения вала дизеля увеличивается, то вертикальный валик поднимает управляющий клапан, и масло отводится от поршня сервомотора, что вызывает уменьшение подачи топлива, а следовательно, и мощности дизеля.
Существующие механические регуляторы частоты вращения вала дизеля различны по устройству, но имеют одинаковый принцип действия, который описан выше.
Электрический регулятор. Этот регулятор состоит из электрических и механических элементов и реагирует на изменение частоты вращения вала дизеля. В этом регуляторе используется электрический импульс изменения напряжения постоянного тока, который передается на гидравлический сервомотор, изменяющий подачу топлива. Сервомотор передвигает рейки топливных насосов, благодаря чему изменяется частота вращения вала дизеля.
Предохранительный клапан цилиндра. Этот клапан срабатывает, когда давление в цилиндре превышает нормальное на 10—20% (рис. 2.21), Пружина удерживает клапан закрытым. Давление подъема (открытия) клапана устанавливается подбором уплотнительной прокладки соответствующей толщины. Допускается лишь небольшой подъем клапана. При этом выходящие из цилиндра газы направляются по безопасному отводному тракту. Для правильной посадки (закрытия) клапана клапан и шток разделены.
Если предохранительный клапан работает, то, следовательно, имеется неисправность дизеля, которую нужно устранить. Клапан должен быть осмотрен при первой возможности.
ндикатор содержания паров в картере. Масляный туман в картере дизеля возникает от испарения масла с поверхности нагретых участков. При большом скоплении масляных паров могут создаться взрывоопасные условия среды. В индикаторе содержа-изм Га30в в каРтеРе используется фотоэлектрический элемент для срения даже небольшого увеличения интенсивности масляного 2*
35
тумана в картеру. Вентилятор с механическим приводом непрерывно подает пробы масляного тумана из картера через измерительную трубу. Если проба содержит чрезмерную (недопустимую) смесь масляных паров и воздуха, то срабатывает сигнальное устройство. Вращающийся клапан, через который поступает проба, закрывается, что указывает на опасность взрыва в картере. Производятся сравнительные испытания нескольких проб масляных паров и пробы чистого воздуха. Испытания проводятся для проб из каждого картера и сравниваются с результатами испытаний чистого воздуха, заполняющего эталонную трубку.
Взрывобезопасный клапан. Для предупреждения взрывов в картерах устанавливаются специальные клапаны или дверцы (заслонки), которые служат для уменьшения чрезмерного давления газов в картере и ликвидации пламени, вырывающегося из корпуса. Эти клапаны должны самостоятельно закрываться, чтобы не допустить проникновения атмосферного воздуха в картер.
Существуют различные конструкции взрывобезопасных клапанов. Для больших малооборотных дизелей обычно устанавливаются два клапана на каждый картер. Для среднеоборотных дизелей обычно устанавливают один клапан на картер. Одна из конструкций взрывобезопасного клапана показана на рис. 2.22. Легкая пружина удерживает клапан в закрытом состоянии в седле.. Имеется комплект уплотнительных колец. Снаружи на дизеле установлен дефлектор (отражательная заслонка), чтобы обезопасить обслуживающий персонал от газов, поступающих из картера в случае открытия предохранительного клапана. При открытии клапана газы, насыщенные маслом, попадают в пламегаситель, в котором гасится пламя, выходящее из картера. После работы клапан закрывается автоматически под действием пружины.
Валоповоротный механизм. Это механизм представляет собой реверсивный электродвигатель, который вращает червячный привод. Последний может быть соединен с зубчатым колесом, вращающим вал дизеля. Валоповоротный механизм предназначен для медленного поворота вала дизеля для установки его в положение, при котором возможен осмотр и ремонт деталей дизеля. Валоповоротный механизм также используется для поворота вала дизеля на один или два оборота перед пуском. Это позволяет убедиться,, что вал дизеля вращается свободно и что вода не скопилась в. цилиндрах дизеля. Индикаторные краны на цилиндрах должны быть всегда открыты, когда работает валоповоротный механизм.
2.10.	МУФТЫ И РЕДУКТОРЫ
Муфты. На судах, где среднеоборотные дизели применяют в. качестве главных двигателей, а частота вращения винта небольшая по сравнению с частотой вращения валов этих дизелей, призе
меняют зубчатые редукторы. Между дизелем и редуктором обычно устанавливают упругую муфту для устранения вибрации. Часто возникает необходимость в муфтах для разъединения дизеля и редуктора.
Такие упругие или гибкие соединения валов позволяют иметь некоторое смещение (децентровку) линии вала и амортизируют или устраняют вредное воздействие изменения значений крутящего момента вала дизеля. Муфты выполняют дополнительную функцию — служат в качестве соединительного и разъединитель-
Рис. 2.23. Гидравлическая муфта:
ийпД/10рнЬ1^ подшипник; 2 — ведущее колесо (крыльчатка); 3 — отверстия для спуска масла, р'Улирую'щето в замкнутой системе; 4 — скрепляющая крышка (кожух); 5 — ведомое колесо (ротор); 6 — отверстие для подвода масла
37
Рис. 2.24. Электромагнитная муфта:
/ — вал редуктора; 2 — обмотка; 3— от вала дизеля;
4— обмотка типа «беличья клетка»; 5 — коллектор
ного устройства. По принципу действия муфты могут быть механическими, электрическими, гидравлическими или пневматическими. Обычно функции разъединения и соединения валов объединены в одной муфте.
Муфты представляют собой устройства, служащие для соединения или разъединения приводного агрегата (дизеля) от агрегата, который он приводит во вращение. Например, если два дизеля соединены с гребным валом посредством редуктора, с помощью муфты можно обеспечить вращение винта от одного или двух дизелей, а также можно производить реверсирование.
В гидравлической или жидкостной муфте для соединения ведущего колеса (импеллера) с ведомым рабочим колесом (рис. 2.23) используется масло, поэтому изнашивание этих двух деталей сведено к минимуму и муфта работает плавно. Рабочее колесо и импеллер имеют выемки, обращенные
одна к другой, которые заполняются маслом при вращении этих деталей. Импеллер с приводом от дизеля
при вращении сообщает маслу кинетическую энергию, которая передается рабочему колесу. Упорный подшипник монтируется на одном конце муфты для восприятия осевого усилия, развиваемого
этим соединением.
Электромагнитная муфта состоит из двух электромагнитов. Один с обмоткой последовательного возбуждения с полюсами, прикрепленными к малому зубчатому колесу, с возбуждением от источника постоянного тока, подаваемого с борта судна (рис. 2.24). Второй электромагнит, с обмоткой, прикрепленной к коленчатому валу дизеля, возбуждается индуктивно через воздушный зазор (устройство обмотки на коленчатом валу подробно описано в гл. 14). Эти два электромагнита вместе образуют как бы электрогенератор. Так как магниты вращаются, то производится механическая, а не электрическая энергия. Муфта, таким образом, воспринимает механическую мощность от дизеля, преобразует ее в электрическую мощность, затем в механическую энергию на зубчатой паре колес. При использовании гидравлической муфты возникает небольшое различие в частоте вращения вала дизеля и ведомого вала, известное как скольжение. При этом ведомый вал вращается несколько медленнее ведущего.
Редукторы. Редукторы используются для уменьшения частоты вращения валов среднеоборотных дизелей до частоты вращения винта. Передаточное число от 2: 1 до 4: 1 характерно для современных судовых энергетических дизельных установок.
38
Зубчатые редукторные устройства похожи на устройства, применяемые в турбинах, которые описаны в гл. 3.
Реверсирование. Если редуктор используется с дизелем, реверсивное устройство может быть соединено с дизелем так, что сам дизель при реверсировании не изменяет направление вращения вала. На судах, где используется винт регулируемого шага (ВРШ), нет необходимости реверсировать главный двигатель. Тем не менее, когда это необходимо при работе судна на маневрах, время впрыскивания топлива в цилиндры должно быть изменено.
В дизелях, где используются выпускные тарельчатые клапаны, их настройка также должна быть соответствующим образом изменена. Если топливные насосы имеют толкатели, то топливные кулачки на распределительном валу должны быть передвинуты для возможности работы на задний ход. Это можно сделать благодаря наличию на распределительном вале специальных кулачков для реверса путем передвижения распределительного вала вдоль горизонтальной оси до требуемого положения. В качестве альтернативы может быть использована специальная муфта, обеспечивающая угловое проскальзывание вала топливного кулачка относительно распределительного вала на участке реверса.
Кулачок топливного насоса и разъединительная муфта углового проскальзывания показаны на рис. 2.25. Форма кулачка та-
Рис. 2.25. Схемы реверса:
иасос.а; / — наполнение топливом; 2 — впрыскивание топлива 4 — впрыскивание топлива после прохождения пор-
а работа кулачка топливного
До в.м.т.; 3 — положение поршня в в.м.т.; < д . ... __ ____ ________ ,.г.............
деНталкВ‘М‘Т’’ Л "7 КОНЦ'ентРическая пасть профиля кулачка (не перемещающая сопряженную поохл Р°ЛИК ; 6 ~ работа «вперед»; 7 —работа «назад»; 8 — впрыскивание топлива после кого *дения поРшнем в.м.т.; 9 — потеря движения плунжера иасоса; 10 — кулачок топлив-2 __ куЛ°Са’ 6— Разъединительная муфта: / —канал для подачи масла (рабочей жидкости); пасть- ?ЧКОВ< (Распределительный) вал; 3 — канал для стока масла; 4 — вращающаяся ло- •> зубчатый привод распределительного вала от коленчатого вала через промежуточные шестерни; 5 — потеря движения (скольжение)
39
кова, что впрыскивание топлива в цилиндр дизеля начинается при подходе поршня к верхней мертвой точке, примерно в положении около 10° поворота коленчатого вала (ПКВ) до в. м.т. и заканчивается примерно в положении поршня 5° ПКВ после в. м.т. Затем наступает период покоя, когда плунжер насоса не двигается. Полный поворот (реверс) кулачка будет симметричен этому положению, как показано на рис. 2.25. Угол, образующийся между в. м.т. при вращении вала топливного кулачка вперед и назад, называется «потерей движения», необходимой для перехода на вращение вала дизеля назад. Для реверса применяется муфта или сервомотор «с лопастями, прикрепленными к кулачковому валу, которые могут передвигаться в соответствии с передвижением кулачкового вала, приводимого от коленчатого вала. Лопасть, как видно из рис. 2.25, удерживается в положении «работа вперед» под воздействием масла, находящегося под давлением. Когда масло поступит под давлением по каналу, лопатка повернется на угол «потери движения» и рбеспечит подачу топлива для обеспечения работы дизеля при заднем ходе. Воздушная пусковая система изменяет настройку посредством передвижения распределительного вала или путем непосредственной подачи воздуха в пусковой воздухораспределитель для изменения положения кулачков. Выпускные, или тарельчатые, клапаны имеют свою собственную муфту или сервомотор для обеспечения перевода на задний ход.
2.11.	НЕКОТОРЫЕ ТИПЫ МОРСКИХ ДИЗЕЛЕЙ
Преимущества и недостатки двух- и четырехтактных дизелей. Малооборотные двухтактные дизели используются в качестве главных энергетических установок с непосредственной передачей мощности на винт. Эти дизели обеспечивают выработку большой мощности, могут работать на тяжелых сортах нефтяного топлива и имеют высокий к. п.д. Цилиндры дизелей изолированы от картера, что уменьшает опасность загрязнения циркуляционного смазочного масла и позволяет использовать специальные смазочные масла для смазки цилиндров отдельно от всех остальных деталей. Использование в этих дизелях двухтактного цикла не требует обычно применения впускных и выпускных клапанов. Это облегчает техническое обслуживание и упрощает конструкцию дизеля.
Среднеоборотные четырехтактные дизели имеют большие соотношения мощности к массе и мощности к размеру (габаритам). Кроме того, эти дизели имеют меньшую удельную первоначальную стоимость единицы мощности. Однако из-за высокой частоты вращения дизеля необходимо использовать редукторы и эластичные соединения при применении четырехтактных дизелей в качестве главных двигателей. Размер цилиндров этих дизелей меньше, поэтому требуется большее количество цилиндров, а следователь-40
но, более трудоемок уход и ремонт, но высокая частота вращения компенсирует эти недостатки. Цилиндровые втулки четырехтактных дизелей имеют более простую конструкцию, так как не имеют продувочных окон, а крышки цилиндров более сложны по конструкции, так как в них расположен механизм управления клапанами.
Продувка четырехтактных дизелей прямоточно-клапанная, без выпускных окон в цилиндрах, что исключает возможность загорания нагара в окнах. Однако для среднеоборотных дизелей требуется более качественное топливо, чем для малооборотных. Из-за большей частоты вращения вала расход смазочного масла у среднеоборотных дизелей больше, чем у малооборотных. Тронковые (бескрейцкопфные) дизели легче и имеют меньше движущихся частей на каждый цилиндр. Тем не менее в целом эти дизели имеют больше деталей, требующих обслуживания, хотя они меньше по размерам.
Для дальнейшего уменьшения размера и массы, особенно для увеличения мощности, в качестве некоторых среднеоборотных дизелей применяются V-об-разные дизели.
Дизель «Доксфорд», тип J. Этот дизель простого действия двухтактный малооборотный с расходящимися поршнями, реверсивный.
В каждом цилиндре помещены два поршня, которые двигаются попеременно, то приближаясь, то удаляясь от центра камеры сгорания (то сближаются один с другим, то расходятся — удаляются один от другого). Коленчатый вал имеет три кривошипа (колена); центральное колено соединено с нижним поршнем и два колена (внешние) соединены с верхним поршнем (рис. 2.26).
Конструкция этого дизеля гарантирует хорошую уравновешенность, ход нижнего поршня больше, чем верхнего. Это
Рис. 2.26. Дизель «Доксфорд 76J» (секция):
/ — боковой шток; 2 — поршневой шток; 3 — поперечная балка; 4— шатун; 5 — боковой крейцкопф; 6 — центральный крейцкопф
41
обеспечивает в основном уравновешенность деталей, совершающих возвратно-поступательное движение. Присоединение верхнего и нижнего поршней к коленчатому валу обусловливает передачу энергии сгорания топлива непосредственно приводному устройству дизеля. Благодаря этому облегчается конструкция станины и отпадает необходимость применения длинных анкерных болтов.
Конструкция дизеля состоит из единой фундаментной рамы коробчатого типа, на которой крепятся колонны, составленные из отдельных опор и центральной стойки. Остов дизеля представляет собой сварную коробчатую конструкцию, на которой сверху крепятся рубашки цилиндров и цилиндровые втулки, образующие пространство для продувочного воздуха. Коленчатый вал обычно делают цельным для дизелей с числом цилиндров до пяти, а для дизелей с большим числом цилиндров вал изготавливают составным, из двух частей. Современная конструкция вала может быть полностью составной или полусоставной. В первом случае щеки имеют горячую посадку на шатунную шейку коленчатого вала, во втором применяется одно цельное центральное колено кривошипа.
Продувочный воздух подается посредством турбовоздуходувки, работающий на выпускных газах дизеля. При этом применяется система постоянного давления. Прямоточная система продувки применяется для нижнего поршня, открывающего продувочные окна, и для верхнего поршня, открывающего выпускные окна. В период малого хода или маневров судна применяется вспомогательный нагнетатель с электроприводом, который работает автоматически и обеспечивает подачу продувочного воздуха.
Смазочная система обеспечивает подачу смазочного масла к подшипникам и в нижний поршень для его охлаждения. Для подачи масла к центральному крейцкопфному подшипнику и к нижнему поршню применяются телескопические трубки.
Для охлаждения верхних поршней по телескопическим трубкам подается вода. Рубашки цилиндров также охлаждаются водой. Такое устройство предотвращает протечки охлаждающих жидкостей в цилиндр или в картер.
Для впрыскивания топлива применяется аккумуляторная система топливоподачи. Нагрузка дизеля (частота вращения вала) регулируется с помощью электронного или гидравлического регулятора.
Дизели фирмы «Зульцер». Дизель типа RND — простого действия, малооборотный, двухтактный, 'реверсивный. Каждый поршень, поршневой шток, шатун этого дизеля работает на один кривошип коленчатого вала (рис. 2.27).
Фундаментная рама изготавливается в виде конструкции с двойными стенками с продольными коробчатыми балками. На фундаментной раме смонтирована станина из А-образных колонн, на которой расположена вся верхняя часть конструкции дизеля, включая блок цилиндров. Монолитность такого сооружения, вклю-42
чающего в себя фундаментную раму, А-образную станину и блок цилиндров, достигается путем скрепления этих узлов при помощи анкерных болтов, придающих всей конструкции жесткость. Для восприятия усилий, передаваемых на коленчатый вал, и для предупреждения его поперечного изгиба коренные подшипники поддерживаются домкратами.
Рис. 2.27. Дизель «Зульцер RN1D-M»:
домк°ЗДУХООХЛадВтелЬ’ 2 — турбовоздуходувка; 3 — блок цилиндров; 4 — остов дизеля; 5 — крат крепления рам подшипников; 6 — анкерная связь; 7 — фундаментная рама; 8 — шар-ирное соединение трубопровода для подачи масла; 9 — А-образные колонны станины
43
Такая прочная конструкция необходима, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие при сгорании топлива в цилиндрах. Эти нагрузки передаются от крышки цилиндра на корпус дизеля.
Коленчатый вал полусоставной с щеками и противовесами, предназначенными для частичного уравновешивания вращающихся масс. Крышка цилиндра изготовлена из одного куска металла (цельная). На ней в центре расположены топливная форсунка, пусковой клапан для воздуха, предохранительный клапан и индикаторный кран.
Продувочный воздух подается турбовоздуходувкой, работающе}? от выпускных газов дизеля. При этом применяется система наддува с постоянным давлением воздуха. Применена продувка петлевого типа. Имеется вспомогательная воздуходувка, работающая автоматически от электропривода во время малого хода и маневров судна.
Смазочное масло подается по системам низкого и среднего давления. Система низкого давления предназначена для подачи масла к рамовым и другим подшипникам. Для подачи масла к крейцкопфным подшипникам используется система смазывания со средним давлением. Масло подается к крейцкопфным подшипникам по телескопическим трубкам. В зарубашёчном пространстве циркулирует вода, которая охлаждает цилиндры, крышки цилиндров и поршни. Охлаждающая вода подается к поршням также по телескопическим трубкам.
Впрыскивание топлива производится с помощью индивидуальных топливных насосов. Частота вращения вала дизеля контролируется гидравлическим регулятором типа Вудворт.
Дизель «Зульцер» типа RL аналогичен дизелю типа RND. Однако дизель RL имеет большой ход поршня, большую мощность и меньшую частоту вращения вала. Новым в этом дизеле является цельная фундаментная рама с общим упорным подшипником. Головка поршня и другие главные компоненты камеры сгорания имеют большие каналы для охлаждения водой, циркулирующей в системе. Вода при этом лучше соприкасается с нагретыми поверхностями, чем в дизелях RND.
Дизели «Пилстик» типа PC. Эти дизели простого действия среднеоборотные, четырехтактные, реверсивные. Их изготавливают V-образной формы и однорядными. Дизель тронкового типа, в этом случае поршень и шатун соединены с кривошипом коленчатого вала. На рис. 2.28 показан дизель «Пилстик РС4».
Картер и остов изготавливают из толстой плиты и стальных отливок, благодаря чему конструкция дизеля получается прочной и легкой. Коленчатый вал закрепляется в подвешенном состоянии. Благодаря этому поглощаются все нагрузки (напряжения), возникающие в самой конструкции остова. Коленчатый вал цельнолитой. Шатуны имеют Н-образные штампованные стальные профили. В каждой цилиндровой крышке расположены два выпуск-
44
Рис. 2.28. Дизель сПилстик РС4»:
вьшлГ°ПЛИВНЬ1Й насос> 2 — закрытие механизма привода клапанов; 3 —клапанный рыча/; 4 — пускной клапан; 5 — впускной клапан; 6 — распределительный вал; 7 — шатун; 8 — балансир
45
них и два впускных клапана, пусковой клапан, предохранительный клапан и индикаторный кран. Кроме того, в центральной части крышки цилиндра расположена топливная форсунка.
Турбовоздуходувки, проводимые от выпускных газов дизеля, работают по импульсной системе наддува. /
Смазывание подшипников и охлаждение поршней осуществляется от обычной системы смазки. Дизель имеёт сухой картер, масло подается по системе из отдельной цистерны.
Рубашки и крышки цилиндров и выпускные клапаны охлаждается водой. Наддувочный воздух может охлаждаться пресной или морской водой, т. е. забортной или пресной (судовой), по замкнутому циклу.
В системе впрыскивания топлива имеются индивидуальные топливные насосы. Для регулирования частоты вращения вала дизеля предусмотрен гидравлический регулятор типа Вудворт.
2.12.	ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Общие указания. Для средне- и малооборотных дизелей имеются сходные операции, которые нужно выполнять при пуске дизелей и во время маневров судна. На судах, где имеются реверсивные зубчатые муфты или винты регулируемого шага, отпадает необходимость в реверсировании самого дизеля. Ниже приведены основные операции по эксплуатации дизелей с соблюдением последовательности их выполнения. Инструкции по эксплуатации дизелей нужно внимательно изучить и пользоваться ими.
Операции перед пуском дизелей. 1. Перед пуском мощных дизелей их следует прогревать посредством прокачки горячей воды через зарубашечное пространство. Это будет гарантировать, что различные детали дизеля нагрелись др такой степени, как это происходит во время работы дизеля.
2.	Все цистерны, фильтры, клапаны и спускные устройства должны быть осмотрены.
3.	Насосы для прокачки смазочного масла и охлаждающей воды должны быть пущены в ход, а все протечки жидкости устранены.
4.	Все контрольные приборы и звуковая сигнализация должны быть проверены на предмет их исправного состояния.
5.	Индикаторные краны следует открыть, ввести в зацепление валоповоротное устройство и поворачивать коленчатый вал дизеля на несколько полных оборотов. Благодаря этому вода, которая могла накопиться в цилиндрах, будет удалена из них.
6.	Топливную систему необходимо прокачивать подогретым топливом для проверки действия.
7.	Вспомогательные воздуходувки, если они имеют ручное-управление, должны быть пущены в ход.
46
8.	Следует отсоединить зубчатую муфту валоповоротного механизма и, если возможно, вал дизеля должен быть повернут сжатым воздухом на один оборот перед закрытием индикаторных кранов.
После этого дизель готов к пуску. Время, необходимое на выполнение указанных операций, зависит от размера дизеля.
Операции прй пуске дизеля. 1. Рукоятку управления установить в положение «Вперед» или «Назад». Рукоятка может быть сблокирована с рычагом повторения сигналов (показаний) машинного телеграфа. Кулачковый вал поэтому устанавливается соответственно заданному вращению коленчатого вала путем включения в работу различных кулачков, обеспечивающих привод топливных форсунок, клапанов и т. п.
2. Маневровую рукоятку передвинуть в положение «Пуск». При этом начинается поступление сжатого воздуха в цилиндры в надлежащей последовательности для вращения коленчатого вала дизеля в заданном направлении.
3. Когда вал дизеля разовьет обороты, при которых возможно самовоспламенение топлива, в цилиндры впрыскивается топливо и в процессе его сгорания увеличивается частота вращения вала дизеля. Затем подачупускового воздуха следует прекратить.
Реверсирование дизеля. Во время работы судна на маневрах выполняют следующие операции.
1.	Если есть вспомогательная воздуходувка с ручным управлением, то ее следует пустить.
2.	Выключить подачу топлива; вал дизеля быстро снижает частоту вращения.
3.	Рукоятку управления установить в положение «Назад».
4.	В цилиндры подавать сжатый воздух для вращения вала дизеля в направлении «Назад».
5.	Когда вал дизеля будет вращаться в направлении «Назад», следует впрыскивать топливо в цилиндры. Начинается процесс сгорания топлива, и подачу пускового воздуха в цилиндры нужно прекратить.
Реверсирование дизеля при работе на полной частоте вращения вала >. Вспомогательная воздуходувка с ручным управлением должна быть пущена. Подачу топлива в цилиндры дизеля следует прекратить. Давление сжатого воздуха можно использовать для уменьшения частоты вращения вала дизеля (контрвоздух). Когда вал дизеля остановится, рукоятку управления следует поставить в положение «Назад», затем подать сжатый воздух для вращения вала дизеля в направлении «Назад» и начать подачу топлива для увеличения частоты вращения вала, а подачу сжатого воздуха прекратить.
' Операции по реверсированию дизеля с полного хода вперед на полный ход азад следует избегать. (Примеч. пер.)
47
3.	ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ И ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
3.1.	ПРИНЦИП РАБОТЫ
А
Паровые турбины применяются преимущественно на крупных судах при необходимости иметь мощную энергетическую установку. Заметными преимуществами паровых турбин являются малая вибрация или полное ее отсутствие при работе турбин, малая масса, минимальные габаритные размеры и низкие эксплуатационные расходы. Более того, паровая турбина может применяться практически при любой требуемой мощности судовой установки. Но высокий удельный расход топлива по сравнению с дизельной установкой сводит на нет эти преимущества, хотя применение различных усовершенствований в турбине (промежуточный подогрев пара и т. п.) компенсирует в некоторой степени этот недостаток.
Паровая турбина это механизм, в котором энергия пара превращается в механическую работу. Пар входит в турбину с высоким содержанием энергии и теряет ее значительную часть при выходе, из турбины. Сопла служат для преобразования тепловой энергии пара в кинетическую. Струя пара направляется на лопатки, расположенные по периферии рабочего колеса или диска (рис. 3. 1). Пар не просто «давит» на колесо, заставляя его вращаться. Форма лопаток такова, что изменяется как направление движения пара, так и его скорость. Изменение скорости определенной массы парового потока приводит к появлению определенной силы, которая и воздействует на колесо турбины, заставляя его вращаться, т. е. массовый расход пара (кг/с), умноженный на изменение скорости (м/с), равен силе (кг-м-с-2) в ньютонах.
Таков основной принцип работы всех паровых турбин, хотя осуществление этого принципа может быть довольно различным. Пар от лопаток первого колеса проходит к ряду сопел и лопаток второго колеса, затем к следующему колесу и т. д. вдоль вала турбины, пока не израсходуется энергия пара. Комплект совместно1 работающих сопел и лопаток носит название ступени.
Существует два основных типа турбин: активные и реактивные. Эти термины объясняют, какие силы действуют на колесо, чтобы привести его во вращение.
Активные турбины. В активной турбине имеется сопловое колесо, за которым помещаются лопатки. Пар, обладающий высокой энергией и большим давлением, в сопле расширяется, его давление
48
падает, а скорость увеличивается. Струя пара из сопла подается на активные лопатки под определенным углом, а выходит из них под другим углом (рис. 3.2). Благодаря изменению направления движения и скорости пара возникает активная сила, направление действия которой в основном совпадает с направлением движения лопаток при вращении колеса. На валу турбины возникает лишь небольшое осевое усилие.
Реактивные турбины. В корпусе реактивной турбины имеется кольцо с вмонтированными в него неподвижными лопатками, а также закрепленное на роторе колесо с движущимися лопатками примерно одинакового профиля (рис. 3.3). Движущиеся лопатки имеют такой профиль и установлены так, чтобы образовать суживающийся канал, в котором, как в сопле, скорость пара будет возрастать. Увеличение скорости пара в лопатках приводит к появлению реактивной силы, вектор которой имеет одну составляющую по направлению вращения лопаток, а другую — по направлению оси ротора. В лопатках происходит изменение направления движения пара и соответствующее изменение его скорости. В результате в реактивных лопатках тоже возникает активная сила. Более правильно было бы этот тип турбины называть активно-реактивным..
Рис. 3.1.
Рис. 3.1. Преобразование энергии в паровой турбине:
канал для преобразования энергии давления пара в кинетическую энергию в сопле; 2 — сопловое кольцо; 3 — сила, вращающая колесо; 4— угол изменения направления движения (скорости) лара; 5 — лопатки, закрепленные на колесе; 7 — вход пара; // — выход пара
Рис. 3.2. Активные лопатки:
^ — направление потока пара; // — направление вращения вала; /// — канал с постоянной площадью сечения
7	Рис. 3.3. Реактивные лопатки:
направление вращения; //—направление потока пара: /// — канал с уменьшающейся
площадью сечения
49
Расширение пара в турбине может происходить в двух и более ступенях по мере изменения давления и скорости истечения пара.
Так, в активной турбине подобное разделение осуществляется посредством применения ряда ступеней, в которых давление пара последовательно падает1. В результате можно получить более или менее приемлемые скорости потока и лучший к. п. д. турбины.
В активной турбине на один ряд сопел приходится несколько рядов движущихся лопаток1 2, сидящих на одном диске. Между рядами движущихся лопаток устанавливают направляющие лопатки, закрепленные в корпусе турбины. При таком устройстве ступеней турбина получается короткой и легкой, но с меньшим к. п. д.,что вполне приемлемо, например, для турбины заднего хода.
Если в турбине сочетаются оба принципа работы, то такая турбина называется турбиной со ступенями давления и скорости.
В реактивной турбине как неподвижные, так и движущиеся лопатки устроены так, что на каждой ступени последовательно уменьшаются и скорость пара и его давление. Таким образом, разделение процесса осуществляется благодаря самой конструкции турбины.
Агрегат, состоящий из турбины высокого давления и турбины низкого давления, называют двухкорпусным ( рис. 3.4). Главные судовые турбины обычно имеют такую конструкцию. В ряде случаев могут встречаться однокорпусные установки, чаще в качестве привода в турбогенераторной установке, а иногда и в качестве главного двигателя.
Промежуточный подогрев пара. Этот подогрев пара применяется для повышения к. п. д. установки. Пар после расширения в какой-то части турбины высокого давления возвращается в паровой котел, где снова подогревается до первоначальной температуры перегретого пара. Затем пар подается на оставшиеся ступени турбины высокого давления, а затем в турбину низкого давления.
Разновидности турбин, связанные с названиями фирм или с именами изобретателей. Турбина Парсонса это реактивная турбина, в которой расширение пара происходит на неподвижных и движущихся лопатках. В каждой ступени половина перепада теплоты приходится на сопловые лопатки, а другая половина — на. рабочие лопатки, поэтому каждая ступень обладает 50%-ной реактивностью.
Турбина Кертиса это активная турбина, в которой на ряд сопел приходится несколько рядов лопаток, т. е. ступеней скорости.
Турбина Лаваля это одноступенчатая активная турбина, т. е. с одним рядом сопел и одним рядом лопаток; турбина работает с очень высокой частотой вращения.
1 В практике советского турбостроения такие ступени принято называть ступенями давления. (Примеч. пер.)
2 Один ряд таких лопаток в сочетании с предшествующим рядом направляющих лопаток называют ступенью скорости. (Примеч. пер.)
50
Турбина Рато это активная многоступенчатая турбина со ступенями давления.
Турбины заднего хода. Главные судовые паровые турбины должны быть реверсивными. Обычно реверсирование достигается тем, что на валах турбин высокого и низкого давления устанавливают несколько рядов лопаток заднего хода. Мощность турбины заднего хода составляет около 50% мощности турбины переднего хода. При работе турбины на передний ход лопатки турбины заднего хода действуют как воздушный компрессор, что вызывает дополнительные потери.
Рис. 3.4. Устройство двухкорпусной турбины:
зубчатый редуктор; 2 — валоповоротиое устройство; 3 — турбина низкого давления; 4 — конденсатор; 5 — турбина высокого давления
51
3.2.	УСТРОЙСТВО ТУРБИН
На рис. 3.5 показано устройство активной турбины. На валу ротора имеется ряд колес, на которых закреплены рабочие лопатки. По мере движения пара вдоль вала давление пара падает, а объем увеличивается, поэтому и лопатки делаются все большей длины. Турбина заднего хода смонтирована на другом конце ротора, она короче, чем турбина переднего хода. С обоих концов вал ротора установлен на подшипниках. В одном из подшипников имеется упорный диск, воспринимающий осевые усилия.
Корпус турбины полностью закрывает ротор. В корпусе турбины имеются патрубки для впуска и выпуска пара. На входе пара устанавливается сопловая коробка. При помощи сопловых клапанов можно изменять количество подаваемого в турбину пара и тем самым регулировать мощность турбины. Первый комплект сопел смонтирован в сопловом кольце, крепящемся в корпусе. В корпусе между рабочими колесами также установлены кольцевые диски — диафрагмы. Внутри центральных отверстий дисков проходит вал ротора. В диафрагме имеются Сопла для расширения пара, а между диафрагмой и валом ротора — уплотнения.
Турбина заднего хода отличается тем, что в ней нет диафрагм, а между рабочими лопатками установлены неподвижные лопатки.
Ротор. Роль вала турбины по существу выполняет ротор, при помощи которого полученная от пара мощность через зубчатую передачу передается на гребной вал. Ротор может быть цельным, выточенным, заодно с дисками, или, если размеры ротора большие, он состоит из вала и насаженных на' него рабочих колес.
На концах вала ротора, там где он выходит из турбины, устанавливаются кольца, составляющие часть лабиринтового уплотнительного устройства, которое будет описано ниже в этой главе. По обеим сторонам ротора установлены подшипники, в которых имеются маслосбрасывающие кольца, предохраняющие от попадания масла из подшипника в паровое пространство вдоль вала. На одном конце ротора расположено небольшое упорное кольцо для фиксирования ротора по длине. На другом конце ротора устанавливается фланец или другое приспособление для эластичной муфты, при помощи которой вращение с ротора передается на ведущее колесо редуктора. В диски рабочих колес в канавки различного профиля вставляются рабочие лопатки.
Рабочие лопатки. О типах лопаток и их форме было сказано выше. Когда ротор турбины вращается с высокой частотой, на лопатки действует значительная центробежная сила, а изменение скорости пара в лопатках вызывает вибрацию лопаток. При работе турбины также происходит тепловое расширение и сжатие материалов, поэтому крепление лопаток в дисках должно быть надежным. Для крепления лопаток имеются различные способы (рис. 3.6). При установке лопатку хвостовиком вводят в канавку 52
7
Рис. 3.5. Активная турбина:
1 — лабиринтовое уплотнение; 2 — скользящая опора; 3 — упорный подшипник; 4 — сопловое кольцо; 5 — сопловая коробка; 6 — корпус;
7 — лопатка- 8 — колесо; 9 — турбина заднего хода; 10 — подшипник; // — уплотнение; /2 — диафрагма; /3 — камера уплотнения; / — вход пара; // — выход пара
Рис. 3.6. Крепление лопаток:
а — вильчатое; б — обратное елочное; в — при
помощи Т-образного хвостовика
и придвигают ее к соседней лопатке. Когда все лопатки последовательно вставлены в свои канавки, со стороны ввода хвостовики закрывают стопорным кольцом, которое в свою очередь крепится на диске. Згггем через поводки на верхних концах лопаток пропускается бандажная лента. В некоторых случаях бандажную ленту пропускают через лопатки и припаивают к ним.
Уравновешивание осевого усилия. В реактивной турбине развивается значительное осевое усилие. Ротор турбины имеет высокую частоту вращения, а движущиеся элементы очень близко расположены по отношению к неподвижным, поэтому нельзя допускать осевого смещения ротора и осевое усилие должно быть уравновешено. Одним из способов уравновешивания осевого усилия является, применение уравновешивающего поршня. Пар, который по трубке отводится от одной из ступеней турбины, воздействует на поршень, посаженный на валу ротора (рис. 3.7). В корпусе
турбины выполнен цилиндр для
Рис. 3.7. Устройство уравновешивающего поршня:
7 — уравновешивающая сила; 2 — уравновешивающий поршень; 3 — цилиндр урав-новешнвающего поршня; 4 — уравновешивающая труба; /—вход пара; 11— выход пара
этого поршня, и поэтому под давлением пара возникает усилие, направленное вдоль оси вала. Площадь поршня и давление пара выбираются такими, чтобы точно уравновесить осевое усилие, возникающее на лопатках в реактивной турбине. Если в одном корпусе расположены турбины переднего и заднего хода, то уравновешивающие поршни нужно установить для работы в обоих направлениях:
Другим способом уравновешивания, который часто применяется в турбинах низкого давления, является создание двойного потока. При таком устройстве пар входит в среднюю часть турбины
54
и расходится вдоль вала в противоположных направлениях. При равном числе ступеней слева и справа осевые усилия взаимно уравновешивают одно другое.
Уплотнительные устройства и система уплотнения. Уплотнительные устройства служат для предотвращения утечки пара из турбины высокого давления и попадания воздуха в турбину низкого давления. Уплотнительные устройства обычно применяются в совокупности с системой уплотнения.
Механические уплотнительные устройства — это обычно лабиринтовые уплотнения. На валу ротора монтируется ряд колец, а в корпусе закрепляется соответствующий ряд лабиринтов (рис. 3.8). Пар из турбины Должен пройти через эти многочисленные лабиринты, что практически приводит к снижению давления пара до атмосферного.
В дополнение к лабиринтовому механическому уплотнению действует система уплотнения, для которой в корпусе турбины имеется ряд камер. Система действует следующим образом. Во время работы турбины на полной мощности пар проникает в первую камеру, и поэтому в ней появляется какое-то давление выше атмосферного. Пар же, который проникает вдоль вала во вторую камеру, отсасывается воздушным насосом или эжектором в конденсатор сальникового пара. Если во вторую камеру попадает воздух из машинного отделения, он также отсасывается в конденсатор (рис. 3.9).
На самом малом ходу или при пуске турбины пар в первую камеру подается от какого-либо источника пара низкого давления. Вторая камера в этом случае действует, как описано выше.
Система уплотнения используется также для снабжения паром низкого давления различных потребителей и для отсоса пара и воздуха из различных других уплотнительных устройств турбинного агрегата.
Диафрагмы. Они устанавливаются в активных турбинах, имеют кольцевую форму и выполнены из двух полуколец. Через центральное отверстие диафрагмы проходит вал. Диафрагма крепится к корпусу и находится между двумя рядами лопаток. По периферии диафрагмы расположены сопла, в ее центральном отверстии крепятся лабиринты уплотнения.
Сопла. Сопла служат для преобразования статической энер-гии пара высокого давления в кинетическую энергию струи пара, обладающей высокой скоростью, но уменьшенным по сравнению с исходным давлением. Сопла на входе в турбину разбиты на несколько групп, и все они, за исключением основной, имеют собственные сопловые клапаны (рис. 3.10). Благодаря этому можно Регулировать мощность турбины, меняя число включенных групп с°пел. Сопловые коробки на входе имеют как активные, так и реактивные турбины.
55
Рис. 3.8. Лабиринтовое уплотнение:
1— ротор; 2— статор; 3 — пластинчатая пружина
Рис. 3.9. Система уплотнения паром:
/ — турбина высокого давления; 2 — турбина низкого давления; 3 — турбина заднего хода; /—подвод пара к системе уплотнения; //— подвод пара к конденсатору системы уплотнения
Рис. 3.10. Управление турбиной при помощи сопловых клапанов:
а — поперечный разрез, вид на сопловое кольцо; б — продольный разрез; 1 — сопловая группа, не имеющая соплового клапана; 2 — управляемая группа сопел; 3— выступ соплового кольца; /—вход пара в коробку от маневрового клапана; 11 — вход пара от группового соплового клапана
56
Система спуска конденсата. При прогревании турбины или при маневрировании судна пар будет конденсироваться и накапливаться в различных частях турбины. Для того чтобы удалить конденсат и избежать его попадания на рабочие лопатки, что может вызвать Их повреждение, и предназначена система спуска. Спуск конденсата необходим еще и потому, что при накапливании конденсата может возникнуть местное охлаждение и деформация турбины из-за неравномерного нагрева. В современных установках имеются автоматические клапаны спуска, которые открыты во время прогрева или маневрирования турбины и закрыты при работе на нормальных частотах вращения ротора.
Подшипники. Подшипники турбины стальные, помещаются в корпусе, положение которого может регулироваться при центровке валопровода. Упорный подшипник — со сферическими самоуста-навливающимися подушками. Этим обеспечивается их равномерная нагрузка и правильное положение подушек по отношению к упорному диску. Элементы обоих типов подшипников показаны на рис. 3.5. Масло для смазывания поступает в подшипник сбоку с обеих сторон. В месте подвода масла к валу отверстие расширено для того, чтобы масло равномерно распределялось по всей поверхности подшипника. В Подшипнике нет ниаких масляных канавок. Зазоры в подшипниках турбин больше, чем в подшипниках дизелей. Во время работы турбины вал ее как бы плавает в маслинной ванне. Выходит масло через отверстие в верхней части подшипника и сливается в сточную цистерну.
Смазочная система. В паровых турбинах система смазки выполняет две функции: обеспечивает слой смазки для уменьшения трения между движущимися частями и отводит тепло, образующееся при работе подшипников или передаваемое по валу.
Смазочная система служит для подачи масла к турбине, редуктору, упорному подшипнику и к форсункам редуктора. Для остановки турбины, работающей на высоких частотах вращения, требуется значительное время. Главные масляные насосы, имеющие привод от турбины, в этот период времени, могут не обеспечить смазку в
достаточной степени, и поэтому нужно предусмотреть дополнительный вариант подачи масла. Обычно в этом случае подключают напорный масляный бак, а приводные насосы не отключают, и они продолжают прокачивать масло через турбину.
На рис. 3.11 показана смазочная система, в которой применяются напорный масляный бак и приводные масляные насосы. Масло засасывается насосом из сточной цистерны через фильтры и пода-тору, подшипникам турбины и к форсункам редуктора. Часть масла снова очищается в фильтрах, а затем подается к зубчатому редуктору, подшипникам турбины и к форсункам редуктора. Часть масла через дроссельную шайбу попадает в напорный бак, из которого избыток масла постоянно сливается, что можно проконтролировать
57
Рис. 3.11. Типовая схема смазочной системы:
/ — подшипники редуктора и главный упорный. подшипник; 2— форсунки редуктора; 3 — подшипники турбины; 4 — смотровое стекло; 5—вентиляционный рожок; 6 — напорная масляная цистерна; 7 — дроссельная шайба; 8 — сдвоенный фильтр; 9— охладители; 10 — запорный вентиль; 11 — невозвратный клапан; 12 — приводной насос; 13— сточная масляная цистерна; 14 — фильтры; 15 — электрические насосы; 16 — предохранительный клапан
по смотровому стеклу. Приводные насосы обеспечивают все режимы смазывания при нормальной работе турбины.
При уменьшении мощности турбины масло к форсункам редуктора продолжает подаваться от приводных насосов. Масло из напорного бака с пониженным давлением подается к подшипникам в течение продолжительного времени, чтобы исключить выход из строя подшипников при остановке турбины.
Тепловое расширение турбин. При работе турбины ее температура значительно повышается по сравнению с температурой неработающей турбины. Поэтому должна быть предусмотрена возможность для теплового расширения ротора и статора.
Корпус турбины обычно жестко крепится в кормовой ее части к опоре или кронштейнам корпуса редуктора. Здесь лапа корпуса турбины закреплена от продольного-смещения, но может перемещаться в продольном направлении, так как отверстия для болтов имеют удлиненную форму. Такие же удлиненные отверстия для болтов имеются и в передней лапе корпуса, которая опирается на скользящую опору или на упругую вертикальную листовую опору, изгибающуюся при тепловом расширении корпуса.
Положение передней опоры по отношению к задней или к кронштейнам корпуса редуктора обычно фиксируется. На опорах и на корпусе турбины имеются соответствующие одни другим большие
58
вертикальные канавки и шпонки, обеспечивающие перемещение корпуса относительно опоры в вертикальном направлении при его центровке с валопроводом.
Ротор турбины обычно фиксируется относительно корпуса в своей передней части при помощи упорного кольца и, следовательно, любое осевое перемещение ротора должно передаваться на другой его конец со стороны редуктора. Между валом турбины и валом редуктора устанавливается эластичная муфта. Эта муфта не только воспринимает осевое удлинение ротора, но и нейтрализует небольшие отклонения в центровке валов. Все подведенные к корпусу турбины трубопроводы для обеспечения свободного теплового расширения корпуса должны иметь петлевые компенсаторы большого радиуса или сильфоны. Кроме того, при перемещении, вызванном тепловым расширением корпуса, эти трубопроводы не должны задевать корпус. Для этого трубопроводы устанавливают на эластичных или пружинных подвесках.
При прогревании турбины необходимо обеспечить ее свободное тепловое расширение. Для контроля за расширением на турбине устанавливают ряд индикаторов. Все направляющие приспособления должны содержаться в чистоте и хорошо смазываться.
Управление турбиной. Клапаны, служащие для впуска пара в турбину переднего или заднего хода, называются маневровыми. Обычно устанавливают три клапана: переднего хода, заднего хода и блокирующий. Блокирующий клапан это разобщительный клапан на турбине заднего хода. Все клапаны имеют гидравлический привод с питанием от автономной гидравлической системы, имеющей свои основные и аварийные насосы. На случай выхода из строя системы дистанционного управления предусматривается система ручного управления.
При открытии маневрового клапана переднего хода пар поступает к главной сопловой коробке. С увеличением мощности при помощи системы дистанционного управления в определенном порядке открываются групповые клапаны. Для поддержания постоянной частоты вращения ротора на маневровом клапане переднего хода установлен регулятор.
При открытии маневрового клапана заднего хода пар подается к блокирующему запорному клапану, который открывается одновременно с маневровым. Затем пар проходит в турбину заднего хода.
Система защиты турбины. Эта система включает в себя устройства для предотвращения повреждения турбины от неисправностей в самой турбине и в связанных с ней системах и устройствах. К этим устройствам относятся соленоидный клапан и элементы систем турбины, обеспечивающие ее аварийную остановку. При срабатывании предохранительных устройств прекращается подача гидравлического масла к маневровому клапану, с помощью которого прерывается подача пара в турбину. Эти устройства сраба
59
тывают при наличии одного из следующих аварийных состояний: низкое давление в системе смазки; превышение частоты вращения ротора; низкий вакуум в конденсаторе; аварийная остановка; высокий уровень конденсата в конденсаторе; высокий или низкий уровень воды в котле.
К другим неисправностям, которые могут быть обнаружены системой защиты и вызвать ее срабатывание, относятся: эксцентриситет ротора в турбине высокого или низкого давления или их вибрация; дифференциальное расширение в турбине высокого и низкого да-вления, т. е. различная степень расширения ротора и статора; износ упорных подшипников турбин высокого и низкого давления; включенное валоповоротное устройство (в этом случае исключается пуск турбины).
Эта «всевидящая» система защиты, как ее можно назвать, действует двояко. Если обнаруживается опасная тенденция, которая может привести к аварийной ситуации, то дается первичный сигнал тревоги. Это позволяет произвести ряд корректирующих действий, и ротрр турбины не останавливается. Если корректирующие действия осуществляются медленно или если они не приносят желаемого результата, а аварийная обстановка резко ухудшается, подается вторичный сигнал тревоги, и тогда срабатывает система защиты и ротор турбины останавливается.
3.3.	ЗУБЧАТЫЙ РЕДУКТОР
Ротор паровой турбины вращается с частотой до 6000 об/мин. Оптимальная частота вращения гребного винта, при которой он работает наиболее эффективно, находится в пределах от 100 до 120 об/мин. Поэтому частота вращения турбины снижается до частоты вращения винта при помощи зубчатого редуктора.
На судах могут применяться одно- и двухступенчатые редукторы, причем более часто встречаются двухступенчатые. В одноступенчатых редукторах на одном валу с турбиной вращается ведущее колесо с небольшим числом зубьев, а от него приводится во вращение ведомое колесо, соединенное непосредственно с гребным валом. В двухступенчатых редукторах от вала турбины приводится во вращение ведущее зубчатое колесо первой ступени, которое приводит во вращение ведомое колесо первой ступени. На одном валу с последним имеется, ведущее колесо второй ступени, от которой вращается ведомое колено, непосредственно соединенное с гребным валом. Схема двухступенчатого редуктора показана на рис. 3. 12.
Во всех современных судовых турбинах применяются геликоидальные и шевронные зубчатые колеса. Геликоидальными, или винтовыми, они называются потому, что часть поверхности зубьев, расположенных по окружности колеса, является винтовой поверх-
60
Рис. 3.12. Двухступенчатый редуктор:
/ — ведомое колесо второй ступени; 2 — ведомое колесо первой ступени; 3—ведущее колесо первой ступени; 4 — ведущее колесо второй ступени; 7 — от турбины низкого давления; 11 — от турбины высокого давления; III — на гребиой винт
ностью. При такой форме поверхности зубьев в зацеплении нахо-дятся одновременно несколько зубьев, чем обеспечивается более плавное распределение и передача нагрузки. Шевронным называется такое зубчатое колесо, у которого имеется два ряда зубьев, расположенных под углом в противоположном направлении. При работе косозубого однорядного колеса возникают осевые усилия, стремящиеся нарушить центровку колеса.
При двух рядах зубьев на колесе осевые усилия от каждого ряда уравновешивают один другого. В редукторе (рис. 3.12) применяются геликоидальные шевронные зубчатые колеса.
Смазка зубчатых колес в месте их зацепления осуществляется
от системы смазки турбины. Для подачи масла к местам зацепления как сверху, так и снизу применяются форсунки, расположенные вдоль редуктора.
Эластичная муфта. Между валом ротора турбины и валом ведущего колеса редуктора всегда устанавливается эластичная муфта, благодаря которой допускаются небольшие нарушения центровки между валами, и, кроме того, муфта воспринимает осевое перемещение ротора при его тепловом расширении. Применяются
Рис. 3.13. Эластичная муфта:
1 — мембрана; 2 — приводной вал; 3 — переходный диск; 4 — место аварийной центровки; 5 — фланец ротора турбины или вала ведущего колеса первой ступени; 6 — мембранный пакет
61
различные типы эластичных муфт, такие как зубчатые, с гибкими дисками, с мембранами и т. д.
На рис. 3.13 показана эластичная муфта мембранного типа, которая состоит из приводного вала, мембран и переходных дисков. Приводной вал расположен между валом ротора турбины и ведущим колесом редуктора. Переходные диски центруются на фланцах этих валов и связаны с ними при помощи кулачков. Мембраны при помощи болтов зажимаются между приводным валом и переходными дисками. Гибкость мембран обеспечивает возможность осевого и поперечного смещения валов. Приводной вал вводит в отверстие переходного диска с некоторым зазором, что обеспечивает аварийную центровку при повреждении мембран. В этом случае передачу крутящего момента вплоть до прекращения вращения обеспечат болты, проходящие через отверстия с некоторым зазором.
Валоповоротное устройство турбины. Это устройство представляет собой реверсивный электрический двигатель, который через зубчатое коЛесо приводит во вращение ведущее колесо первой ступени редуктора. Устройство предназначено для того, чтобы при осмотрах, ремонтах, а также при прогревании турбины перед ее пуском можно было поворачивать вал турбины и валы редуктора.
3.4.	ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Для приведения турбины в рабочее состояние ее необходимо прогреть, для этого требуется значительное время. Турбина работает с высокой частотой вращения и ее ротор установлен на под^ шипниках сравнительно простой конструкции, поэтому необходимо, чтобы обслуживание турбины в процессе ее эксплуатации проводилось с большим вниманием и осторожностью.
Прогревание турбины. Вначале открывают все клапаны спуска конденсата в корпусе турбины и на главном паропроводе. Следует убедиться, что все маневровые и сопловые клапаны на посту управления турбиной закрыты. Затем нужно пустить масляный насос и следить за тем, чтобы масло свободно поступало к подшипникам и форсункам редуктора; при этом из системы необходимо выпустить воздух. Одновременно наблюдают за заполнением напорной масляной цистерны. О ее полном заполнении будет свидетельствовать слив избыточного масла.
После получения разрешения на вращение вала включается валоповоротное устройство, и с его помощью вал поворачивается в одном и другом направлении.
Пускается циркуляционный насос забортной воды главного конденсатора. Затем пускается конденсатный насос, при этом клапан рециркуляции воздушного эжектора должен быть открыт полностью. После этого открывается байпасный клапан на маневро
62
вом клапане или, если он предусмотрен конструкцией, специальный клапан прогрева. В это время в турбину поступает небольшое количество пара, посредством которого турбина начинает прогреваться. Созданием небольшого вакуума в конденсаторе обеспечивается прохождение пара по всей длине турбины. Во время прогрева ротор турбины должен постоянно поворачиваться вало-поворотным устройством до тех пор, когда примерно через час температура у входа в турбину низкого давления не повысится до 75°С. Необходимо также контролировать тепловое расширение турбины по указателям.
Когда достигнута заданная температура, следует приоткрыть паровые клапаны системы уплотнения и увеличить вакуум в конденсаторе. Валоповоротное устройство нужно отключить.
При открытии на короткое время маневрового клапана гребной вал поворачивается примерно на 1 оборот. В последующие 15 — 30 мин поворачивание гребного вала производить через каждые 3 — 5 мин. Вакуум в конденсаторе должен достигнуть рабочего, давление пара в системе уплотнения также повышается до рабочего. Турбина готова к работе.
В ожидании первой команды с мостика, а также между командами, если нет команды пустить турбину, ротор турбины должен поворачиваться на ход вперед через каждые 5 мин пуском на короткое время пара. Если пуск турбины задерживается, следует уменьшить давление пара в системе уплотнения и вакуум в кон-
денсаторе.
После прогрева ротор турбины не должен оставаться в одном каком-либо положении в течение нескольких минут, так как ротор может провиснуть и деформироваться и, если его не поворачивать, эти деформации могут вызвать неисправность.
Маневрирование. Для работы турбины на задний ход нужно открыть маневровый клапан заднего хода. При длительной работе на задний ход необходимо тщательно следить за температурой турбины, работой подшипников, посторонними шумами. Ряд фирм-изготовителей ограничивают время непрерывной работы на задний ход до 30 мин.
Аварийный задний ход. Если на полном переднем ходу судна поступает команда на экстренную остановку или аварийный задний ход, то обычными правилами, предусматривающими безопасное обслуживание, пренебрегают. В этом случае применяется аварийная отсечка пара на передний ход, а маневровый клапан заднего хода открывается постепенно, понемногу увеличивая подачу пара. При этом турбина быстро останавливается и, если это потребуется, может быть пущена на задний ход.
Остановка судна и его движение назад происходят через 10 — 15 мин после остановки и реверса турбины. Аварийные режимы могут привести к серьезным повреждениям турбин, редукторов и котлов.
63
Полный ход вперед. Около 80% времени работы турбины приходится на полный ход. После получения команды на полный ход турбина постепенно выводится на режим полной мощности, и этот процесс занимает около 1 ч. В это же время приводятся в действие турбогенераторы переменного тока, пар для которых отбирается с какой-либо ступени главной турбины.
В режиме полного хода необходимо контролировать тепловое расширение турбины по указателям, следить за тем, чтобы были закрыты клапаны спуска конденсата, закрыт клапан рециркуляции конденсата за воздушным эжектором, а также маневровый клапан заднего хода.
Прибытие в порт. Сообщение о предстоящем прибытии в порт должно поступить в машинное отделение за 1—2 ч, для того чтобы подготовить турбины к режиму маневрирования. Пускается дизель-генератор, а турбогенераторы останавливаются. Все операции производятся теперь в обратном порядке по сравнению с операциями пр.и выводе турбины на полный ход.
4.	КОТЛЫ
4.1.	ПРИНЦИП РАБОТЫ
Котлы устанавливаются на любом судне, но имеют разное назначение.
Существует два различных типа котлов: водотрубный и огнетрубный. В водотрубном котле вода проходит через трубки, а горячие газы омывают их снаружи. В огнетрубном котле через трубки проходят горячие газы, а питательная вода омывает их. Если в энергетической установке принят паросиловой цикл, то на судне устанавливают один или несколько водотрубных котлов для получения пара, обладающего большим давлением и температурой. На дизельном судне имеется один небольшой, обычно огнетрубный котел, обеспечивающий получение пара для различных судовых нуЖд. Практически существует множество вариантов водотрубных и огнетрубных котлов.
Для работы котлов применяется питательная вода. Пар, обладающий высокой температурой и давлением, получается в результате преобразования энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Все котлы имеют топку или камеру сгорания, в которую для осуществления процесса сгорания подается воздух. Энергия сгораемого топлива в виде теплоты передается воде через поверхность, разделяющую топку котла и его водяное пространство. Эта поверхность имеет большую площадь для более интенсивной передачи теплоты нагреваемой воде. Котел должен иметь барабан или коллектор, в котором пар и вода могли бы отделяться один от другого. Кроме того, необходимо иметь ряд приборов и устройств для того,, чтобы подача топлива, воздуха и питательной воды в котел производилась в оптимальный пропорции. Необходимы также приспособления и устройства для обеспечения безопасной работы котла.
В процессе парообразования питательная вода, поступающая 8 котел, нагревается и превращается в пар. Вода циркулирует между паровым и водяным коллекторами и в процессе циркуляции нагревается. Часть воды проходит по трубкам, окружающим топку, т. е. по боковым и донным трубкам экрана, в которых она нагревается, и возвращается в паровой коллектор. В коллекторе пар отделяется от воды и может быть взят оттуда для дальнейшего использования. Такой пар называют влажным, или насыщен-^~~1323	ск
Рис. 4.1. Упрощенная схема устройства котла:
/ — коллектор экрана; 2 —топка; 3 — трубки экрана; 4 — испарительные трубки; 5 — форсунки; 6 — положение воздушного ящика при потолочном расположении форсунок; 7 — па.» ровой коллектор; 8 — дымоход; 9 — патрубок подвода воздуха от вентиляторов принудительного дутья; 10 — патрубок входа питательной воды; // — экономайзер; 12 — пароперегреватель первой ступени; 13 — пароохладитель, охлаждаемый воздухом или помещенный в паровом коллекторе; 14 — пароперегреватель второй ступени; 15 — водяной коллектор; 16 — донные трубки экрана; 17 — воздушный кран; 18 — форсунки
ным, так как в нем содержатся небольшие капельки влаги. Этот пар может в дальнейшем поступить в расположенный внутри котла пароперегреватель, в котором пар дополнительно подогревается и вся содержащаяся в нем вода превращается в пар. Этот перегретый пар в основном и подается в главный паропровод. Температура перегретого пара выше, чем температура пара в паровом коллекторе. В системе может быть установлен и пароохладитель для регулирования температуры пара.
Горячие газы, образующиеся в топке, служат для нагрева воды, получения из нее пара, а также для перегрева пара в паровом коллекторе. Затем газы проходят к экономайзеру, в котором подогревается питательная вода перед поступлением в котел. На пути потока горячих газов может располагаться подогреватель, в котором подогревается воздух перед подачей в топку. Таким образом, прежде чем горячие газы выйдут через дымовую трубу, будет использована значительная часть содержащейся в них энергии. Общее устройство котла показано на рис. 4. I.
Водотрубные котлы применяют там, где нужно использовать пар с высоким содержанием энергии, с высоким давлением и температурой, т. е. когда пар подается к главным паровым котлам
66
или турбоприводам грузовых насосов. Огнетрубные котлы применяются как вспомогательные на дизельных судах и вырабатывают значительно меньшее количество пара низкого давления.
4.2.	ВОДОТРУБНЫЕ КОТЛЫ
Пар с высоким давлением и температурой можно получить в водотрубных котлах, в конструкцию которых входят трубки малого диаметра и паровой коллектор небольшого размера. Масса такого котла значительно меньше, чем у эквивалентного огнетрубного котла, и процесс образования пара в нем идет гораздо интенсивнее. Элементы конструкции котла обладают достаточной гибкостью, котел имеет высокий к. п. д., циркуляция питательной воды в нем происходит естественным путем. Это лишь некоторые из причин, по которым водотрубные котлы вытеснили огнетрубные в качестве главных котлов на судах.
Ранее в водотрубных котлах был один паровой коллектор. Водяные коллекторы соединялись с ним короткими гнутыми трубками, а между собой — прямыми трубками. Горячие газы проходили, омывая трубки, чаще всего за один проход.
Затем появился котел, у которого все трубки были гнутые. У этого котла' два паровых коллектора, и его часто называют D-образным котлом (рис. 4. 2). Топки располагаются по обеим сторонам от барабанов и по бокам окружены трубками экрана. Трубки экрана соединяют верхний и нижний коллекторы экрана, а также нижний коллектор экрана и паровой барабан. Верхние коллекторы экрана при помощи труб обратной воды соединены с паровым коллектором. Паровой коллектор и находящийся под ним водяной коллектор меньшего диаметра связаны большим числом испарительных трубок малого диаметра. Они в основном и образуют поверхность, по которой образование пара происходит посредством теплопередачи. Для обеспечения естественной циркуляции паровой и водяной коллекторы соединены между собой трубами обратной воды большого диаметра. Пароперегреватель в указанной конструкции помещен между паровыми коллекторами и защищен от воздействия очень горячих газов несколькими рядами трубок первого притопочного пучка. Кирпичная огнеупорная кладка выполнена по поду и стенкам топки, а также за экранными трубками. Кожух котла двойной, в пространстве между его стенками происходит подогрев воздуха, который затем направляется через регуляторы или заслонки в топку.
В связи с необходимостью увеличения пределов регулирования температуры перегретого пара разрабатывались и другие конструкции котлов. Котлы типа ESD — это D-образныё котлы с внеш-иим пароперегревателем, первая и вторая ступени пароперегревателя установлены за основным пучком испарительных трубок. Для з*
67
Рис. 4.2. Котел Фостер Уилера D-образного типа:
1 — ннжннй коллектор экрана; 2 — притопочиый пучок трубок; 3 — верхний коллектор экрана; 4— трубы обратной воды; 5 — экономайзер; 6 — опускные трубы; 7 — испарительные трубки
68
регулирования температуры пара здесь применяют охладитель пара, расположенный на пути воздушного потока в топке котла.
В более поздней модификации котла ESD-I — в котле ESD-II в качестве средства регулирования температуры пара между первой и второй ступенями пароперегревателя был установлен дополнительный экономайзер. В зависимости от требуемой температуры перегретого пара управляемые заслонки направляли поток горячих газов к экономайзеру или к пароперегревателю. Для получения пониженной температуры пара газы можно направлять в обход.
В котле ESD-III форсунки располагаются в крыше топки, благодаря чему обеспечивается большая длина факела и равномерное распределение выделяемой теплоты по объему топки. В этом котле топка окружена монолитными рядами трубок, имеющими ребра, которые соединены между собой газонепроницаемым сварочным швом, так что топка представляет собой газонепроницаемую камеру. При такой конструкции отпадает необходимость иметь огнеупорную кладку.
Нижние, боковые и потолочные трубы вварены в паровой и водяной коллекторы. Передняя и задняя стенки с обеих сторон подсоединяются к верхним и нижним коллекторам экрана. Нижние экранные коллекторы соединены с паровым коллектором при помощи расположенных снаружи опускных труб, а верхние соединяются с ним при помощи подъемных труб.
Горячие газы вначале проходят между трубками притопочно-го пучка, выполняющего роль пламеотражателя. Благодаря большому числу трубок в подъемном испарительном пучке поглощается значительная часть тепловой энергии газов, после чего они направляются к пароперегревателю второй ступени. Затем горячие газы проходят через пароперегреватель первой ступени, экономайзер и выходят в дымовую трубу. Для получения относительно сухого пара в паровом коллекторе имеется сухопарник. Из него пар поступает в первую, а затем во вторую ступень пароперегревателя. Регулирование температуры пара осуществляется в пароохладителе, помещенном в паровом коллекторе, на пути пара из первой ступени пароперегревателя во вторую.
В последнее время появились котлы радиационного типа, в которых для получения пара используется радиационное тепло, выделяемое при сгорании топлива в виде инфракрасной его составляющей. Для таких котлов необходимо, чтобы форсунки располагались в верхней части топки, а высота топки должна быть достаточно большой, чтобы получить удовлетворительный к. п. д.
Котел ESD-IV, показанный на рис. 4. 3, это котел радиационного типа. Топка и внешняя камера окружены газонепроницаемыми водяными трубными стенками. В этом котле нет традиционного пучка испарительных трубок. Горячие газы из топки через отверстие в нижней части'Экранной стенки выходят во внешнюю камеру. В ней располагаются конвекционные пучки первой и второй сту-
69
Рис. 4.3. Котел Фостера Уилера радиационного типа:
а — вертикальный разрез; б — горизонтальный разрез; / — распределительный коллектор; 2 — смотровое окно; 3 — лаз; 4 — топка с газонепроницаемыми водяными трубными стенками; 5 — форсунки (3 шт.); 6 — подъемные трубки экрана; 7 — патрубок для входа воздуха; 8 — алюминиевые стойки; 9— сажеобдувочное устройство; 10 — патрубок для входа воды; 11 — экономайзер; 12— патрубок для выхода воды; 13 — кипящий экономайзер; 14—входной коллектор пароперегревателя первой ступени; 15—экран; 16 — пароперегреватель первой ступени; 17 — выходной коллектор пароперегревателя первой ступени; 18 — выходной коллектор пароперегревателя второй ступени; 19—пароперегреватель второй ступени; 20 — входной коллектор пароперегревателя второй ступени; 21 — коллекторы экрана; 22 — коллектор пригоночного пучка трубок; 23 ~ патрубок для выхода пара нз пароперегревателя второй ступени
пеней пароперегревателя. Температура пара на выходе регулируется пароохладителем, расположенным в паровом коллекторе. Горячие газы после выхода из первой ступени пароперегревателя попадают на трубки кипящего экономайзера. Это теплообменник, в котором параллельно потоку газа в трубках проходит смесь пара и воды. И, наконец, перед выходом в дымовую трубу газы проходят через обычный экономайзер.
Радиационные котлы обычно применяются в паротурбинных установках с промежуточным подогревом пара. Пар после расширения в турбине высокого давления возвращается обратно в котел, в промежуточный пароперегреватель. Здесь пару сообщается дополнительная энергия, и затем пар направляется в турбину низкого давления. За основу котла с промежуточным подогревом пара принимаются котлы радиационного типа, такие как котлы типа D.
Конструкция стенок топки. При решении проблем, связанных с применением огнеупорных материалов в кладке топки, особенно ее вертикальных стен, были созданы два варианта конструкции экрана, при использовании которых исчезает необходимость иметь кладку, непосредственно противостоящую действию пламени. Это так называемые тангенциальный экран или моноэкран.
В тангенциальном экране трубки плотно прилегают одна к другой, за ними располагаются слои огнеупорной кладки и изоляции, а затем листы кожуха котла (рис. 4. 4, а). В цельносварном
Рис. 4.4. Конструкция экранированной стенки топки:
- тангенциальный экран; б v--,моноэкран; / — трубки, плотно прилегающие одна к другой: --^огнеупорная кладка; 3 — изоляция; 4 — кожух; 5 — наружный кожух; 6 — трубка; 7 — стальная полоса; 8 — теплоизоляционная обшивка
71
экране между соседними трубками вваривается стальная полоса, так что стенка становится газонепроницаемой (рис. 4. 4, б). В последнем случае за экраном достаточно иметь лишь слой теплоизоляции и кожух.
При использовании цельносварных экранов исчезают недостатки, связанные с применением кирпичной кладки и необходимостью развальцовывать трубы в коллекторах. Но при повреждении трубки необходимо производить сварочные работы. Можно было бы, конечно, заглушить поврежденную трубку с обоих концов, но тогда ее нужно защитить огнеупорным материалом, чтобы не повредилась находящаяся за трубкой изоляция. При использовании тангенциального экрана поврежденную трубку можно заглушить, и тогда ее не нужно вынимать для дальнейшей работы котла.
4.3.	ОГНЕТРУБНЫЕ КОТЛЫ
Огнетрубныр котлы обычно применяют для получения пара низкого давления для судовых нужд. Котлы работают по простому принципу, к воде для этих котлов требования невысокие. Иногда из-за большого объема воды в них их называют котлами-цистернами, а иногда дымогарными котлами.
Котлы Кохрана. Современный вертикальный котел Кохрана имеет топку сферической формы, и его называют сферическим
Рис. 4.5. Сферический котел Кохрана:
/ — смотровой люк; 2 — огневые трубы; 3 — огнеупорная кладка; 4 —лаз; 5 —форсунка. 6 — сферическая топка; /—выход газов в дымоход
Рис. 4.6. Котел Спаннера с трубками Свирлнфло и потолочными форсунками:
/ — лаз в возвратный ящик; 2 — головка форсунки; 3 — уровень воды в котле: 4 — вентилятор принудительного дутья; 5 — съемная верхняя крышка; 6~ съемная огнеупорная кладка возвратного ящика
72
(рис. 4. 5). Топка со всех сторон окружена «водой», для эксплуатации топки не требуется огнеупорная кладка. Горячие газы один раз проходят по горизонтальным трубам, а затем уходят в дымоход. Огневые трубки котла небольшого диаметра, имеют внутри завихряющие устройства, способствующие лучшему теплообмену, так как поток газа в трубах приобретает турбулентный характер.
Котлы Спаннера. Ввертикальном котле Спаннера применяются патентованные трубки, известные как трубки Свирлифло. При принятой форме изгиба труб улучшается теплообмен. Котел состоит из наружного кожуха, внутри помещается топка цилиндрической формы, от которой вертикальные дымовые трубы ведут в дымовой ящик цилиндрической формы в верхней части котла (рис. 4. 6). Форсунка расположена в центре топки, ее факел направлен вниз; горячие газы проходят по вертикальным трубам через водяную полость. Котел имеет универсальную конструкцию, позволяющую получать пар как путем сжигания жидкого топлива, так и использованием выпускных газов дизелей, когда судно находится в море.
4.4.	ПРОЧИЕ КОНСТРУКЦИИ КОТЛОВ
Помимо чисто водотрубных и огнетрубных котлов, на судах применяются котлы других конструкций для получения пара: паровой парогенератор, двухконтурный паровой котел и некоторые видоизмененные конструкции утилизационных котлов.
Парогенераторы. Парогенераторы предназначаются для получения насыщенного пара низкого давления, который используется для различных судовых нужд. Они применяются в совокупности с водотрубными котлами. Парогенераторы имеют свой собственный ' контур, чтобы не загрязнять главный циркуляционный контур питательной воды водотрубного котла. Пар высокого давления и температуры подается в змеевик от главного парового котла. Парогенератор горизонтального исполнения показан на рис. 4. 7.
Двухконтурные паровые котлы. В двухконтурных котлах имеются два независимых парообразовательных контура. Питательная вода первого и второго контуров циркулирует раздельно. Первый контур работает так же, как в водотрубном котле. Полученный в нем пар подается в змеевики парового парогенератора, который в сущности составляет второй контур. Весь котел заключен в герметичный корпус.
Теплообменники, работающие на выпускных газах. Использование выпускных газов главных двигателей для получения пара является одним из сйособов регенерации тепла и приводит к повышению к. п. д. установки.
Рис. 4.7. Парогенератор:
/ — пучок труб пара высокого давления; 2 — корпус низкого давления; 3 — коробка пара высокого давления; / — загрязненная питательная вода; // — насыщенный пар низкого давления; /// — насыщенный пар высокого давления; /У — конденсат пара высокого давления
На рис. 4.8 показана установка, работающая на выпускных газах. Ее конструкция проста: это ряд пучков трубок, омываемых выпускными газами. Некоторые пучки могут использоваться для подогрева питательной воды, другие — для получения пара, а третьи — для перегрева пара. В последнем случае необходимо иметь паровой коллектор, в котором происходило бы образование пара и отделение его от воды. Обычно для этого используют паровой коллектор вспомогательного котла.
Вспомогательные паровые установки. На современных теплоходах вспомогательные паровые установки обычно включают в себя теплообменник, работающий на выпускных газах и установлен
ный в нижней части дымовой трубы, и один-два водотрубных котла (см. рис. 4.8). От вспомогательных котлов получают насыщенный или перегретый пар. При нахождении судна в море котел служит паровым ресивером для пара, выраба-
Рис. 4.8. Вспомогательная паровая установка:
1 — вспомогательный водотрубный котел; 2, 4 — пароперегреватели; 3 ~~ теплообменник, .работающий на выпускных газах; 5 — циркуляционный насос; / — вход питательной воды; // — насыщенный пар; /// — перегретый пар к турбогенератору
74
тываемого теплообменником, работающим на выпускных газах. При стоянке котел работает обычным образом на жидком топливе.
Комбинированные котлы. Утилизационные котлы теплоходов, исключая танкеры, обычно комбинированные, т. е. могут работать на жидком топливе и на выпускных газах дизелей. В последнем случае котел работает как теплообменник, но с собственным паровым коллектором.
4.5.	ГАРНИТУРА КОТЛА
Для обеспечения безопасной работы котлов на них оборудуется ряд устройств, которые обычно называют гарнитурой котла. К гарнитуре котла относятся следующие устройства.
1.	Предохранительные клапаны. На котле устанавливают два предохранительных клапана, которые препятствуют повышению давления в котле. После того как в присутствии ответственного лица будет установлено давление срабатывания клапана, его пломбируют. Изменять самостоятельно давление срабатывания клапана запрещается. Клапан открывается автоматически, если давление достигает определенного установленного значения.
2.	Главный стопорный клапан. Этот клапан обычно невозвратного типа, устанавливается на главном паропроводе.
3.	Вспомогательный стопорный клапан. Устанавливается на вспомогательном трубопроводе. Клапан меньшего размера, как правило, невозвратный.
4.	Питательный клапан. Обычно устанавливают два питательных клапана: один — главный, другой — вспомогательный, или резервный. По конструкции клапан невозвратный, он должен быть снабжен указателем открытого и закрытого положения.
5.	Водомерное стекло. Обычно устанавливают два водомерных стекла по обе стороны котла. Конструкция стекол зависит от расчетного давления котла.
6.	Манометровые штуцера. Там, где это необходимо, на паровом коллекторе, пароперегревателе и в других местах, устанавливают манометры для контроля давления.
7.	Воздушные краны. Их устанавливают на паровых коллекторах и в других частях котла для выпуска воздуха из водяной полости при заполнении котла водой и при первом пуске котла.
8.	Арматура для взятия проб. На питательном трубопроводе устанавливают кран отбора с охлаждающим устройством для взятия проб воды и ее анализа. Конструкция крана может предусматривать возможность ввода в питательный трубопровод различных химических добавок.
9.	Клапан продувки котла. С помощью этого клапана обеспечивается продувка или спуск воды из котла. Клапан может использоваться для частичного и для полного осушения котла.
75
10.	Стопорный клапан свистка. Это небольшой невозвратный клапан на трубопроводе от парового коллектора котла к паровому свистку.
Гарнитура водотрубных котлов. На водотрубных котлах, в связи с тем что в них имеется меньшее количество воды по отношению к производимому пару, требуется установка некоторых следующих дополнительных устройств.
1.	Автоматический регулятор питательной воды. Его устанавливают до главного питательного клапана. Служит для обеспечения постоянного уровня воды в котле независимо от расхода пара. В козлах с высокой интенсивностью парообразования используется многоимпульсная система регулирования подачи воды в котел (см. гл. 15).
2.	Сигнализатор минимального уровня. Это устройство, подающее звуковой сигнал при снижении уровня воды до минимального.
3.	Перепускной клапан пароперегревателя. Через него проходит пар при разжигании котла и повышении давления пара в котле.
4.	Сажеобдувочное устройство. Применяется для удаления сажи и других продуктов сгорания с поверхности трубок. Работает на паре или сжатом воздухе. Несколько таких устройств монтируется в наиболее важных частях котла. Затем их включают в работу, выдувают сажу. После работы сажеобдувочные приспособления вынимают.
Водомерные стекла. По водомерному стеклу можно визуально наблюдать за уровнем воды в котле, если этот уровень в пределах нормы. Если уровень воды в котле резко повысится, вода может попасть в паропровод и серьезно повредить механизмы, работающие на паре. Если уровень воды в котле понизится, то теплопередающие поверхности, оказавшиеся без воды, могут выйти из строя, Поэтому важно постоянно следить за уровнем воды в котле. Так как судно подвержено качке, необходимо для правильного суждения об уровне воды в котле иметь два водомерных стекла с обеих сторон котла.
В зависимости от значения давления в котле существуют водомерные стекла двух различных типов. При давлении до 1,7МПа в котлах применяют водомерное стекло с круглой стеклянной трубкой. Такое стекло при помощи штуцеров, на которых стоят краны, крепится на корпусе котла (рис. 4.9). Для уплотнения мест присоединения и предотвращения утечки устанавливают уплотнительные кольца. Обычно вокруг трубки помещают кожух, защищающий стекло от случайных повреждений, а также обслуживающий персонал от возможных травм при повреждении стекла. На трубках, ведущих в паровое и водяное пространство, ставят разобщительные клапаны. Кроме того, устанавливают спускной кран. На случай повреждения трубки снизу устанавливают шариковый невозвратный клапан, отсекающий воду при резком увеличении скорости потока.
76
Для котлов с рабочим давлением свыше 1,7 МПа применяются водомерные приборы с плоскими стеклами. Вместо стеклянной трубки здесь используют сборку из плоского стекла, помещаемого в металлический корпус (рис. 4.10). Сборка напоминает многослойный пирог. Спереди и сзади установлены металлические плитки, затем стеклянные плитки, а между ними — снова металлическая плитка. Между металлическими и стеклянными плитками имеются уплотнения, а на поверхности стекла, соприкасающейся с водой и паром, накладывается слой слюды. Слюда выполняет роль надежного изолятора, который предохраняет стекло от поломки при очень высоких температурах. При сборке этой конструкции, затяжку болтов нужно производить равномерно по кругу и с большой осторожностью. При затяжке болтов во время сборки стекло может быть повреждено, и появится утечка. Помимо визуального наблюдения за уровнем воды в котле, существуют дистанционные указатели уровня в центральном посту управления.
Поскольку нельзя предотвра
тить закупоривание паровых и водяных трубок кусочками окалины и твердыми частицами, водомерные стекла могут давать неправильные показания. Для контроля за чистотой парового и водяного каналов необходимо их периодически продувать. Для водомерного стекла, показанного на рис. 4.9, при закрытии водяного крана и открытии спускного крана из последнего пойдет сильная струя пара. Если закрыть паровой кран и открыть водяной кран, то из спускного крана пойдет сильная струя воды. Если струи нет, то канал, на котором открыт кран, засорен.
Предохранительные клапаны. Эти клапаны устанавливают обычно по два на одной клапанной коробке. Каждый клапан ргчс-считан так, что он может выпустить весь пар, который вырабатывается в котле в установленный период времени, при условии,
£/
Рис. 4.9. Водомерное стекло со стеклянной трубкой:
/ — шариковый клапан; 2'— гайка; 3 — стеклянная трубка; 4 — уплотнительное устройство; 5 —паровой кран; 6 — фланец для присоединения к корпусу котла; 7 — рукоятка краиа; 8 — водяной край; 9 — спускной кран; 10— трубка спуска в трюм
77
что давление в котле за это время поднимается не более чем на 10%.
На судах устанавливают клапаны, нагруженные пружинами, так как они лучше работают в условиях качки. Клапаны располагают в области парового пространства парового коллектора. Традиционный предохранительный клапан показан на рис. 4. 11. Клапан закрыт под действием спиральной пружины, затяжка которой регулируется при помощи гайки, расположенной в верхней части клапана. Установленная в присутствии ответственного лица затяжка пружины клапана фиксируется и пломбируется. Когда давление пара превышает установленное значение, пружина сжимается и клапан открывается. Выходящий пар через отводную тру-
Рис. 4.10. Водомерное стекло с плоскими стеклами:
а— водомерное стекло; б — разрез парового крана; в — сборка водомерного стекла; г—шариковый клапан; 1 — ннжннй соединительный узел; 2 — соединительная гайка; 3 — прокладка; 4— верхний соединительный узел; 5 — крышка; 6 — стеклянная плитка; 7 —слюда; 8 — средняя металлическая плитка; 9 — плоскость разъема; 10—шариковый клапан; 11— корпус спускного краиа; 12 — рукоятка крана с проволочным приводом с поста управления котлом; 13 — кран (спускной) нижнего продувания; 14 — трубка спуска в трюм
78
Рис. 4.11. Предохранительный клапан, нагруженный пружиной:
J—седло клапана; 2 — тарелка клапана; 3 —втулка; 4 — шпиндель клапана; 5— спиральная пружина; 6 —- пружинное кольцо; 7 — нажимная гайка; 8—колпак; 9—чека; /0 —замок; 11 — разгрузочное устройство; /2—патрубок выхода пара; 13 — патрубок входа пара
бу выходит в дымовую трубу и далее в атмосферу. По сравнению с усилием, при котором происходит первоначальное открытие клапана, требуется несколько большее усилие для дальнейшего перемещения клапана в сторону открытия и для сжатия пружины.
Эта проблема решается путем применения специального кольцевого выступа на тарелке клапана, благодаря которому при открытии клапана площадь тарелки увеличивается. Предусмотрено также^ аварийное открытие клапана при помощи разгрузочного устройства с ручным приводом.
В конструкцию пружинных предохранительных клапанов вносятся различные усовершенствования, направленные на увеличение
79
Рис. 4.12. Усовершенствованная конструкция предохранительного клапана с увеличенной высотой подъема:
/ — пружина; 2— шток клапана; 3 — нижняя тарелка пружины; 4 — свободно сидящее кольцо (цилиндр); 5 — спускное отверстие; 6 — окно для входа пара; 7 — тарелка клапана; 8— седло клапана; / — пар из котла; II — выход пара
высоты подъема клапана. В усовершенствованной конструкции с увеличенной высотой подъема клапана (рис. 4.12) сделаны изменения в конструкции нижней тарелки пружины клапана, выполненной в виде поршня, на который пар действует снизу. Полое кольцо вокруг поршня выполняет роль парового цилиндра. Окна для прохода пара выполнены в днище цилиндра, которое: служит направляющей для штока. Пар после прохода через открытый клапан воздействует на нижнюк> тарелку пружины, создавая дополнительное усилие, в результате которого клапан поднимается дальше вверх. Когда после стравливания пара его давление станет нормальным, клапан под действием пружины резко закроется. Что-
бы смягчить удар при посадке клапана на седло, в седле имеются специальные выемки, которые смягчают удар.
В наружной полости клапана имеются спускные отверстия для конденсата, который в случае накапливания над клапаном мог бы затруднить его открытие при превышении расчетного давления.
4.6.	ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Сгорание — это процесс сжигания топлива с целью получения теплоты. Для полного и эффективного сгорания нужно, чтобы в топку были введены топливо и воздух в пропорции, при которой масса воздуха должна примерно в 14 раз превышать массу топлива. Топливо и воздух должны быть тщательно перемешаны. Для полного сгорания топлива необходимо, чтобы количество воздуха было немного больше теоретически требуемого. При недостатке воздуха сгорание получается неполным и выходящие газы приобретают черный оттенок.
Подача воздуха. Перепад давлений, при котором воздух проходит через топку котла, называют тягой. Судовые котлы имеют принудительную тягу, т. е. воздух нагнетается в топку вентиляторами.
Существует ряд конструкций топок с принудительной тягой. Обычная конструкция — это большой вентилятор, от которого по> 80
Рис. 4.13. Система подачи топлива к котлу:
/ — отстойник; 2 — фильтр грубой очистки; 3—насосы; 4 — подогреватели; 5—фильтр тонкой очистки; 6 — регулятор вязкости; 7 — труба рециркуляции; / — подача топлива при холодном запуске котла; //— подача топлива к другому котлу; 111 — подача топлива к форсункам
воздухопроводу воздух подается к переднему фронту топки. Со стороны переднего фронта оборудуется камера коробчатой формы, называемая воздушным регистром, в, которой осуществляется регулирование подачи воздуха в топку. Воздухопровод к регистру на каком-то участке проходит через дымоход, и благодаря этому воздух немного подогревается. Тягу называют искусственной, если вентилятор расположен в дымоходе и всасывает воздух в топку. Существует также уравновешенная тяга, когда устанавливаются вентиляторы обоих типов и тогда давление в топке становится близким к атмосферному.
Подача топлива. Современные паровые котлы отапливаются низкосортным жидким топливом. Хранится топливо обычно в цистернах междудонного пространства, откуда топливоперекачивающим насосом оно подается в отстойные цистерны (рис. 4.13). В отстойниках из топлива выделяется вода, которая затем спускается.
Из отстойников топливо через фильтры подается к топливным насосам, которые нагнетают его через топливоподогреватели к фильтрам тонкой очистки. Процесс подогрева топлива должен тщательно контролироваться, так как при повышенной температуре может произойти распад молекул нефти. В схеме предусмотрена возможность подачи к форсунке дизельного топлива для разжигания котла или для его работы на малой мощности. От фильтров тонкой очистки топливо подается к форсунке, в которой оно мелко распыливается и в таком виде подается в топку. Для разогрева топлива перед разжиганием котла предусмотрена труба рециркуляции.
81
Сгорание топлива. Топливо к форсунке подается под высоким давлением и выходит из нее мелко распыленной струей (рис. 4. 14). Благодаря завихряющей пластине струя приобретает форму вращающегося конуса и в таком виде поступает в топку. Существуют различные конструкции форсунок. Упомянутая выше форсунка известна под названием механической (рис. 4J4, а). В форсунке с вращающейся головкой (рис. 4. 14. б) распиливание и завихрение топлива производится посредством срывания топлива с кромок вращающегося конического колпачка. В паровой форсунке (рис. 4. 14, в) топливо распыливается и завихряется струей пара, обладающей высокой скоростью. Пар подводится в форсунку через центральную втулку.
Воздушный регистр представляет собой комплект заслонок и направляющих, расположенных вокруг форсунок в пространстве между кожухами котла. Регистром устанавливаются размеры проходного сечения для поступления воздуха из воздушного короба.
Отсечка воздуха осуществляется с помощью поворотной воздушной заслонки. Воздух обтекает форсунку, и при помощи завихрителя ему придается вращательное движение, противоположное тому, в котором вращается топливная струя. Благодаря этому обеспечивается перемешивание топлива с воздухом (рис. 4.15).
Рис. 4.14. Типы форсунок:
а — механическая; б — с вращающейся головкой; в — паровая; / — корпус форсунки; 2 — за-вихряющие каналы; 3 — колпачковая гайка; 4 — диафрагма; 5 — завнхряющая камера; 6'- отверстие: 7 — завнхряющая пластина; 8 — вращающийся конус; 9 — вентилятор; 10 — электродвигатель; // — привод вращения конуса; 12 подшипник; /3 —заслонка; 14— распиливающее сопло: 15 — наружный корпус; 16 — внутренний корпус; /7 — прокладки; / — подача топлива; // — выход воздуха; /// — выход топлива; /и —подача воздуха; V — подача пара
Рис. 4.15. Воздушный регистр:
/ — труба подвода лара; 2 — Т-образная рукоятка; 3 — блок управления; 4 — нажимной винт; 5 — распиливающее устройство; 6 — направляющая Т-образной рукоятки; 7 — лючок; 8 — смотровое окно; 9 — наружная плита форсунки; 10— наружный кожух; // — опорная трубка диффузора; 12— внутренний кожух; 13 — сменный наконечник; 14 — диффузор или завихритель; 15 — наконечник форсунки; 16 — направляющее кольцо; /7 — трубка Вентури; 18 — поворотная втулка
Топливо, поступающее из форсунки, необходимо сначала воспламенить. После воспламенения в процессе горения вначале сгорают легкие фракции, образуя первичный факел. Благодаря теплоте первичного факела во вторичном факеле сгорают тяжелые фракции топлива. К этим факелам подводится соответственно первичный и вторичный воздух.
Обеспечение чистоты питательной воды. В современных паровых котлах, работающих при высоких давлениях и температурах и имеющих высокую паропроизводительность, необходимо, чтобы питательная вода обладала высокой степенью чистоты.
Даже в самой чистой воде растворены соли, которые выделяются при кипячении. Эти соли в виде накипи откладываются на нагревательных поверхностях и уменьшают теплоотдачу, что может вызвать местный перегрев и повреждение трубки. Некоторые соли остаются в растворе и образуют кислоты, действующие агрессивно на металлические элементы котла. Избыток в воде солей в совокупности с возникающими при работе котла напряжениями приводит к состоянию металла котла, именуемому каустической хрупкостью. Металл становится хрупким, из-за чего могут возникнуть серьезные повреждения котла.
83
Наличие растворенных в питательной воде кислорода и углекислого газа может вызвать сильную коррозию котла и его питательной системы. Если в питательной воде имеются взвешенные частицы, избыток солей или если туда попадает масло, то может произойти интенсивное образование пены на поверхности воды в паровом барабане котла. Это приводит к выбросу воды из котла вместе с уходящим паром. Даже небольшое количество воды при попадании в турбину может вызвать в ней значительные повреждения.
Примеси, содержащиеся в воде. В воде в различном количестве присутствуют соли, к ним относятся хлориды, сульфаты, бикарбонат кальция или магния. Иногда в воде встречается сера. Содержание солей в воде определяет ее жесткость. В наибольшей степени на жесткость воды влияет наличие солей кальция и магния. Бикарбонаты кальция и магния при нагревании выделяются из воды и образуют накипь. Эти соли создают так называемую временную жесткость. Хлориды, сульфаты и нитраты при кипении воды не выделяются и создают так называемую постоянную жесткость. Общая жесткость — это сумма временной и постоянной жесткости, и ею оценивается количество накипеобразующих солей в питательной котельной воде.
4.7.	ВОДОПОДГОТОВКА
Водоподготовка предусматривает удаление из воды солей, вызывающих коррозию и образование накипи, а также растворенных в ней газов путем соответствующей химической обработки. Это может быть достигнуто путем соблюдения следующих условий:
превращением жестких солей в суспензию, благодаря чему не откладывается накипь;
предотвращением возможности прилипания взвешенных частиц и суспензии к теплопередающим поверхностям;
предупреждением образования пены в котле, чтобы исключить выброс воды из котла;
удалением из воды растворенных в ней газов и приданием ей небольшой щелочности для предотвращения коррозии.
Практически водоподготовка заключается во введении различных химических веществ в питательную систему с последующим взятием проб котельной воды при помощи переносного измерительного комплекта. Такой комплект обычно имеет инструкцию по использованию.
В питательную воду вспомогательных котлов обычно добавляют известь (гидроокись кальция) и соду (карбонаты натрия). Независимо от этого можно добавить каустическую соду (гидроокись натрия).
Добавками для водотрубных котлов высокого давления являются различные фосфатные соли, такие как тринатрийфбсфат, динатрийфосфат и натрийметафосфат. Применяются такие коагулянты, в которых содержатся соли, превращающие окалину в шлам и предотвращающие ее отложение на поверхностях котла. В качестве коагулянтов применяют алюминат натрия, крахмал и таннин. Окончательную деаэрацию котельной воды производят такими веществами, как гидразин, который активно вступает в соединение с кислородом, где бы он ни находился.
4.8.	ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Количество операций при растопке котла у разных котлов различное, и при эксплуатации котлов следует руководствоваться инструкцией фирмы-изготовителя. Но ряд положений являются общими для всех котлов и включают действия, описанные ниже.
Приготовление к растопке. Вначале необходимо проверить, открыт ли дымоход, повернуть все заслонки и установить их в надлежащее положение.
Открыть все вентиляционные краны, краны к приборам, указателям, аварийным устройствам.
Открыть клапан перепуска к пароперегревателю и спускные краны, чтобы убедиться в том, что пар будет поступать к пароперегревателю. Все другие краны продувки и спуска должны быть проверены на закрытие. Заполнить котел горячей деаэрированной водой чуть ниже рабочего уровня.
По мере появления воды из воздушных кранов водяных коллекторов краны должны быть закрыты. Необходимо проверить экономайзер, убедиться в его заполнении водой и полном выходе из него воздуха.
Проверить работу вентилятора. Для воздухоподогревателей универсальных котлов обеспечить перепуск выпускных газов, минуя воздухоподогреватель. Затем проверить правильность положения клапанов и других элементов топливной системы котла. После этого, включив топливную систему на циркуляцию, подогреть топливо.
Растопка котла. Пустить вентилятор и в течение нескольких минут продувать воздухом топку, чтобы очистить ее от остатков продуктов сгорания и масляных паров. Воздушные заслонки на всех регистрах, за исключением заслонок растопочной форсунки, должны быть закрыты. Открыть подачу топлива растопочной форсунке, зажечь ее и отрегулировать факел так, чтобы горение было небольшим, но с полным сгоранием топлива. При таком режиме горения форсунки нужно отрегулировать давление топлива и дутьевого воздуха, добиваясь устойчивого пламени.
85
Как только появится пар из спускных кранов коллектора пароперегревателя, их следует закрыть. Когда давление в паровом коллекторе достигнет 0,21 МПа, необходимо закрыть его воздушный кран. Давление пара в котле доводить до рабочего медленно, чтобы обеспечить постепенное тепловое расширение конструкции, избежать перегрева отдельных элементов пароперегревателя и повреждения огнеупорной кладки. При поставке котла фирма-изготовитель, как правило, прикладывает к нему табличку, на которой графически показано увеличение давления в паровом коллекторе в зависимости от времени после, зажигания факела.
После этого нужно прогреть главный и вспомогательный трубопроводы и закрыть на них краны продувки, продуть водомерные стекла и проверить правильность их показаний. Когда давление пара будет на 0,3 МПа меньше рабочего, необходимо приоткрыть разгрузочное устройство и выпустить немного пара.
Когда давление в котле достигнет рабочего, к нему можно подключить нагрузку и закрыть клапан перепуска на пароперегревателе. Необходимо тщательно следить за уровнем воды в котле и за правильной работой автоматического регулятора подачи воды.
5.	ПИТАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КОТЛОВ
Питательная система замыкает паросиловой цикл котел — турбина, обеспечивая возможность возвращения отработавшего пара в котел в виде питательной воды. В этой системе имеется четыре главных элемента: котел, турбина, конденсатор и питательный насос. В котле вырабатывается пар, который подается в турбину, и после того, как пар израсходует энергию, он направляется в конденсатор. Там пар превращается в воду (конденсат), которая подается питательным насосом в котел.
Практически в систему включается еще целый ряд элементов, таких как сточная цистерна, куда спускается конденсат из конденсатора и благодаря которому обеспечивается некоторый напор на входе в питательный насос. Для компенсирования утечки воды из системы или для создания некоторого избытка питательной воды в системе предусматривается компенсационный бачок. Если питательная система обслуживает вспомогательный котел, например, на теплоходе, то сточная цистерна или теплый ящик сообщается с атмосферой. Такая система называется открытой. У водотрубных котлов высокого давления питательная система ни в какой своей части не сообщается с атмосферой, и такая система называется закрытой.
5.1.	ОТКРЫТАЯ ПИТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
Схема открытой питательной системы для вспомогательного котла показана на рис. 5.1. Отработавший пар из различных вспомогательных механизмов конденсируется в конденсаторе, который охлаждается забортной водой. Давление в конденсаторе может поддерживаться атмосферным или чуть ниже атмосферного. Конденсат из него стекает в теплый ящик, оборудованный фильтрами. Если конденсатор работает при небольшом вакууме, то для подачи воды в теплый ящик используется конденсационный насос. В теплый ящик может также поступать конденсат из систем, в которых он может загрязниться, например из топливоподогревателей, из системы подогрева топлива в цистернах и т. д. Загрязненный конденсат может быть обнаружен или на выходе из охладителя кон-
87
Рис. 5.1. Открытая питательная система:
1 — питательная цистерна; 2 — трубопровод для слива избыточной воды: 3 — теплый ящик с фильтрами; 4 — конденсатор; 5 — вентили для подачи пара к механизмам и устройствам; 6 — регулятбр питательной воды; 7 — котел; 8 — вспомогательный питательный насос; 9— главный питательный насос; 10 — подогреватель питательной воды
денсатов, или по наблюдениям за контрольной цистерной. Контрольная цистерна, если она установлена, позволяет осуществлять такое наблюдение, и если обнаруживается появление загрязненно
го конденсата, он направляется в цистерну загрязненных сточных вод. В теплом ящике установлены дефлекторы для предварительного отделения масла или топлива от конденсата или питательной воды. Затем .для завершения очистки вода пропускается через угольные или матерчатые фильтры. Избыток воды из теплого ящика перепускается в цистерну питательной воды, откуда при необходимости будет пополняться питательная система. Вода из теплого ящика забирается главным и вспомогательным питательными насосами. В главной питательной системе может быть установлен подогреватель питательной воды. Подогреватель может быть поверхностного типа, в котором производится только подогрев воды, и контактного типа, где кроме подогрева воды происходит и ее деаэрация. Деаэрация — это процесс удаления из питательной воды воздуха, содержащего кислород, наличие которого может вызвать коррозионные процессы в котле. Для регулирования подачи воды в котел и поддержания в нем необходимого уровня устанавливают регулятор питательной воды.
Описанная выше система является типовой, и для каждой конкретной установки в ней могут быть некоторые различия.
5.2.	ЗАКРЫТАЯ ПИТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
На рис. 5.2 показана схема закрытой питательной системы водотрубного котла высокого давления, снабжающего паром главную паровую турбину.
Пар из турбины поступает в конденсатор, где поддерживается высокий вакуум. Здесь применяется конденсатор регенеративного типа, в котором конденсация осуществляется с минимальным перепадом температур. Конденсатный насос откачивает конденсат из конденсатора и подает его к воздушному эжектору.
Проходя через эжектор, конденсат подогревается. Воздушный эжектор, служащий для откачки воздуха из конденсатора, представляет собой пароструйный эжектор. Затем конденсат пропу-
88
Рис. 5.2. Закрытая питательная система:
1 — цистерна питательной воды; 2 конденсатные насосы; 3 — конденсатор; 4 — трубопровод для воздуха н газов; 5 — воздушный эжектор; 6 — конденсатор системы уплотнения;
7 — рециркуляционная труба; 8 — веитили для подачи пара к механизмам и устройствам; 9 — охладитель дренажных конденсатов; /0 — подогреватель низкого давления; // — экономайзер; 12 — котел; 13 — пароперегреватель; /4 — подогреватель высокого давления; 15 — питательные насосы; 16— деаэратор; 17—дренажный насос; /8 — атмосферная сточная цистерна
скается через конденсатор системы уплотнения, где он подогрева-ется дополнительно. В этом конденсаторе конденсируется пар из системы уплотнения турбины, и конденсат из него стекает в сточную цистерну. Далее конденсат главной системы проходит через подогреватель низкого давления, который питается паром из отбора турбины. Применение всех вышеперечисленных подогревателей улучшает к. п. д. установки за счет регенерированной теплоты, а увеличение при этом температуры воды способствует ее деаэрации.
В деаэраторе происходит непосредственный контакт питательной воды с паром, где они фактически смешиваются. При смешивании вода подогревается, из нее выходят все растворенные газы, в частности кислород. Нижняя часть деаэратора представляет собой емкость, откуда вода забирается непосредственно одним из питательных насосов, подающих воду в котел.
Вода после этого поступает к подогревателю питательной воды высокого давления, затем к экономайзеру, а оттуда — в паровой коллектор. В системе имеется соединенная с атмосферой сточная Цистерна для слива в нее избыточной питательной воды и питательная .цистерна, откуда при недостатке воды будет пополняться
89
питательная система. В сточную цистерну также поступает конденсат от многих вспомогательных систем, таких как система уплотнения турбин, конденсат отработавшего рабочего пара воздушных эжекторов и т. д. Для обеспечения прохождения питательной воды через воздушный насос и конденсатор системы уплотнения на режимах небольшой мощности и во время маневрирования судна в системе предусмотрена рециркуляционная перемычка.
Данная схема также является типовой, и для каждой конкретной установки в ней могут быть некоторые различия.
5.3.	ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ПИТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
Система предназначена для воспроизведения пара из конденсата от вспомогательных механизмов и устройств, может выполняться как отдельно — в виде открытой или закрытой системы, так и заодно с главной питательной системой, составляя ее часть.
В тех случаях, например, когда у палубных механизмов применяется паровой привод, для конденсации отработавшего пара используют конденсатор, работающий при давлении, близком к атмосферному (рис. 5.3). Конденсат конденсатным насосом подается к воздушному эжектору, пройдя через который, вода поступает в главную питательную магистраль между конденсатором уплотнительной системы и охладителем дренажных конденсатов. Для работы на малой мощности предусмотрена рециркуляция, а для регулирования уровня воды в конденсаторе имеется регулятор уровня.
Рис. 5.3. Вспомогательная питательная система:
/ — регулятор уровня; 2 — рециркуляционная труба; 3 — вспомогательный конденсатор; 4 — воздушный эжектор; 5 — конденсатный насос; 6 — охладитель дренажных конденсатов; 7 — конденсатор системы уплотнения; / — подвод отработавшего пара от вспомогательных механизмов н устройств
Рис. 5.4. Питательная система парогенератора:
/ — подогреватель питательной воды; 2 — парогенератор; 3— трубопровод для пара низкого давления; 4 — вентили для подачи пара к вспомогательным механизмам и устройствам; 5 — цистерна загрязненных конденсатов; 6 — питательные насосы; / — спуск конденсата в главную питательную систему; 11 — подвод пара
90
Если в установке существует опасность загрязнения питательной воды, для парогенератора может быть создана отдельная система (рис. 5.4). Пар низкого давления из парогенератора подается для различных судовых нужд, таких, например, как подогрев топлива, а конденсат возвращается в теплый ящик. Питательными насосами вода подается к подогревателю питательной воды, который одновременно служит охладителем конденсата, полученного от подогревающего пара парогенератора. Отсюда вода поступает непосредственно в парогенератор.
Многими фирмами выпускаются питательные системы в модульном исполнении, т. е. на едином фундаменте монтируются различные элементы системы. Иногда там размещается весь комплект механизмов и устройств или некоторая его часть.
5.4.	ЭЛЕМЕНТЫ ПИТАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Конденсатор. Это теплообменный аппарат, в котором от отработавшего пара отнимается скрытая теплота, в результате чего пар превращается в конденсат, направляемый обратно в котел. Конденсация должна осуществляться с минимальным переохлаждением, т. е. температура конденсата должна минимально отличаться от температуры пара. Конденсатор устроен таким образом, что из него удаляются различные газы и пары, которые выделяются при конденсации водяного пара.
На рис. 5.5 показан вспомогательный конденсатор. Круглый в сечении корпус закрыт с обеих сторон крышками, устроенными так, что забортная вода в конденсаторе совершает два хода. В водяных полостях крышек установлены протекторы, необходимые для предохранения от электрохимической коррозии. Пар в конденсатор поступает сверху в центральной части корпуса и через окна во входной коробке, расположенной под кожухом, разделяется на два потока. Пар конденсируется на поверхности трубок, через которые проходит забортная вода. Для крепления трубок в середине конденсатора по длине устроена диафрагма, которая в свою очередь крепится при помощи анкерных болтов. Конденсат накапливается в отстойнике, находящемся под пучками водяных трубок. Предусмотрена откачка воздуха, газов и паров, выделяющихся при конденсации водяного пара.
Главные конденсаторы, работающие совместно с главными паровыми турбинами, это конденсаторы регенеративного типа. Часть пара в них проходит сквозь трубки и соприкасается с конденсатом в отстойнике. Конденсат, таким образом, имеет одинаковую о паром температуру, благодаря чему повышается к. п. д. конденсатора. На рис. 5.6 показан один из проектов регенеративного конденсатора. В центре его имеется канал, по которому пар проходит к отстойнику и, конденсируясь, подогревает конденсат. Для
91.
13
14
15
Рис. 5.5. Вспомогательный конденсатор:
1 — патрубок возврата конденсата; 2— протекторы; 3 — лаз со смотровым люком; 4 — анкерный болт; 5—входная водяная коробка; 6 — фланец подвода циркуляционной воды; 7 — смотровые лючки; 8 — фланец отвода воды; 9 — заглушенный штуцер; 10— кожух на входе пара в конденсатор; 11 — патрубок входа влажного пара; 12 — патрубок от клапана верхнего продувания котла; 13, 27 — патрубки для термометра; 14, 30 —- патрубки для крана щелочных добавок; 15— воздушный кран; /6— патрубок для вакуумметра; 17 — водяная коробка; 18— запасной паровой патрубок; 19 — корпус конденсатора; 20— водомерное стекло; 2/— отстойник; 22 — патрубок отвода воздуха; 23 — диафрагма; 24— трубная доска; 25 — разделяющая перегородка; 26 — спускная пробка; 28 — патрубок клапана спуска; 29—патрубок выхода конденсата
92
рис. 5-6. Конденсатор регенеративного типа:
/ — трубки; 2 — корпус конденсатора; 3 — патрубок отсоса га-3О8 и воздуха; 4 — отводящая перегородка; 5 — центральный канал; 6 — уровень конденсата; / — отработавший пар; // — пар к конденсатному насосу
отвода выделяющихся газов’ и паров имеются перегородки. В трубных досках с обеих сторон установлено множество трубок, опирающихся на промежуточные опоры. Забортная вода в трубках совершает два хода.
Конденсатный насос. Этот насос предназначен для откачки воды из конденсатора, в котором поддерживается вакуум. На выходе из насоса создается напор для подачи воды в деаэратор или к питательному насосу. По конструкции конденсатные насосы,как правило, центробежные, двухступенчатые, с вертикальным валом. Устройство насосов описано в гл. 6. Для нормальной работы этих насосов необходим определенный минимальный напор на всасывании, а также некоторый контролируемый уровень конденсата в конденсаторе. В первую ступень насоса поступает вода, которая почти кипит в условиях вакуума, существующего во всасывающей трубе. Во вторую ступень вода поступает уже с некоторым положительным давлением, а на выходе из второй ступени вода имеет заданное давление.
В конденсаторах, где уровень конденсата может колебаться или если отстойник почти сухой, можно применять саморегулирующиеся конденсатные насосы. Саморегуляция в них происходит во время кавитации, возникающей, когда напор на всасывании падает до очень малого значения. Кавитация представляет собой процесс возникновения и разрушения пузырьков пара, в результате которого подача насоса падает до нуля. По мере повышения напора на всасывании кавитация исчезает, и насос снова начинает подавать воду. При кавитации, как правило, возникают различные повреждения (см. гл. 11), но при низком давлении, существующем в конденсатных насосах, повреждений не наблюдается. Кроме того, крыльчатку насоса можно сконструировать так, что будет происходить сверхкавитация, т. е. разрушение пузырьков после выхода их с крыльчатки.
Воздушный эжектор. С помощью воздушного эжектора отсасываются воздух и пары, которые выделяются из конденсирующе
93
гося в конденсаторе пара. Если не удалять воздух из системы, то в котле может возникнуть коррозия. Кроме того, наличие воздуха в конденсаторе осложняло бы процесс конденсации и приводило к созданию в нем противодавления, из-за которого потребовалось бы увеличить давление пара на выходе из турбины, что приводит к снижению термического к. п. д.
На рис. 5.7 показан сдвоенный двухступенчатый воздушный эжектор. На первой ступени этот пароструйный эжектор действует как насос, отсасывая воздух и газы из конденсатора. Затем паровоздушная смесь поступает в конденсирующую часть, где циркулирует питательная вода. Питательная вода подогревается, а большая часть паров конденсируется. Конденсат отсюда спускается в главный конденсатор, а пары и газы проходят во вторую ступень эжектора, где процесс повторяется. Оставшиеся после прохождения этой ступени воздух и газы через вакуумный обратный клапан выпускаются в атмосферу. Питательная вода в обеих сту-
Рис. 5.7. Воздушный эжектор:
1 — завальцоваиные концы труб: 2 — дистанционная трубка: 3 — с анкерный болт; -/—конденсатор первой ступени; 5 — корпус конденсатора; 6 — скользящая опора; 7 — паровое сопло первой ступени; 8 — соплодержатель;
9 — паровое сопло второй ступени; 10 — разделяющая перегородка; И — конденсатор второй ступени; 12 — трубки конденсатора; 13 — перегородка водяного ящика; I, 11 — вход и выход воздуха; ///, IV — вход н выход охлаждающей воды
94
Рис. 5.8. Охладитель дренажных конденсатов:
/ — крышка коробки; 2 распределительная коробка; 3 — воздушный край: 4 — предохранительный клапан; 5 — манометр; 6 — U-образные трубки; 7 — анкерные болты; 8 — опорная лапа; 9 — корпус; 10 — диафрагмы; 11—спускной клапан; 12 — разделительные перегородки; 1 — выход конденсата; 1 / — вход пара; ill, IV — выход и вход питательной воды
пенях циркулирует через U-образные трубки. В каждой ступени имеется по два эжектора, хотя для удовлетворительной работы установки достаточно работы одного из них.
Теплообменные аппараты. Конденсатор системы уплотнения, охладитель дренажных конденсатов и подогреватель питательной воды низкого давления — все это теплообменные аппараты трубчатого типа. В каждом из них тем или иным способом отбирается теплота от отработавшего пара и благодаря этому нагревается питательная вода, циркулирующая в трубках аппарата.
В конденсатор системы уплотнения турбин поступают пар, тазы и воздух, которые охлаждаются водой, и пар при этом конденсируется. Конденсат возвращается в систему через петлевой водяной затвор или конденсационный горшок, а оставшиеся воз-ДУ* и газы выпускаются в атмосферу. Питательная вода в теплообменнике протекает по U-образным трубкам.
Отработавший пар от различных вспомогательных механизмов и устройств поступает в охладитель дренажных конденсатов, в котором пар конденсируется, и конденсат возвращается в питатель-
95
Рис. 5.9. Деаэратор:
/ — вода; 2 — пар; 3— водяны струи; 4 — крышка горловины; 5 — патрубок воздушной трубы; 6 — входной водяной коллектор; 7 — форсунки; 8 — перегородка верхней водоохладительной камеры; 9 — перегородка нижней водоохладительиой камеры; 10— направляющий конус; 11 — конусы деаэратора; /2 — корпус; 13 — направляющая; 14 — крышка лаза; 15 — лапы; / — слив воды; // — подвод пара; III — подвод воды
ную систему. Циркуляционная питательная вода проходит в аппарате по прямым трубкам, закрепленным в трубных досках. Диафрагмы и перегородки служат для направления потока пара в аппарате и одновременно для крепления трубок (рис. 5.8).
В подогреватель питательной воды низкого давления обычно поступает пар из отбора турбины низкого давления. Подогрев питательной воды способствует процессу деаэрации. Благодаря отбору пара из турбины низкого давления не только улучшается термический к. п. д. установки, но и можно уменьшить высоту лопаток последних ступеней, так как уменьшается масса парового потока. В этих аппаратах могут применяться как прямые, так и U-образные трубки, а в водяной части трубки могут быть одно- и многопроходными.
Деаэратор. В деаэраторе завершается процесс удаления воздуха и паров из питательной воды, начавшийся в конденсаторе. В то же время деаэратор служит и подогревателем питательной воды, но в нем вода и подогревающий пар вступают в непосредственный контакт. Питательная вода подогревается до температуры, близкой к температуре кипения, при которой из нее выделяются все растворенные в ней газы, и эти газы тут же удаляются.
96
На рис. 5.9 показана одна из конструкций деаэратора. Питательная вода подается в деаэратор через несколько распылителей. Распыленная вода имеет очень большую поверхность соприкосновения с подогревающим паром. Большая часть воды падает сверху на поверхность верхнего конуса, где продолжается процесс подогревания ее паром. Затем вода попадает в центральный канал и выходит из него через небольшое отверстие, которое - выполняет роль эжектора, всасывающего пар вместе с водой. Питательная вода и конденсат рабочего пара скапливаются в накопителе, составляющем нижнюю часть деаэратора. Рабочий пар поступает в деаэратор, проходит через него, нагревая питательную воду, и, превратившись в конденсат, смешивается с питательной водой. Выделившиеся газы через патрубок воздушной трубы выходят в конденсатор паровоздушной смеси. Пар, попавший туда вместе с воздухом, конденсируется и возвращается в систему. В трубках конденсатора паровоздушной смеси циркулирует питательная вода, и оттуда она сразу поступает в деаэратор.
Температура питательной воды в деаэраторе очень близка к температуре пара при существующем в деаэраторе давлении, и поэтому возможно при каком-либо падении давления мгновенное превращение воды в пар. Это может привести к «загазованности», т. е. к образованию пара во всасывающей части питательного насоса. Чтобы избежать этого, деаэратор располагают в верхней части машинного отделения, обеспечивая тем самым определенный положительный напор на входе в питательный насос. Но иногда непосредственно на выходе из деаэратора устанавливается откачивающий или бустерный насос.
Питательный насос. Предназначен для создания давления питательной воды, при котором она поступает в котел. Для вспомогательных котлов, потребляющих небольшое количество питательной воды, в качестве питательного может применяться поршневой насос с паровым приводом. Насос такого типа описывается в гл. 6. Насосом другого типа, который часто применяется в агрегатной котельной установке, является электропитательный насос. Это многоступенчатый центробежный насос с приводом от электродвигателя постоянного тока.
В установках с водотрубными котлами высокого давления применяются питательные насосы с турбинным приводом. Показанный на рис. 5.10 двухступенчатый горизонтальный центробежный насос, приводимый в действие активной турбиной, помещается в общем с ней корпусе. Пар к турбине поступает непосредственно от котла и выходит в магистраль, из которой пар может быть направлен для подогрева воды. Подшипники насоса смазываются фильтрованной водой, которая отбирается после первой ступени насоса. На насосе установлены регулятор для поддержания заданного давления и предельный выключатель, срабатывающий при превышении частоты вращения.
4—1323	от
Рис. 5.10. Питательный насос с турбинным приводом:
1 — выходной паровой фланец; 2 — гнездо вестового клапана; 3 — расцепляющий механизм регулятора предельной частоты вращения; 4 — турбинный диск; 5 — стяжной болт вала турбины; 6 — сменная крышка; 7 — муфта Хирса; 8 — перегородка; 9 — сопловая коробка; 10 — патрубок к манометру давления в сопле; // — трубка Вентури; 12 — нагнетательный водяной патрубок; 13 — груз регулятора предельной частоты вращения; 14 — вал; 15 — уравновешивающий поршень; 16 — кольцевая секция; /7 — рабочие колеса насоса; 18 — патрубок к манометру давления воды на приемном водяном патрубке; 19 — канал к уравновешивающему поршню; 20 — приемный водяной патрубок; 21 — водозаборннк; 22— рычаг взведения регулятора предельной частоты вращения; 23 — рукоятка экстренного выключения
Подогреватель питательной воды высокого давления. Подогреватель трубчатого типа и служит для дополнительного подогрева питательной воды перед входом в котел. Поскольку давление воды после питательного насоса повышается, появляется возможность дополнительного подогрева воды без ее вскипания. Поступающая в подогреватель вода циркулирует по U-образным трубкам, омываемым подогревающим паром. Имеются диафрагмы, служащие для крепления трубок и для направления потока пара внутри аппарата. Для обеспечения' полной конденсации пара установлен конденса-98
ционный горшок. В качестве подогревающего используется пар из отбора турбины.
Обслуживание питательной системы. Во время непрерывного действия установки на рабочем режиме необходимо соблюдать равенство масс вводимой в котел питательной воды и выходящего из него пара, при этом уровень воды в котле должен поддерживаться в пределах нормы. Система регулирования, предназначенная для этих целей, описана в гл. 15.
В водяных полостях крышек конденсатора, где проходит забортная вода, установлены протекторы из низкоуглеродистой стали. Их нужно периодически заменять. В то же время производится осмотр трубок с целью обнаружения эрозии, которая может возникнуть, если скорость циркуляции будет очень высокой. Утечка в водяных трубках может привести к загрязнению питательной воды, поэтому при малейшем подозрении о наличии утечки необходимо конденсатор подвергнуть испытанию. В гл. 7 приводится объем и содержание работ при испытании конденсаторов.
Необходимо регулярно проверять исправность уплотнений конденсатных насосов во избежание попадания воздуха в систему. Для насосов всех типов небольшая протечка воды через уплотнительное устройство, способствующая смазке подшипника и сальника, является допустимой и нормальной.
У воздушного эжектора снижается эффективность работы, если на его сопле появляется налет или следы эрозии, поэтому сопла эжектора следует регулярно осматривать и при необходимости заменять. Также нужно периодически проверять герметичность корпуса эжектора и плотность закрытия вакуумного клапана.
Следует периодически проверять, нет ли утечек в теплообменных аппаратах и следить за чистотой теплообменных поверхностей.
Работа поршневых насосов описана в гл. 6. Пуск питательных насосов с турбинным приводом должен производиться при закрытом нагнетательном клапане, чтобы давление в нагнетательном трубопроводе резко поднялось и гидравлически уравновесилось с давлением в котле. Турбинные приводы насосов перед работой должны быть прогреты при открытых клапанах спуска и переводятся на работу после закрытия спускных клапанов. Необходимо регулярно проверять исправность действия регулятора предельной нагрузки. Также необходимо контролировать осевые зазоры в турбине, для чего применяются специальные щупы.
6.	НАСОСЫ И СИСТЕМЫ ТРУБОПРОВОДОВ
6.1.	ПРИНЦИП РАБОТЫ НАСОСОВ
«В машинных отделениях судна в любое время происходит перемещение различных жидкостей. Длина трубопроводов, в которых эти жидкости перемещаются, составляет много километров; между различными системами имеются перемычки, насосы для перекачки разных жидкостей часто дублируются. Судовой механик должен в совершенстве знать все системы, вплоть до расположения и назначения каждого клапана. Некоторые системы предназначены для охлаждения, ‘другие — для подогрева, третьи — для смазки или очистки каких-то элементов установки. В состав каждой системы входят насосы, трубопроводы, клапаны и арматура, которые будут последовательно рассмотрены.
Насос — это механизм, предназначенный для подъема жидкости с нижнего уровня на верхний или для сообщения жидкости некоторого количества энергии, в результате чего создается движение жидкости или повышается ее давление. В зависимости от типа насосов их принцип действия различный. Выбор типа насоса зависит от схемы системы, от жидкости, подлежащей перекачиванию, и назначения насоса.
На судах насосы с их системами трубопроводов включают в-себя всасывающий участок трубопровода, насос и нагнетательный участок трубопровода (рис. 6.1). Система служит для того, чтобы в какой-то точке создать положительное давление или напор для нагнетания жидкости. Энергия, вырабатываемая насосом, тратится на создание этого напора и на потери при движении жидкости. Потери в основном определяются трением в трубопроводах и разницей в исходном и конечном уровнях жидкости. Общие потери мб'гут быть выражены следующим образом:
//общ = //гр. вс + //гр.наги + //нагн.цист //вс.цист,
где //тр.вс — потери на трение во всасывающем трубопроводе;
/Лр.нагн — потери на трение в нагнетательном трубопроводе;
//нагн.цист— высота расположения над насосом цистерны, в которую жидкость нагнетается;
//вс.цист — высота расположения над насосом цистерны, из которой жидкость всасывается (это значение отрицательное, если цистерна расположена ниже насоса).
Все значения выражаются в метрах столба перекачиваемой жидкости.
100
потерь в системе; 3 — расчетное значение; 4 — к.п.д. насоса; 5 — требуемый ППНВ; 6— ППНВ
системы
На рис. 6.2 представлено несколько характеристик системы и насоса. Одна из них — зависимость общих потерь от расхода жидкости. Если эта зависимость определена для какой-то данной системы, то можно подобрать оборудование с характеристикой, близкой к характеристике системы. Для обеспечения более экономичной работы насоса он должен работать в пределах, где обеспечивается наибольший к.п.д. насоса. Кривая к.п.д. насоса показана на рис. 6.2.
В тех случаях, когда необходимо откачивать жидкость из мест, расположенных ниже насоса, существенно важным становится ряд условий для всасывающей части системы. Существует понятие о полном положительном напоре на всасывании (ППНВ) ', определяемом жак для насоса, так и для системы. Полный положительный напор на всасывании (ППНВ) определяется как разница между абсолютным давлением на входе в насос /Лбе и давлением паров жидкости, которое изменяется с температурой. Поэтому ППНВ должен определяться при данной температуре жидкости. ППНВ системы находится по формуле
ППНВснст = Н атм + //цист //тр.вс //давл.паров)
где Натм — атмосферное давление;
//end— высота цистерны, из которой всасывается жидкость, над насосом (это значение отрицательное, если цистерна расположена выше насоса) ;
//тр.вс — потери на трение во всасывающей части системы;
//давл.паров—давление паров жидкости.
1 Значение ППНВ сдЬтветствует кавитационному запасу энергии жидкости пРи входе в насос. (Примеч. пер.)
101
Все значения обычно выражаются в метрах столба морской воды. В документации завода-изготовителя, прилагаемой к насосу, дается требуемый ППНВ, который также выражен в метрах столба морской воды. При подборе насоса для какой-либо системы по значению ППНВ необходимо, чтобы требуемый ППНВ насоса был выше ППНВ системы. Недостаточное значение требуемого ППНВ может привести к кавитации, т. е. к образованию и лопанию пузырьков пара в жидкости, что влияет на подачу насоса и может вызвать его повреждение.
6.2.	ТИПЫ НАСОСОВ
Судовые насосы обычно бывают трех типов: объемные, осевые и центробежные Для удовлетворения различных требований, предъявляемых к насосам, создано много конструкций объемных и центробежных насосов.
Объемные* насосы. Подача объемных насосов достигается путем увеличения или уменьшения объема того пространства, в котором помещается жидкость; благодаря этому происходит перемешивание жидкости (или газа). В объемных насосах применяют: поршень, движущийся возвратно-поступательно в цилиндре; вращающиеся в корпусе элементы с лопатками; вращающиеся зубчатые колеса или винты.
На рис. 6.3 показан принцип действия поршневого насоса. Это насос двойного действия, так как с каждой стороны цилиндра жидкость может поочередно всасываться или нагнетаться. При ходе поршня вверх под ним создается разрежение, и жидкость всасывается. Клапаны устроены так, что в это время нагнетательный клапан в нижней крышке закрыт. Из пространства над поршнем жидкость нагнетается через нагнетательный клапан, в то время.как всасывающий клапан закрыт. При ходе поршня вниз все происходит в обратном порядке.
Для смягчения возникающих при этом колебаний давления в нагнетательном трубопроводе на нем обычно устанавливают воздушный колпак. Таким образом, энергия максимального давления аккумулируется сжатым воздухом и возвращается в систему, когда давление падает. Воздушные колпаки на поршневых насосах не устанавливают лишь тогда, когда эти насосы применяются в качестве питательных, так как в питательную деаэрированную воду может попасть воздух из колпака.
На перемычке между нагнетательной и всасывающей полостями насоса устанавливается предохранительный клапан на тот случай, если при работе насоса клапаны в нагнетательной части системы окажутся закрытыми.
1 В СССР по действующим стандартам насосы делятся на две группы: объемные и динамические. (Примеч. пер.).
102
рис. 6.3. Схематическое устройство поршневого насоса:
/ — открытый всасывающий клапан; 2 — закрытый всасывающий клапан; 3 — открытый нагнетательный клапан; 4 — воздушный колпак; 5 — закрытый нагнетательный клапан; / — всасывание жидкости; // — поршень движется вверх; /// — нагнетание жидкости
103
Поршневые насосы — самовсасывающие, обеспечивают большую высоту всасывания и высокое давление нагнетания в соответствии с требованиями к системе. Эти насосы могут перекачивать жидкость с большим содержанием газов или паров, но имеют сложную конструкцию с большим числом движущихся деталей, которые требуют наблюдения и ухода. При пуске насоса всасывающий и нагнетательный клапаны должны быть открыты. Очень важно, чтобы на нагнетательном участке системы клапаны не оказались закрытыми, иначе при пуске насоса сработает предохранительный клапан или могут возникнуть повреждения в насосе. Хотя насос и является самовсасывающим, но для уменьшения износа и исключения задира поршня в насос перед пуском следует заливать жидкость. Если насос имеет электрический привод, то для пуска насоса нужно нажать кнопку «Пуск». После краткого периода неустойчивой работы насос начнет всасывать жидкость. Если привод насоса паровой, то вначале потребуются обычные осушение и прогревание цилиндра, прежде чем подавать в цилиндры привода постепенно увеличивающиеся порции пара.
В процессе технического обслуживания и ремонта движущиеся части насоса необходимо осматривать. Следует тщательно проверять поршни, поршневые кольца и цилиндровые втулки. На поверхности втулки в тех местах, где поршневые кольца останавливаются при своем движении, могут возникать кольцевые выступы, которые нужно удалять. Всасывающие и нагнетательные клапаны в зависимости от их состояния необходимо притирать или перешлифовывать.
На рис. 6.4 показаны роторные насосы двух типов. Действие насосов обоих типов заключается в том, что некоторое количество жидкости (или воздуха) перемещается в замкнутом пространстве, которое уменьшается по объему по мере приближения к стороне нагнетания. Следует заметить, что жидкость не проходит между зубцами колес или винтов, а проходит в полостях между ними и корпусом.
Пуск роторных насосов производится так же, как и поршневых. Здесь также предусмотрена перемычка между нагнетательной и всасывающей полостями с предохранительным клапаном. Во время технического обслуживания и ремонта насосов этого типа особое внимание должно уделяться состоянию уплотнительного устройства в месте выхода вала. Износ лопастных насосов зависит от вида переключаемой жидкости и от наличия в ней абразивных и коррозионных примесей. Винтовые насосы должны осматриваться через установленные промежутки времени, и если их разбирают, то особенно внимательно нужно производить сборку винтов.
В рулевых устройствах применяются роторные насосы особых видов, которые будут описаны в гл. 12.
Осевые насосы. В осевых насосах под действием винтового пропеллера жидкости придается ускорение в осевом направлении. Вы-
104
Рис. 6.5. Осевой насос:
/ — упорный подшипник; 2 — корпус подшипника; 3 — уплотнительное устройство; 4 — вал насоса; 5 — корпус насоса; 6 — пропеллер; 7 — диффузор; / — нагнетание
ходные каналы и направляющие лопатки устроены так, что кине-тическая энергия потока преобразуется в потенциальную и при этом повышается давление жидкости.
На рис. 6.5 показан реверсивный осевой насос. Корпус насоса имеет горизонтальный или вертикальный разъем, чтобы был доступ к пропеллеру. В месте выхода вала из корпуса установлен механический сальник, препятствующий утечке жидкости. На приводном валу установлен упорный подшипник с самоустанавливаю-щимися подушками. В качестве привода может применяться электрический двигатель или паровая турбина.
Осевые насосы применяют в тех случаях, когда требуется перекачивать большие массы воды при низком давлении, например для прокачки воды в конденсаторах. К.п.д. этих насосов такой же, как и у центробежных насосов, имеющих небольшую высоту подъема, а так как пропеллер может работать с высокой частотой вращения, то в качестве привода можно применять меньшие по габаритным размерам электрические двигатели. Осевые насосы могут успешно применяться и в тех циркуляционных системах конденсатора, которые оборудованы водозаборными козырьками, так как при работе на полном ходу через водозаборные козырьки вода свободно проходит в насос и вращает вхолостую его пропеллер, который почти не создает никакого сопротивления воде. Насос будет работать 'ишь на малом ходу судна или при его стоянке.
Центробежные насосы. В центробежном насосе жидкость поступает в центральное или входное отверстие и от центра протекает вдоль лопаток крыльчатки в радиальном направлении, при этом скорость жидкости возрастает благодаря вращению лопаток. В насосе имеется диффузор в виде лопаточного направляющего аппа-
105
Рис. 6.6. Принцип действия центробежного насоса:
а —с улиткой; б —с лопаточным направляющим аппаратом; / — крыльчатка; 2 — корпус: 3 — вал; 4 — корпус улитки; 5 — нагнетательный патрубок; 6 — лопаточный направляющий аппарат; 7 —лопатка; / — всасывание; // — нагнетание; /// — увеличение скорости; /У — направление вращения крыльчатки; V — преобразование кинетической энергии в потенциальную
Рис. 6.7. Центробежный насос с односторонним входом: /—сменное кольцо в корпусе; 2— подшипниковая втулка; 3— промежуточный вал; 4 — полу-муфта со стороны двигателя; 5 — кронштейн для электродвигателя; 6 — верхняя крышка насоса; 7—уплотнение с мягкой набивкой; 8 — корпус насоса с рамой; 9 — крыльчатка; 10 — сменное кольцо крыльчатки; /— нагнетание; // — всасывание
106
рата или в виде улитки. В диффузоре большая часть кинетической энергии жидкости превращается в потенциальную энергию, и при этом повышается давление жидкости. Устройство насоса показано на рис. 6.6.
На рис. 6.7 показан вертикальный одноступенчатый с односторонним входом центробежный насос общего назначения судового типа. В корпусе насоса, выполненном совместно с рамой и кронштейном для электродвигателя, помещается насосный элемент, который состоит из верхней крышки, вала насоса, крыльчатки, подшипниковой втулки и уплотнительного устройства в месте выхода вала. Уплотнительное устройство может быть набивным или представляет собой механический сальник. Смазка подшипника тоже может быть различной в зависимости от конструкции уплотнения. На крыльчатке и корпусе установлены сменные кольца, которые периодически заменяют при износе. В кронштейне для электродвигателя имеются два больших отверстия для доступа к насосному элементу, а для возможности выемки насосного элемента не снимая электродвигатель между'валом насоса и валом электродвигателя расположен промежуточный вал.
Если к насосу предъявляются другие требования, чем к описанному выше, или если насос имеет специальное назначение, то конструкция насоса может быть другой. На рис. 6.8 показан вертикальный центробежный насос с двусторонним входом. Жидкость поступает ,к двусторонней крыльчатке сверху и снизу и проходит в нагнетательную полость через улитку. У этого насоса требуемый полный положительный напор на всасывании (ППНВ) довольно низкий, и насос применяется там, где существуют плохие условия всасывания. Следует отметить, что в одном и том же насосном элементе можно устанавливать крыльчатки различных размеров, изменяя таким образом напорные характеристики у одного и того же насоса.
На рис. 6.9 показан вертикальный центробежный многоступенчатый насос, используемый для откачки жидких грузов с большой глубины. Этот насос можно рассматривать состоящим из ряда центробежных насосов, каждый из которых подает жидкость в расположенный сверху насос, в результате чего увеличивается напор на нагнетании. Привод насоса располагается вне цистерны и может быть электрическим, гидравлическим или каким-либо другим. Направляющий лопаточный аппарат в диффузоре устанавливается в насосах с высоким давлением нагнетания и представляет собой кольцо вокруг крыльчатки, в котором при помощи лопаток образуются каналы. Каналы по ходу жидкости расширяются, благодаря чему способствуют преобразованию кинетической энергии движущейся жидкости в потенциальную энергию давления.
Обычно в насосах осуществляется гидравлическое уравновешивание. Часть жидкости с высоким давлением подводится к поршню
107
Рис. 6.8. Центробежный насос с двусторонним входом: I — патрубок к манометру иа всасывание; 2 — опора электродвигателя; 3 — уплотнение с мягкой набивкой; 4 — полумуфта вала насоса; 5 — промежуточный вал; 6 — полумуфта вала двигателя; 7 — патрубок к манометру на нагнетании; 8 — верхняя крышка насоса; 9 — корпус насоса; 10 — подшипниковая втулка; 11 — крыльчатка; 12 — вал насоса; 13 — сменное кольцо крыльчатки; 14 — сменное кольцо корпуса насоса
Рис. 6.9. Многоступенчатый центробежный насос (показаны только две ступени):
1 — сменное кольцо: 2 — крыльчатка: 3— вал; / — всасывание; II— нагнетание
или барабану, который создает усилие, уравновешивающее осевое усилие жидкости на крыльчатку.
Центробежные насосы могут применяться в большинстве судовых систем, но эти насосы несамовсасывающие и для удаления воздуха из всасывающей части системы и заполнения насосов жидкостью перед пуском требуются специальные устройства. В тех случаях, когда откачиваемая жидкость находится выше насоса, достаточно открыть воздушный кран на всасывающем трубопроводе, и жидкость самотеком заполнит насос, вытесняя воздух из него. Если насос расположен ниже ватерлинии и заполнение насоса забортной водой допустимо, то открывают забортный клапан и воздушный кран на насосе. В других случаях для удаления воздуха могут применяться воздушные насосы как индивидуально для каждого насоса, так и централизованно, когда один воздушный насос обслуживает несколько гидравлических насосов.
В качестве индивидуального средства удаления воздуха из приемной полости насоса может применяться водокольцевой или жид-108
костно-кольцевой заливочный насос, устанавливаемый на основном насосе и приводимый от него в действие. Водокольцевой насос может также быть автономным или обслуживать несколько насосов. Насос состоит из корпуса овальной формы, в котором вращается ротор с лопатками. При вращении ротора с лопатками вода устремляется в круговое вращение вдоль стенок эллиптического корпуса. Но так как водяное кольцо имеет снаружи эллиптическую форму, вода при своем вращении будет расширяться и сжиматься, и при этом возникает насосное действие. Приемные воздушные окна водокольцевого насоса соединены с приемной полостью основного насоса, и последняя благодаря удалению из нее воздуха будет заполняться водой или другой жидкостью. Воздух, удаляемый водокольцевым насосом, выпускается в атмосферу. Для пополнения воды в водяное кольцо служит специальный резервуар.
Перед пуском центробежного насоса открывают всасывающий клапан, а нагнетательный клапан остается закрытым. По мере удаления воздуха из всасывающего трубопровода нагнетательный клапан постепенно открывают, и подача насоса в дальнейшем регулируется увеличением или уменьшением открытия нагнетательного клапана. Для выключения насоса нагнетательный клапан закрывают, после чего останавливают двигатель.
Уход за насосом заключается в наблюдении за смазкой втулки подшипника, а также за тем, чтобы не было утечки через сальник. При неудовлетворительной работе насоса или при ухудшении подачи следует произвести частичный или полный ремонт. Причинами отсутствия подачи у насоса могут быть закрытие клапанов в нагнетательной системе, забитые фильтры во всасывающей части или какие-либо другие неисправности в системе заливки насоса. Резкое снижение подачи насоса может быть вызвано протечками воздуха во всасывающую часть, заеданием крыльчатки или сильной затяжкой сальника.
При разборке насоса, прежде чем снимать его насосную часть, необходимо отсоединить все трубы заливки и охлаждения подшипника. В современных насосах между валом двигателя и валом насоса устанавливают промежуточный вал, при снятии которого можно извлечь насосный элемент, не снимая двигателя. Крыльчатка и вал легкоразъединяются и могут быть подвергнуты осмотру. Втулка подшипника, а также сменные кольца корпуса и крыльчатки Должны быть проверены на износ.
Эжекторы. Эжектор — это вид насоса, у которого нет движущихся частей. Устройство эжектора было показано на рис. 5.7. Жидкость или водяной пар под высоким давлением выходят из сопла в виде струи, обладающей высокой скоростью, и увлекают за собой газ или жидкость. Смесь первичного и вторичного веществ поступает в трубку, которая сначала сужается, а затем расширяется и в которой часть кинетической энергии преобразуется в потен
109
циальную энергию давления. Эжекторы могут быть одно- и многоступенчатыми и иметь особое назначение, например выполнять роль воздушных насосов в закрытой питательной системе (см. гл. 5).
6.3.	ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ ТРУБОПРОВОДОВ
В машинных отделениях судна проложены сотни метров трубопроводов, оснащенных различной арматурой. Имеется .много систем трубопроводов для перекачивания жидкостей при разных давлениях и температуре. К трубопроводам предъявляются эксплуатационные требования, требования техники безопасности и регистра. Поэтому системы трубопроводов становятся довольно сложными, но любая система включает некоторые основные элементы, такие как клапаны, фильтры, патрубки и т. д.
Трубы. Трубопровод включает в себя прямые и изогнутые участки труб, соединяемые между собой при помощи фланцев с прокладками, а трубы малого диаметра соединяются при помощи конических фланйгевых муфт. Материал для труб выбирается с учетом свойств перекачиваемой жидкости и рабочих условий. В табл. 6.1 приведен ряд примеров.
Если трубы подвергаются гальванизации, то трубопровод со всеми отростками после сварки должен быть погружен в горячую гальваническую ванну. На судне трубы крепятся при помощи подвесок или скоб, предназначенных для уменьшения вибрации. Трубы паропровода и тех трубопроводов, которые работают при высоких температурах, подвешивают на пружинных подвесках, не препятствующих их перемещению при расширении. В других случаях для компенсации расширения используются петлевые или сильфонные компенсаторы.
Клапаны. Клапаны служат в системе для регулирования или перекрытия потока жидкости. В зависимости от назначения существуют клапаны различных типов, каждый из которых имеет различные преимущества и недостатки.
Таблица 6.1
Система	Материал
Отработанного пара Циркуляционной забортной воды Пожарная и скатки палубы водой Трюмно-балластная Управления воздушная Пускового воздуха	Углеродистая сталь Алюминиевая латунь Углеродистая сталь с гальваническим покрытием Углеродистая сталь с гальваническим покрытием Медь Углеродистая сталь
110
Рис. 6.10. Кран:
у — корпус крана; 2 — пробка; 3 — рукоятка
Рис. 6.11. Вентиль:
/ — маховик; 2 ~ сальник; 3 — крышка; 4 — стопорное кольцо; 5 — седло клапана; 6 — диск клапана; 7 — корпус
Рнс. 6.12. Невозвратный клапан:
/ — крышка; 2 — диск клапана; <3 — седло клапана; 4—корпус
Краны. Краны устанавливают на трубах малого диаметра и присоединяют к ним при помощи конических муфт. Кран предназначен для ограничения или перекрытия прохода жидкости. Устройство крана показано на рис. 6.10.
Вентили. Корпус вентиля — обычно сферической формы, и в нем помещаются седло клапана и клапан тарельчатой формы (рис. 6.11). С обеих сторон корпуса имеются фланцы для соединения его с трубами. Жидкость по внутренним каналам проходит к отверстию в седле клапана. Жидкость к клапану всегда подводится снизу, чтобы при закрытии клапана надклапанная полость не находилась под давлением. На рис. 6.11 видно, что шток клапана поднимается и опускается по ходовой резьбе. В месте выхода штока из крышки установлена сальниковая коробка с'набивкой. При вращении маховика шпиндель поднимает или опускает диск клапана. Клапанный диск тщательно притерт к седлу, которое может быть плоским или коническим. Рабочие поверхности клапана и седла часто покрывают стеллитом, обладающим высокой твердостью.
111
Вентиль может иметь угловую форму, когда входной и выходной фланцы повернуты на 90° по отношению один к другому.
Для того чтобы воспрепятствовать обратному потоку жидкости, в ряде систем применяются невозвратные клапаны. Если шток клапана не соединяется с диском, то такой клапан называют невозвратно-запорным. Диск такого клапана имеет направляющие благодаря которым, если клапан закрывается под действием штока, садится на гнездо правильно. Иногда невозвратный клапан выполняется без штока. В этом случае клапан управляется потоком жидкости и не может быть закрыт вручную (рис. 6.12). В этих конструкциях могут быть применены клапан со свободным ходом или захЛопка, вращающаяся на боковом шарнире.
Клинкетные задвижки. Эти задвижки должны находиться или в полностью открытом или полностью закрытом положении. Они не предназначены для регулирования потока. В открытом положении диаметр отверстия задвижки в свету полностью соответствует внутреннему диаметру трубы (рис. 6.13). На нижней части шпин-
Рис. 6.13. Клннкетная задвижка:
/ — корпус; 2 — задвижка; 3 — направляющая; .4 — седло клапана; .5 —гайка шпинделя; 6 — крышка; 7 — шпиндель; 8 — маховик; 9 — сальник
Рис. 6.14. Предохранительный клапан:
/— колпак; 2— установочный виит; 3— пружина; 4—крышка; 5 — диск клапана; 6 — седло» клапана; 7 — корпус
112
Рис. 6.15. Распределительная коробка:
/ — водяной трубопровод; 2 — заглушка; 3— маховик, 4 — направляющая планка; 5 — колпак; 6 — корпус коробки; 7— топливный трубопровод; 8 — трубопровод в цистерну
Рис. 6.16. Грязевая .коробка: крышка; 2—фильтрующая пластина;
3 — корпус
Рис. 6.17. Конденсационный горшок:
/ — седло клапана; 2 —- крышка; 3 — поплавок с рычагом; 4— клапан вентиляции; 5 — корпус
из
деля имеется резьба, поэтому при вращении шпинделя задвижка поднимается или опускается. Задвижка может иметь параллельные стороны или форму клина. Соответствующую форму имеют и направляющие. В задвижках больших размеров предусмотрены сменные накладки на клапане и направляющих частях.
Предохранительные клапаны. Избыточное давление в трубопроводе снимается при помощи предохранительных клапанов. Диск в этом клапане удерживается в закрытом положении благодаря тому, что на шток клапана действует пружина (рис. 6.14). Пружина регулируется так, что клапан открывается при определенном давлении. В гл. 4 описан предохранительный клапан котла.
Быстрозапорные клапаны. Приемные клапаны в топливных цистернах устроены так, что они могут быстро закрываться с дистанционных постов управления. В этой конструкции благодаря системе звеньев привода клапан под воздействием пружины и собственной массы резко садится на гнездо. Чтобы вызвать указанное действие, используются ручной тросиковый или гидравлический привод.
Клапанные коробки. В клапанной коробке несколько клапанов объединяются в одном общем корпусе. Возможны различные комбинации нагнетательных и всасывающих клапанов. Примером является коробка, показанная на рис. 6.15. Меняя местами две детали, заглушку и колпак, можно всасывающую трубу цистерны подключать либо к балластной, либо к топливоперекачивающей системе. Подключить всасывающую трубу одновременно к двум системам невозможно. Такая коробка применяется на судах, где топлив-.ные цистерны используются в качестве балластных.
Другая арматура. В системе осушения трюмов на всасывающих трубах устанавливают грязевые коробки. Такая коробка представляет собой простейший фильтр, от которого прямо вниз, в трюм, идет отросток трубы (рис. 6.16). По мере необходимости фильтрующая пластина очищается. Коробка оборудована легкосъемной крышкой.
На концах всасывающих труб в цистернах должны быть оборудованы раструбы. Площадь раструба должна быть в полтора раза больше внутреннего сечения трубы. Расстояние от раструба до днищевых листов цистерны или других элементов конструкции должно быть в полтора раза больше диаметра трубы для лучших условий всасывания.
На дренажных трубах ставят конденсационные горшки, которые работают в автоматическом режиме и пропускают лишь конденсат, не пропуская пар. Существует много конструкций, в которых для регулирования выпуска конденсата- из. горшка применяется поплавок (рис. 6.17). В конденсационных горшках других типов для этого используются термостаты.
Для предотвращения лоломки трубопроводов при их тепловом расширении применяются компенсаторы различных типов. Одним из них является компенсатор сильфонного типа, благодаря кото
114
рому трубы могут свободно перемешаться в различных направлениях и поглощать вибрацию (рис. 6.18). Сильфонные компенсаторы для каждого отдельного случая должны выбираться с учетом диапазона рабочих температур, а также размера и характера теплового расширения и сжатия.
Трубопроводы оборудуются клапанами спуска (пробками). Обычно это небольшие краны. Для некоторых систем, таких как паровая, спуск осуществляется регулярно. Ведь если пар поступает в трубу, где имеется небольшое количество воды, он частично конденсируется и его давление
падает. Вода может увлекаться
паром, и на ее пути может встретиться изгиб или закрытый клапан. Удар воды по элементам трубопровода известен как гидравлический удар, который может привести к повреждениям в трубопро-
воде и арматуре.
6.4.	ОСУШИТЕЛЬНАЯ И БАЛЛАСТНАЯ СИСТЕМЫ. СИСТЕМЫ ПРЕСНОЙ И ЗАБОРТНОЙ ВОДЫ
Осушительная и балластная системы. Эти системы хотя и имеют каждая свое назначение, но выполняются совместно и во многих местах связаны между собой. Осушительная система предназначена для осушения всех отсеков судна, за исключением топливных, балластных и водяных цистерн, и для выбрасывания откачиваемой воды за борт. Число трюмных насосов и их подача зависят от типа, размеров и назначения судна. На всех приемных трубах системы должны быть оборудованы фильтры, а в машинных отделениях — грязевые коробки, которые располагаются на уровне настила и легкодоступны. Приемная труба от грязевых коробок в трюм должна быть вертикальной и прямой.
Для откачивания воды из отсеков при их затоплении применяются водоотливные насосы или эжекторы. Эти насосы имеют большую подачу и всасывают воду непосредственно из трюма. Водоотливные насосы обязательно устанавливают на пассажирских судах, но могут устанавливаться как дополнительные к трюмным и на грузовых судах. Водоотливная установка должна быть абсолютно автономной и иметь возможность работать в затопленном отсеке в погруженном состоянии. Обычно используется центробеж -
115
ный насос с самовсасывающим устройством, приводимый от электродвигателя, который помещается под воздушным колпаком. Питание к электродвигателю подводится от аварийного генератора.
Типовая схема трюмно-балластной системы показана на рис. 6.19. Насосы и трубопроводы в этой схеме взаимно связаны между собой так, чтобы насосы одной системы могли быть использованы как резервные насосы для другой системы и наоборот.
Балластная система. Эта система предназначена для того, чтобы обеспечить подачу воды из-за борта в любую балластную цистерну или из любой балластной цистерны за борт с целью уравновешивания крена и дифферента судна и обеспечения остойчивости. Одни и те же трубы могут служить как всасывающими, так и нагнетательными, но всасывающие и нагнетательные трубы могут выполняться отдельно. Судовые отсеки могут использоваться для перевозки груза и размещения цистерн для балласта. Но в обоих
Рис. 6.19. Трюмио-балластная система:
1 — кормовой трюмный колодец правого борта; 2 — трубопровод из ахтерпика; 3 — трубо-провод из колодца коридора вала; 4— трюмный насос; 5—кормовой трюмный колодец левого борта; 6 — трубопровод для отлива за борт; 7 — сепаратор замасленных трюмных вод; й — трубопровод подвода масла в сливную масляную цистерну; 9 — трюмно-пожарный насос* 10— трубопровод приема забортной воды; 11— пожарная магистраль и магистраль смывания палубы; 12 — патрубок приема забортной воды прн низкой посадке судна; 13 — патрубок приема забортной воды при высокой посадке судна; 14-—балластный насос; 15 — прн-емно-иагиетательные . трубы форпика и цистерн в междудоином пространстве; 16 — носовой трюмный колодец левого борта; 17— трубопроводы от колодцев трюмов левого борта; 18 аварийная приемная труба; 19 — главный циркуляционный насос забортной воды; ^ — трубопроводы от колодцев трюмов правого борта; 21 — носовой трюмный колодец правого борта; 22 — приемно-нагнетательные трубы цистерн в междудоином пространстве; 23—насос общего назначения
116
Рис. 6.20. Системы пресной и забортной воды:
I — фильтр пресной воды; 2 — насос пресной воды; ^ — пусковое устройство; 4 — реле давления; 5 — воздушный фильтр; 6 — запорный клапан; 7 — указатель уровня воды в баке; 8— напорный бак; 9 — манометр; 10—калорифер; 11— насос забортной воды
случаях эти отсеки должны быть соединены с трюмной или с балластной системами. Трюмная и балластная системы, следовательно, должны быть устроены так, чтобы лишь нужный трубопровод находился в действии. Если цистерна предназначена для топлива и для балласта, то необходимо иметь коробку, при помощи которой эту цистерну можно подключать либо к топливной, либо к балластной системе.
Системы пресной и забортной воды (рис. 6.20). Пресная вода на судне используется как питьевая, а также для мытья, а забортная вода — для хозяйственных нужд. Обе системы одинаковы по устройству и имеют автоматически включающийся насос, направ-
Рис. 6.21. Система обработка пресной воды:
1 ~ трубопровод от цистерн пресной воды; 2 — насос пресной воды; 3 — калиброванное отверстие; 4 — пневмоцистерна или напорный бак; ° трубопроводы к потребителям пресной волы; $ — трубопровод спуска пресной воды; 7 — лехлоратор (активированный уголь); 8 — хло-^ирУющая установка; 9 — трубопровод слива
117
ляющий воду в бак, в который подается сжатый воздух. Сжатый воздух обеспечивает напор, необходимый для подачи воды в любую точку системы. Насос включается автоматически по сигналу реле давления, которое сработает тогда, корда уровень воды в баке снизится до установленного. В системе пресной воды, кроме того, имеется калорифер или подогреватель, в который для подогрева обычно подается пар.
Вода, используемая для питья и приготовления пищи, должна соответствовать стандартам чйстоты, принятым соответствующими организациями. Вода, полученная от Дистилляторов или испарителей, в большинстве случаев этим стандартам не соответствует и должна подвергаться обработке, с тем чтобы она стала биологически чистой и обладала нулевой или небольшой щелочностью.
*На рис. 6.21 показана схема системы обработки пресной воды на судне для перевозки генеральных грузов. Вода стерилизуется избыточным хлорированием при помощи таблеток гипохлорита. Затем вода дехлорируется в среде активированного угля с тем, чтобы удалить из нее избыток хлора. Неприятные запахи, вкус и цвет ликвидируются путем пропускания воды через активированный уголь. Избыток хлора, в начале процесса способствует полному обеззараживанию воды.
7.	ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ 1
7.1.	ВОЗДУШНЫЕ КОМПРЕССОРЫ
Сжатый воздух широко применяется на судах, например, для пуска дизелей или для очистки механизмов при уходе за ними. Воздух под давлением 2,5 МПа и выше обычно получают в многоступенчатом компрессоре. Воздух в компрессоре сжимается сначала в первой ступени, охлаждается и затем сжимается до более высокого давления во второй ступени, затем снова охлаждается и сжимается в следующей ступени. Наиболее часто применяется двухступенчатый компрессор; один из таких компрессоров показан на рис. 7.1.
При ходе всасывания воздух заполняет цилиндр первой ступени через глушитель, фильтр и всасывающий клапан первой ступени. Всасывающий клапан закрывается, когда поршень будет в н. м.т., после чего начинается сжатие воздуха. Когда давление воздуха достигает значения, заданного для первой ступени, начинается нагнетание воздуха через нагнетательный клапан в холодильник первой ступени. Таким же образом происходит всасывание и сжатие в цилиндре второй ступени, в котором благодаря его меньшему объему достигается более высокое давление. После выхода через нагнетательный клапан второй ступени воздух снова охлаждается и подается в баллон сжатого воздуха.
Компрессор имеет жесткий картер, в котором устанавливают три рамовых подшипника коленчатого вала. Блок цилиндров имеет сменные цилиндровые втулки. К движущимся частям компрессора относятся поршни, шатуны и цельный двухколенный коленчатый вал. Сверху на блок цилиндров устанавливается головка цилиндра первой ступени, а на нее — головка цилиндра второй ступени. В обеих головках помещаются всасывающие и нагнетательные клапаны. Приводимый от коленчатого вала цепным приводом масляный зубчатый насос обеспечивает подачу смазки к рамовым подшипникам, а через сверления в .коленчатом валу — к обоим шатунным подшипникам. Вода для охлаждения компрессора подается от собственного насоса или от системы охлаждения в машинном отде
1 Механизмы, которые не составляют главную установку, обычно относят к вспомогательным механизмам, хотя без некоторых из них главная установка не могла бы работать. В данной главе будут рассмотрены воздушные компрессоры, теплообменные аппараты, водо- и маслосепараторы, установки по обработке сточных вод и для сжигания отходов.
119
лении. Вода поступает в блок цилиндров, в котором помещаются холодильники обеих ступеней, в головку первой ступени, а затем в головку второй ступени. Предохранительный клапан на блоке цилиндров (>рис. 7.2) служит для предотвращения повышения давления в случае, если разорвется трубка холодильника и сжатый воздух начнет поступать в полость охлаждения. Воздушные предохранительные клапаны устанавливают на выходе воздуха из первой и
Рис. 7.1. Двухступенчатый воздушный компрессор:
/ — масляный насос; 2 — ручной клапан продувания; 3 — поршень второй ступени; 4— всасывающий клапан второй ступени; 5—нагнетательный клапан второй ступени; 6 — всасывающий клапан первой ступени; 7 — нагнетательный клапан первой ступени; 8 — поршень первой ступени; 9 — трубки охладителя первой ступени
120
второй ступеней. Клапаны рас-считываются на 10%-ное избы-точное давление. На выходе из холодильника второй ступени ус-	|г \	4
танавливается плавкая предохра-	J
нительная пробка для контроля \ за температурой подаваемого 1	2
компрессором воздуха, благодаря
чему осуществляется защита воз- Рис. 7.2. Предохранительный клапан душного баллона и трубопрово- рубашки охлаждения цилиндров: ДОВ ОТ чрезмерно нагретого ВОЗ-	^ХиыТ^ск;!-“Ериое "X
духа.
На холодильниках устанавливают краны продувки. При их открытии (компрессор разгружается и воздуха не подает. При пуске компрессор должен работать без нагрузки. В этом случае пусковой момент будет небольшим, а воздушные .каналы будут очищаться от накопившейся влаги, которая может оказывать отрицательное воздействие на смазку, вызывать образование водомасляной эмульсии внутри воздушных трубок, что в свою очередь может привести к воспламенению и взрыву в трубках.
Порле пуска приводного электродвигателя частота вращения вала ,-йомпрессора постепенно увеличивается. В это время необходимо следить за тем, чтобы давление смазочного масла поднялось до заданного значения. Прекращается продувка холодильника первой, а затем второй ступени, .и .компрессор начинает работать. Проверяют краны к манометрам ступеней, чтобы показания манометров были правильными. Если продувка холодильников осуществляется вручную, то краны продувки необходимо периодически приоткрывать для удаления влаги из холодильника. Во время работы компрессора периодически контролируется подача охлаждающей воды и температура воздуха, воды и масла.
При остановке компрессора вначале открывают краны продувки первой и второй ступеней, а затем дают компрессору поработать на холостом ходу в течение 2—3 мин. За это время холодильники очищаются от (конденсата. После этого двигатель компрессора останавливают, а краны продувки оставляют открытыми. Если компрессор останавливают на длительное время, разобщительные клапаны охлаждения компрессора следует закрыть.
В последнее время на судах компрессоры работают обычно в автоматическом режиме. В этом случае требуется лишь немного Дополнительного оборудования. Необходимо наличие разгрузочного устройства, которое гарантировало бы пуск компрессора без на-гРУзки, и включение его под нагрузку лишь после того, как будет Достигнута необходимая частота вращения. Можно использовать различные устройства для разгрузки компрессора, но наибольшее применение на судах получили депрессоры, при помощи которых всасывающие клапаны удерживаются принудительно на своих гнез-
121
дах, а также перепуск воздуха из нагнетатедьной полости во всасывающую. Краны продувки холодильников также должны работать автоматически, обеспечивая удаление влаги из холодильников. У нагнетательного клапана на выходе из «компрессора, возможно ближе к нему, устанавливается невозвратный клапан, препятствующий обратному ходу воздуха. При наличии у компрессора разгрузочного устройства невозвратный клапан необходим.
В гл. 2 описана воздушная пусковая система дизеля. К воздуху, направляемому к приборам и к пневматической системе управления, предъявляются повышенные требования по содержанию влаги, масла и примесей. Для получения такого воздуха могут применяться специальные безмасляные «компрессоры или же воздух из обычного компрессора, который подвергается очистке.
При очистке воздух фильтруется и сушится для удаления из него влаги, масла и примесей.
Обслуживание компрессора включает проверки и осмотры, обычные для механизмов с возвратно-поступательным движением, т. е. поддержание надлежащего уровня масла в картере, осмотр системы охлаждения, контроль температуры и давления в системах компрессора. В основном же эта работа сводится к наблюдению за всасывающими и нагнетательными клапанами обеих ступеней. Эти клапаны автоматические, они открываются при небольшом перепаде давления. Во время работы компрессора клапаны все время открываются и закрываются, что вызывает их изнашивание и поэтому возникает необходимость периодической проточки седел клапанов. Перегрев клапанов, их загрязнение, использование некондиционных сортов масла могут вызвать заедание клапанов или питтинг на седле клапана. На рис. 7.3 показаны пружинные и буферные пластины, тарелка клапана и его гнездо, т. е. детали всасывающего и нагнетательного клапанов. При осмотре клапан следует разобрать, все его элементы очистить и осмотреть, изношенные детали заменить. Для обеспечения плотного прилегания тарелки клапана к гнезду их перед сборкой шлифуют.
7.2.	ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Судовые теплообменные аппараты — это большей частью холодильники, в которых различные нагретые жидкости охлаждаются
Рис. 7.3. Автоматический клапан: /-—шплинт; 2 — корончатая гайка; 3 — шайба; / — седло клапана; 5 — дистанционная шайба;6— пластина клапана; 7 — демпфирующая пластина; 8—пружинные пластины; 9 — буферная пластина;
10 — осевой болт
ю
122
забортной водой. Бывают случаи, когда жидкость нужно подогревать, 1как, например, в подогревателях тяжелого топлива, или если для очистки цистерн необходимо подогревать забортную воду. Главные конденсаторы в паросиловых установках и испарительные установки, хотя они и являются теплообменными аппаратами, рассматривались нами отдельно (см. гл. 5).
Процесс теплообмена осуществляется, когда потоки двух различных жидкостей соприкасаются через теплопередающую поверхность. Теплота от более нагретой жидкости передается менее нагретой жидкости, и тогда теплопередающая Поверхность, т. е. в данном случае стенка трубки, приобретает ка1кую-то промежуточную температуру. Для судовых теплообменных аппаратов характерно противоположное направление движения жидкостей, т. е. применяется принцип противотока. Благодаря этому обеспечивается постоянство разности температур жидкостей, а следовательно, наилучшие условия теплопередачи при данной площади теплопередающей поверхности. Холодильники на судах подразделяются на холодильники трубчатого и пластинчатого типов.
Холодильники трубчатого типа. В этих холодильниках в корпусе помещается пучок трубок (рис. 7.4). С обеих сторон корпус герметично закрыт (крышками, причем одна из них имеет возможность свободно перемещаться при тепловом расширении конструкции. Трубки герметично заделываются в трубные доски с обеих сторон, и внутри трубок протекает охлаждающая жидкость. Замыкая корпус, снаружи трубных досок помещаются водяные полости или коллекторы. В зависимости от их устройства охлаждающая вода совершает в трубках один или, как показано на рис. 7.4, два хода. На пучке трубок крепятся поперечные перегородки, отверстия в которых размещаются так, что охлаждаемая жидкость, двигаясь вдоль трубок, попадает то в верхнее, то в нижнее отверстие в следующей перегородке. Уплотнения трубных досок выполнены по-разному. У неподвижного конца между трубной доской и корпусом и между корпусом и крышкой устанавливаются прокладки. На другом конце трубная доска имеет возможность свободного перемещения внутри кольца, по обеим сторонам которого имеются уплотнения. Если все же жидкость проникнет через уплотнение, то она выйдет наружу и это будет замечено. Смешивание охлаждающей и охлаждаемой жидкости и их взаимное загрязнение при этой конструкции исключено.
Холодильники пластинчатого типа. Эти холодильники состоят из штампованных пластин, уплотненных по периферии и составляющих единый блок (рис. 7.5, а). На одной из концевых пластин Расположены патрубки для входа и выхода охлаждаемой и охлаждающей жидкостей. Конструкция пластин выполнена так, что между ними по соседним полостям проходят различные жидкости (рис. 7.5, б). Пластины изготовляются рифлеными, благодаря чему
123
Рис. 7.4. Холодильник трубчатого типа:
/ — протекторы; 2 — уплотнение; 3 — перегородки регулирования потока; 4 — скользящее (при тепловом расширении) кольцо и двойное уплотнение; 5 — съемная крышка для осмотра и очистки; 6 — корпус; 7 — сменная прямая трубка
они имеют лучшую теплоотдачу и большую механическую жесткость. В месте крепления патрубков уплотнение делается двойным. Предусматриваются также спускные отверстия, благодаря которым можно обнаруживать утечку жидкости и предотвращать проникновение одной жидкости в другую и их загрязнение.
Обслуживание холодильников. Регулирование температуры охлаждаемой жидкости осуществляется регулирующим клапаном на выходе охлаждающей жидкости из холодильника. Клапан на входе постоянно открыт, благодаря чему обеспечивается постоянное
Рис. 7.5. Холодильник пластинчатого типа:
а — устройство; б — схема работы; / — верхний угольник; 2 — отверстия для входа и выхода жидкости в блок и из блока; 3 — наружная плита блока; 4 — теплопередающая пластина; 5 — стяжной болт;
6 — пакет пластин; 7 — иажнмная плита
124
давление в холодильнике. Это особенно важно в тех случаях, когда для охлаждения применяется забортная вода и когда уменьшение давления может привести к аэрации воды, т. е. к появлению в ней воздуха. Наличие воздуха в холодильнике значительно уменьшает теплопередачу. В верхней части холодильника устанавливаются краны, которые должны открываться перед заполнением холодильника и затем периодически во время его работы. При вертикальном расположении однопроходных холодильников их вентилирование осуществляется автоматически. Для горизонтальных холодильников автоматическое вентилирование можно осуществить, если входной патрубок охлаждающей жидкости располагается в нижней части и его фланец направлен вниз, а выходной патрубок расположен в верхней части и направлен фланцем вверх. В нижних частях холодильника устанавливаются спускные краны.
Осмотр и ремонт холодильников. Основным условием для удовлетворительной работы холодильников является чистота их рабочих поверхностей. При использовании для охлаждения забортной воды происходит обрастание трубок холодильников, т. е. на поверхностях трубок появляются водоросли и микроорганизмы.
Для чистки трубок холодильников трубчатого типа необходимо снять крышки. При поставке холодильников в комплекте к ним обычно придаются специальные приспособления для чистки. Очищаются также и сами крышки.
Утечка в трубках может быть следствием коррозии, которую можно обнаружить, если заполнить водой полость охлаждаемой жидкости, а крышки снять. Малейшее нарушение целости трубок проявится в появлении протечки. Существует такой метод ремонта, при котором трубки со стороны полости охлаждаемой жидкости покрывают флуоресцентной краской. При просвечивании ультрафиолетовыми лучами место протечки будет светиться ярким зеленым цветом. Трубки, в которых обнаружена утечка, могут быть временно заглушены с обеих сторон или заменены новыми.
Обнаружить протечку в холодильниках пластинчатого типа более трудно. Для обнаружения неисправности пластины подвергаются визуальному осмотру. Утечка может происходить также через прокладки и уплотнения. Утечка может возникнуть из-за плохой сборки после ремонта холодильника или в процессе эксплуатации.
Если холодильник выводится из действия на длительное время,, как, например, во время профилактического ремонта, его следует освободить от морской воды, промыть пресной водой и содержать в сухом состоянии до повторного введения в действие.
Нагреватели. Нагреватели, применяемые в качестве подогревателей тяжелого топлива, выполняются по типу холодильников трубчатого типа, сходных по конструкции с описанными выше. В качестве подогревающего рабочего тела в них используется конденсирующийся пар. В отдельных случаях применяются нагреватели, выполненные по типу холодильников пластинчатого типа.
125
7.3.	ОПРЕСНИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
В процессе опреснения морская вода сначала превращается в пар, а затем конденсируется, в результате чего получается пресная вода. Парообразование может происходить при кипении воды при обычном давлении либо при пониженном давлении, когда кипение воды происходит при температуре, меньшей 100 °C. При испарении происходит снижение количества растворенных в воде веществ с 32 000 мг/л до 1—2 мг/л. Аппарат для опреснения называется опреснителем, а иногда дистиллятором.
Процесс кипения. Нагрев воды в испарителях этого типа осуществляется от подогревающих витков трубопровода при пониженном давлении в корпусе испарителя по сравнению с атмосферным. При этих условиях температура кипения воды будет 60°С. Вода к испарителю забирается в месте отлива циркуляционной заборт-
Рис. 7.6. Кипящий испаритель:
7 — трубопровод отвода пены; 2 — трубопровод подвода забортной воды; 3— воронка слива пены; 4—’Трубопровод отвода дистиллята в бак; 5 — трубопровод подвода циркуляционной воды; 6 — пучок трубок конденсатора; 7 — трубопровод отвода циркуляционной воды; Я — трубопровод отсоса воздуха; 9 — демистер; 10 — трубопровод подвода воды от рубашек охлаждения двигателя к подогревающему пучку трубок; 11—-запасные патрубки подвода и отвода пара; 12 — трубопровод отвода подогревающей воды; 13 — пучок трубок подогревателя; 14 — кран слива в корпусе
126
рис. 7.7. Двухступенчатый испаритель-расширитель:
/ _• трубопровод спуска конденсата; 2 — подогреватель воды;
трубопровод подвода пара к подогревателю воды; 4 — трубопровод подачи распыленной воды для охлаждения пара; 5 — конденсатор пара от эжекторов; 6 — воздушная трубка; 7 — трубопровод подвода пара к эжекторам; 8— фильтр; 9—воздушный эжектор; 10 — первая ступень испарителя; 11 — вторая ступень испарителя; 12 — демис-тер; 13 ~ трубопровод подвода забортной воды; 14 — трубопровод отвода дистиллированной воды; /5 — расширительная камера второй ступени; 16 — трубопровод слива пеиы; 17 — расширительная камера первой ступени; 18— клапан регулирования подачи питательной воды
ной воды за борт и сначала пропускается через конденсатор, а затем часть ее отбирается для испарительной камеры (рис. 7.6). В витки подогревающего блока подается вода из рубашек охлаждения двигателя или пар и, так как давление в камере испарителя понижено, вода закипает. Образующийся пар поднимается вверх, проходит через водяной сепаратор, в котором очищается от частичек влаги. Проходя через витки конденсирующего блока, пар конденсируется в пресную воду, которая откачивается насосом опреснителя. Подача забортной воды регулируется регулятором автоматически. Испаряется около половины поступающей воды. Водосливное отверстие всегда находится ниже уровня воды в испарителе, и через него постоянно удаляются оставшийся рассол и пена. Для удаления воздуха и пены предусмотрен специальный эжектор.
Процесс мгновенного парообразования. Если нагретую жидкость при определенном давлении направить в камеру с более низким давлением, то происходит мгновенное вскипание жидкости, которая превращается в пар без процесса кипения. Путем подбора значения температуры жидкости и давления воды, а также давле-иия в испарительной камере можно получить определенную скорость парообразования. Можно также сконструировать испаритель с несколькими ступенями, в котором вода будет подаваться в камеры со все более низким давлением.
На рис. 7.7 показан двухступенчатый испаритель-расширитель «Варфлаш» фирмы «Кэрд энд Рейнер». Двухступенчатый воздушный эжектор в нем служит для поддержания соответствующего ва-кУУма в камерах, а также для удаления выделившегося из воды.
127
воздуха. С помощью питательного насоса забортная вода прокачивается через конденсаторы пара и подогреватель воды. Затем подогретая вода поступает к первой ступени испарителя, где часть ее вскипает и уходит в конденсатор. На пути пара установлен водяной сепаратор, в котором пар очищается от мелких водяных капель. В конденсаторе пар превращается в конденсат.
Оставшаяся часть подогретой забортной воды поступает в расширительную камеру второй ступени, где поддерживается более низкое по сравнению с первой ступенью давление. Здесь также происходит вскипание воды, пар проходит через водяной сепаратор и конденсируется в конденсаторе второй ступени. Из обеих ступеней дистиллят откачивается насосом.
Сконцентрированный рассол и пена, остающиеся во второй ступени, откачиваются рассольным насосом. Для подогрева воды в подогревателе используется пар. Подогрев воды в витках конденсатора осуществляется благодаря скрытой теплоте испарения при вскипании воды в испарительной камере.
Обслуживание за опреснительными установками. При долгой работе опреснительных установок на их нагревательных поверхностях образуется накипь. Интенсивность ее образования зависит от рабочей температуры, скорости потока и плотности рассола. При появлении накипи для получения нужной производительности приходится увеличивать рабочую температуру, а если температура остается прежней, то уменьшается производительность установки.
Образование накипи в кипящих испарителях можно уменьшить, подвергая трубки резкому охлаждению холодной водой или попеременному быстрому нагреванию и охлаждению. Через определенные сроки установка должна выводиться из действия для удаления накипи химическим путем или механическим способом.
7.4.	СЕПАРАТОРЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ БАЛЛАСТНЫХ И ЛЬЯЛЬНЫХ ВОД
Эти сепараторы применяются для того, чтобы при очистке трюмов, топливных цистерн или других мест, где может оказаться замасленная вода, в откачиваемой за борт воде не содержалось бы масла. С каждым годом допустимое содержание масла в откачиваемой воде все более уменьшается. В ближайшее время 1 требования к чистоте откачиваемой воды возрастут, содержание в воде нефтепродуктов не должно будет превышать 15 мг/л. Но в сепараторах гравитационного типа вода очищается лишь до содержания масла 100 мг/л, и поэтому сепараторы необходимо будет применять в сочетании с какими-то фильтрами. Допустимое содержание масла в зависимости от размера судна будет составлять от 15 до
1 Год издания оригинала— 1983. (Примеч. пер.)
128
Рис. 7.8. Сепаратор для очистки трюмных вод:
I — трубопровод отфильтрованного масла; 2 — отделение тонкой очистки; 3 — отделение грубой очистки; 4 — трубопровод отвода масла; 5 — маслосборник; 6 — регулирующий клапан; 7 — клапан отвода масла; 8—автоматическое регулирование отвода масла по его уровню в маслосборнике; 9 — воздушная трубка; /^ — трубопровод подачи замасленной воды-, // — :	диски сепаратора
100 мг/л, и в тех случаях, когда допустимое содержание масла будет 100 мг/л, можно для очистки применять только сепаратор без дополнительных фильтров.
На рис. 7.8 показан агрегат, в котором сепаратор выполнен совместно с фильтрами. Вся установка вначале заполняется чистой водой. Затем в отделение грубой очистки по приемной трубе подается загрязненная вода. Здесь часть нефтепродуктов, обладая меньшей плотностью, сепарируется и поднимается в маслосборник. Вода затем поступает в отделение тонкой очистки, в котором она медленно движется между дисками. На нижних поверхностях дисков снова происходит накапливание выделяющихся нефтепродуктов. Они скользят вдоль дисков и свободно всплывают вверх в маслосборник: Вода, почти полностью очищенная от нефтепродуктов, поступает в центральную трубу и выходит из сепаратора с содержанием примесей не более 100 мг/л. Отделившиеся нефтепродукты Удаляются в цистерну через работающий в автоматическом режиме клапан. Воздух удаляется через воздушный клапан. В сепараторе предусматривается паровой или электрический подогрев сепарируемой смеси в верхней, а иногда и в нижней части сепаратора в зависимости от типа нефтепродуктов, содержащихся в воде.
Если требуется более тщательная очистка воды, то она после ‘сепаратора подается к фильтрующей установке. Здесь вода последовательно проходит две ступени, а масло, задержанное в фильт-5~1323	129
pax, всплывает в маслосборник. В первой ступени фильтра отделяются мелкие твердые частички и продолжается процесс тонкой очистки. Вр . второй ступени расположены коалесцентные вставки,, в которых происходит окончательное отделение масла от воды. Суть коалесценции состоит в том, что прй разрушении сил поверхностного натяжения на поверхности мелких капель масла эти мелкие капли соединяются в капли большего размера. Масло из маслосборников удаляется вручную по мере необходимости. Периодически необходимо также заменять фильтрующие элементы. Частота их замены зависит от режима работы сепаратора.
В соответствии с установленными недавно требованиями в случае, когда откачиваемая вода должна содержать не более 100 мг/л примесей, необходимо иметь блок контроля с постоянным записывающим устройством, а если не более 15 мг/л — то аварийно-сигнальный блок, дающий сигнал при превышении этого уровня.
7.5.	ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД И СЖИГАНИЕ МУСОРА
В соответствии с законами многих стран в территориальных или в контролируемых водах этих стран запрещается выброс неочищенных сточных вод. Действующими международными соглашениями также запрещается выброс сточных вод на определенном установленном расстоянии от берега. Вследствие этого все вновь строящиеся суда оборудуются установками по обработке сточных вод. В необработанных сточных водах имеются взвешенные в них частицы, распад которых может происходить только естественным путем благодаря поглощению растворенного в воде кислорода. При большой 'степени загрязненности вода настолько обедняется кислородом, что в ней не могут существовать ни рыбы, ни водоросли. Кроме того, сточные воды обладают неприятным запахом из-за того, что в них развиваются бактерии, вырабатывающие сероводород. В сточных водах можно также обнаружить особый вид бактерий, живущих в кишечнике человека и известных под названием «е-ко-ли». По числу «е-коли» в определенном количестве воды судят о ее загрязненности.
В настоящее время существуют два принципиально различных типа установок по очистке сточных вод. При химическом способе очистки в установке имеется бак, в котором накапливаются извлеченные из воды твердые частички с целью дальнейшего удаления их за борт в разрешенных районах или для сдачи на береговые грязеприемные устройства. При биологическом способе вода очищается до такой степени, что ее можно удалять за борт в прибрежных районах.
Установка химической обработки сточных вод. Назначением установки этого типа является уменьшение объема сточных вод, их обработка и хранение до того времени, когда их можно будет
130
удалить за борт в неконтролируемых водах где-нибудь в открытом море. В некоторых портах имеются специальные грязеприемные устройства.
Поэтому установку включают для сбора и хранения сточных вод, лишь при нахождении судна в контролируемых водах. Там, где это разрешается законодательством соответствующих стран, вода из рукомойников, ванн и душевых спускается непосредственно за борт, и в этом случае объем воды, подлежащей обработке, уменьшается. Вода из туалетных комнат подвергается обработке, чтобы ее можно было вновь использовать для смывания унитазов. Обработка в этом случае сводится к тому, чтобы вода по цвету и запаху была пригодна для этой цели.
Схема установки подобного типа показана на рис. 7.9. В различных местах системы для удаления неприятного запаха и цвета воды, а также для ускорения распада загрязняющих воду частиц и ее стерилизации добавляются различные химикаты. В установке
Рис. 7.9. Схема установки химической обработки сточных вод:
откачки сточных вод за борт; 2 — грязевой насос для откачки нечистот; 3 -РаботЛ хеЛЬЧИТель твеРд“х Фракций; 4 - бак твердых фракций; 5 - бак химической об-Фоакгтнй ’ — сливная трубка; 7 — самоочищающийся фильтр; « — дозатор; 9 — бак жидких емные vA — Раадслнтельная камера; // — трубопровод откачки нечистот в береговые прн-^5 — мяи„Т»Р» СТВЛ’ 2 унитазы и писсуары; 13 — воздуш на я труба; 14 — щит управления; к санитяг, е«Р' ° напорный бак; 17— санитарные насосы; 16— трубопровод подвода воды пан- ,,,рной системе; 19 — бак-накопитель; I — клннкетная задвижка; // — дроссельный кла-	' невозвратный клапан; IV — невозвратно-запорный клапан; V — предохранитель-
ный клапан
5*
131
Рис. 7.10. Установка биологической очистки сточных вод:
1 — откачивающий иасос; 2 — контрольные датчики в трех уровнях; 3 — контрольный щит; 4 — трубопровод входа сточных вод; 5 — хлоратор; 6 — воздушные компрессоры; 7 — перегородка; 8 — устройство для удаления всплывающего шлама; 9 — трубопровод возврата шлама; 10— воздушная труба; 11— трубопровод подвода нечистот от гальюнов; 12 — аэрация;
13 — отстой; 14 — хлорирование
предусмотрено физическое размельчение отходов при помощи специального устройства, что способствует химическому разложению отходов. Выпавшие при обработке твердые частицы оседают в баке твердых фракций, а затем откачиваются в бак-накопитель. Жидкость же рециркулируется, т. е. направляется в систему смывания унитазов.
Необходимо ежедневно брать пробы воды для регулирования ввода химикалий. Надлежащим регулированием добиваются устранения неприятного запаха и уменьшения щелочности воды, которая могла бы вызвать коррозию в системе.
Биологическая обработка сточных вод. При биологической обработке сточных вод используются бактерии, которые перерабатывают нечистоты в такое вещество, которое можно удалять за борт в любых водах. При расширенном аэрационном процессе создаются условия, когда кислородофильные бактерии быстро размножаются и, перерабатывая нечистоты, превращают их в ил. Подобные бактерии называются аэробными.
Основу установки биологической очистки составляет бак, разделенный на три герметизированных Отделения: аэрационное, отстойное и дезинфекционное (рис. 7.10). Сточные воды поступают в аэрационное отделение, где они подвергаются воздействию аэробных бактерий. Деятельность последних поддерживается благодаря ат-
132
мосферному кислороду при прокачке воздуха через аэрационное отделение. Затем вода направляется в отстойное отделение, в котором полученный в результате воздействия бактерий ил выпадает в осадок. Очищенная вода поступает в дезинфекционное отделение и хлорируется, при этом погибают оставшиеся в воде бактерии. Хлор вводится в виде таблеток, причем нужно следить за тем, чтобы по мере расходования добавлялись новые таблетки. Ил в отстойном отделении все время накапливается. Раз в 2—3 мес ил удаляют. Удалять ил за борт следует лишь в тех районах океана, где это разрешено.
Установка для сжигания мусора. По существующему законодательству для уменьшения загрязнения мирового океана выброс за борт неочищенных сточных вод, нефтепродуктов и мусора значительно ограничен, а в ряде случаев полностью запрещен. Применяя установку для сжигания мусора, можно добиться того, что за борт не будут выбрасываться загрязняющие океан отходы.
На рис. 7.11 показана одна из установок для сжигания мусора, применяемая на судах. Камера сгорания этой установки представляет собой вертикальный цилиндр, выложенный огнеупорным кирпичом. Для сжигания мусора и осадков нефтепродуктов применяется форсунка с терморегулятором, благодаря которому обеспечивается экономный расход топлива.
Рис. 7.11. Установка для сжигания мусора:
/ — шуровочные лопатки; 2 — горелка для сжигания жидких отходов; 3 — отверстие впуска воздуха в камеру сгорания; 4 — траверса шуровочных лопаток; 5 — золоулавлива-тель для бумажной золы; 6 — золо-улавливатель для твердых обуглившихся частичек; 7—щит управления; 8 — смотровое окно; 9 — вспомогательная форсунка; /О—дверь для ввода твердого мусора (с пневматическим приводом); П — выдвижной поддон для золы; 12 — зольник; 13 — привод вала шуровочных лопаток; 14 — вентилятор принудительного дутья
133
В установке имеется еще одна форсунка для сжигания жидких отходов, таких как водомасляная смесь, смесь твердых фракций сточных вод с водой, работающая вместе с упомянутой выше форсункой. Воздух, необходимый для горения, подается принудительно вентилятором через тангенциально расположенные окна в нижней части установки и, завихряясь, устремляется вверх. Имеется также вращающееся рычажное устройство, которое служит для ускорения процесса горения путем перемешивания мусора и для сбрасывания пепла в специальный сборник. Дверь для загрузки установки мусора имеет блокировку, и при ее открывании выключаются вентилятор принудительной подачи воздуха и форсунка.
Твердые материалы, загружаемые обычно в мешках, сжигаются в .автоматическом режиме. Жидкие отходы хранятся в баке, откуда они, предварительно подогретые, подаются в форсунку для сжигания жидких отходов и сжигаются в автоматическом режиме. По окончании работы установки пепел может быть удален за борт.
8.	ТОПЛИВА, СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА И ИХ ОБРАБОТКА
8.1.	ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТОПЛИВ И МАСЕЛ
Топлива. Синтетические жидкие топлива сейчас начинают получать свое развитие, но пока они слишком дорогие, чтобы использовать их на судах. В основном используется жидкое топливо различных сортов, получаемое путем различных способов переработки нефти.
Переработка нефти осуществляется посредством подогрева и дистилляции ее различных фракций. Получаемый при этом газойль используется для средне- и высокооборотных дизелей. Неф-теостатки (тяжелые сорта топлив) применяются для малооборотных и некоторых среднеоборотных дизелей.
Дистилляты, такие как керосин и газойль, легко перекачиваются по трубопроводам, хорошо отстаиваются в цистернах и могут потом сжигаться без дальнейшей обработки. Остаточные тяжелые топлива очень вязкие (плотные) при нормальной температуре и требуют подогрева перед использованием. Для некоторых сортов нефтяного топлива требуется дополнительная обработка с целью удаления вредных частиц и серы в зависимости от сферы применения этих топлив. Для судовых нужд приготавливают топливные смеси из различных сортов нефтяных топлив в зависимости от того, для какой цели они будут использоваться..
Топлива имеют различные свойства, которые определяются посредством их испытаний по методикам, изложенным в государственных стандартах.
Плотность нефтепродукта измеряется его массой, содержащейся в единице объема (кг/м3). Вязкость есть свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц, вызываемому Действием приложенной к жидкости силы.
Вязкость — это сопротивление при течении жидкости. Для высоковязких топлив требуется поэтому подогрев с целью обеспечения возможности их течения. Вязкость определяют путем измерения времени истечения данного объема топлива с помощью вискозиметров — приборов Редвуда, Сейеболта или Энглера.
Продолжительность самовоспламенения топлива соответствует времени между его 'впрыскиванием и началом сгорания, которое Должно быть как можно меньше для обеспечения полного сгора
135
ния. Качество воспламенения характеризуется цетановым числом, или дизельным индексом. Чем выше цетановое число, тем лучше качество воспламенения топлива.
Температура вспышки используется главным образом для ее сравнения с максимальной допустимой температурой безопасного хранения топлива в судовых цистернах. Путем испытаний определяют температуру, при которой топливо будет образовывать достаточное количество паров для их воспламенения при подведении пламени. Возможны два значения температуры вспышки топлива в открытом сосуде и температура вспышки при подогреве топлива в закрытом сосуде.
Низкотемпературные свойства определяются понятием «температура застывания» или «температура помутнения топлива». Температура застывания чуть выше температуры, при которой топливо начинает течь под действием собственной массы. Это самая низкая температура, при которой топливо можно перекачивать. Температура помутнения топлива соответствует началу образования в топливе твердых парафинистых частиц. При температуре ниже температуры помутнения трубопроводы или фильтры могут загораться такими твердыми парафинистыми частицами.
Коксовый остаток, или коксовое число, топлива определяется методом Конрадсона. Качество сгорания топлива характеризуется содержанием кокса по Конрадсону и наличием других остатков сгорания.
Содержание серы в топливе является важным показателем, так как ее наличие вызывает . повышенный износ деталей дизелей. В спецификациях на топливо максимальное допустимое содержание серы обычно выражается в процентах по массе топлива.
Теплота сгорания топлива — это тепловая энергия, высвобождаемая во время сгорания. Применяются два понятия: высшая теплота сгорания представляет собой тепловую энергию, полученную от сгорания топлива; низшая теплота сгорания — это та же мера тепловой энергии, но в нее не включают тепловую энергию, содержащуюся в парах воды, образующихся при сгорании топлива, которая уходит вместе с выпускными газами. Теплоту сгорания топлива определяют путем испытаний в калориметрической бомбе, в которой небольшое количество топлива сжигают в контролируемых условиях.
Различные свойства топлива (физико-химические показатели) по-разному влияют на эксплуатационные показатели дизеля, и соответственно предъявляются разные требования к системе хранения и перекачки топлива. Смешивание различных сортов нефтяного топлива и применение разных топливных присадок также влияют на работу дизеля и его топливную систему. Топлива с высокой вязкостью оказывают большее влияние на работу топливных насосов и форсунок, чем легкие, маловязкие сорта топлива.
Плунжерные пары насосов смазываются самим перекачивае
136
мым топливом. Если вязкость этого, топлива будет слишком низкой, то это может вызвать преждевременное изнашивание прецизионных деталей (плунжерных пар).
Температура помутнения и температура застывания имеют большое значение при эксплуатации топливной системы при низких температурах окружающей среды. Из-за отложений парафинистых частиц в фильтрах и в топливных трубопроводах могут образовываться пробки, ограничивающие подачу топлива в дизель.
Цетановое число или дизельный индекс влияют на период задержки воспламенения топлива, на появление шума при сгорании топлива (стуки в дизеле) и на образование дымного выпуска газов из дизеля.
Температура топливной системы должна быть как можно выше для того, чтобы перекачиваемое топливо имело нормальную небольшую 1 вязкость у форсунок. Система очистки топлива имеет большое значение для уменьшения изнашивания многих прецизионных деталей топливной аппаратуры. Необходимо уделять постоянное внимание фильтрам и всей системе очистки топлива. Применяют также различные химические присадки к топливу для удаления нагара и других отложений с металлических поверхностей, для уменьшения изнашивания и предупреждения коррозии.
Смазочные масла. Они являются продуктом переработки нефти. В результате смешивания различных компонентов и введения присадок можно изменять свойства масла. Необходимые физические и химические свойства масла можно получить введением присадок, которые действуют как ингибиторы окисления, уменьшают изнашивание деталей, обладают диспергирующими и моющими свойствами и т. п. Рассмотрим наиболее важные свойства масел. Вязкость смазочного масла, так же как и для топлива, имеет большое значение. Скорость изменения вязкости масла с изменением ее температуры характеризуется индексом вязкости.
Кислотность смазочного масла контролируют для того, чтобы избежать повреждения дизеля. В качестве показателя в данном случае используется число нейтрализации. Антиокислительные качества масла также можно измерять числом нейтрализации. Когда масло чрезмерно окислилось, его следует заменить новой порцией масла.
Нагарообразующие свойства смазочного масла должны быть известны, особенно для масел, соприкасающихся с нагретыми поверхностями деталей. Для этого пробу масла испытывают на содержание коксового остатка в процентах.
Деэмульсационная способность масла характеризует его свойство смешиваться с водой и затем выделять из себя воду в центро
1 10—15 сСт. (Прим, пер.)
137
бежном сепараторе. Это свойство также характеризует склонность масла к осадкообразованию (отстой на дне цистерны).
Антикоррозионные свойства характеризуют способность масла предохранять поверхность металла от коррозии при наличии в масле воды. Это важно там, где в масло может попадать пресная или морская вода при наличии утечек.
Современное смазочное масло должно обладать очень многими положительными свойствами. Это достигается смешиванием различных компонентов смазки и добавлением присадок. Смазка предохраняет от соприкосновения металла с металлом, уменьшает трение и изнашивание движущихся частей. Масло должно быть стабильно, не расслаиваться и не образовывать углистых частиц, когда оно подвергается воздействию высоких температур, например, в случае использования масла в качестве охладителя. Все примеси, появляющиеся в масле, такие как продукты окисления, должны нейтрализоваться посредством щелочных присадок, добавляемых в масло для этой цели. Любые нагарообразования, появившиеся на деталях дизелей, должны смываться и удаляться моющими присадками. Моющие присадки должны находится во взвешенйом состоянии в масле благодаря наличию диспергирующей присадки, которая добавляется в масло для этой цели. Если в масло попадает вода, то масло должно впитывать в себя воду, а затем выделять ее во время сепарации. Кроме того, масло должно предохранять металлические детали от коррозии.
Для дизелей различных типов и прочего оборудования разработаны и применяются смазочные масла, которые удовлетворяют требованиям, присущим каждому типу оборудования. Например, смазочное масло для тронковых дизелей должно быть эффективно для смазывания цилиндров и для использования его в картере дизеля, куда могут попадать частицы продуктов сгорания, которые окисляют масло и увеличивают содержание в нем углеродистых примесей. В этом случае масло должно, кроме смазывания, обладать кислотонейтрализирующими свойствами и удерживать углеродистые частицы во взвешенном состоянии.
Турбинное масло должно обеспечивать смазывание движущихся частей турбины, а также отводить значительное количество теплоты от подшипников. Для этого масло должно быть устойчивым, не расслаиваться при высоких температурах и не образовывать отложений (осадка).
Смазочные масла для зубчатых передач паровых турбин должны содержать присадки, повышающие прочность масляной пленки во избежание ее разрыва при .чрезмерно высоких (предельных) давлениях на нее. Кроме того, в данном случае неизбежно соприкосновение масла с водяными парами. Поэтому такое масло должно обладать • хорошими деэмульгирующими свойствами.
Малооборотные дизели должны иметь две раздельные смазочные системы; систему для смазки цилиндров и картерную систему 138
для смазки подшипников. Цилиндровое масло должно нейтрализовать кислые продукты загрязнений (примеси), а также обладать хорошими моющими свойствами, чтобы смазываемые металлические поверхности были чистыми. Картерные масла бывают или детергентного (моющего) типа или многофункциональные с содержанием ингибиторов (замедлителей) коррозии и окисления. Необходимо также, чтобы масло имело хорошие деэмульсирующие и антикоррозионные свойства, а также обладало сопротивлением окислению, которое создается благодаря специальным ингибиторам, вводимым в картерное масло. Детергентные и многофункциональные масла, в частности, целесообразно использовать в тех конструкциях, где применяется масляное охлаждение поршней, или в тех случаях, когда возможно попадание в масло продуктов сгорания топлива.
8.2.	ОЧИСТКА ТОПЛИВ И МАСЕЛ ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ СЕПАРАТОРАМИ
Центробежный сепаратор. Топливо и смазочные масла перед их использованием в дизеле необходимо обработать. Для этого применяются отстаивание и подогрев с целью удаления воды, грубая и тонкая фильтрация для удаления плотных частиц, а также сепарация.
Центробежный сепаратор используется для разделения двух  жидкостей, например топлива и воды, или для разделения жидкости и твердых (плотных) частиц, которые встречаются в масле. Разделение этих сред ускоряется с помощью центробежного сепаратора и может осуществляться непрерывно. Если сепаратор предназначен для разделения двух жидкостей, его называют пу-рификатором (очистителем). Если сепаратор устроен (собран) так, что может выделять примеси и небольшое количество воды из топлива или масла, то его называют кларификатором (тонким очистителем-осветлителем).
Удаление примесей и воды из топлива имеет большое значение для обеспечения хорошего сгорания топлива. Благодаря удалению загрязняющих примесей из смазочного масла удается уменьшить изнашивание деталей дизелей и предотвратить возможные неполадки и поломки. Поэтому сепарация масла и топлива совершенно необходима.
Центробежный сепаратор состоит из электродвигателя с вертикальным валом. В верхней части сепаратора смонтирован барабан. На корпусе, в котором помещен барабан, расположены различные питательные (входные) и нагнетательные (выпускные) тРубопроводы. Барабан может быть цельным и работать периодически. В нем скапливаются отсепарированные примеси, которые веобходимо периодически удалять.
139
Рис. 8.1. Устройство и принцип работы барабана центробежного сепаратора, собранного по -принципу:
а — пурификации (очистителя); б — кларификации (осветителя); / — слой шлама, скапливающийся в барабане; /— подача в барабан неочищенного топлива; // — отвод из барабана очищенного топлива; /// — отвод из барабана отсепарироваииой из топлива воды
В других конструкциях барабан имеет раздельные верхнюю и нижнюю половины. В этом случае отсепарированные примеси можно удалять из работающего сепаратора, т. е. не выключая его. При этом неочищенное (загрязненное) топливо поступает в центральную часть барабана, поднимается вверх по пакету (набору) дисков (тарелок) и выходит из барабана в верхней его части (рис. 8.1).
Процесс пурификации. В результате центробежного разделения двух жидкостей, таких как топливо и вода, образуется цилиндрическая поверхность раздела между ними. Расположение этой поверхности раздела внутри барабана имеет очень большое значение для нормальной эффективной работы сепаратора. Устойчивое требуемое расположение поверхности раздела фаз поддерживается посредством применения регулировочных шайб или гравитационных дисков (тарелок) соответствующего диаметра, устанавливаемых на выпускном канале из сепаратора. Эти кольца и шайбы различного диаметра имеются в наличии для каждого сепаратора, чтобы можно было подобрать шайбу или кольцо соответствующего размера в зависимости от плотности сепарируемого топлива. Чем меньше плотность сепарируемого топлива, тем больше должен быть внутренний диаметр регулирующей шайбы.
Процесс кларификации. Его применяют для очистки топлива, которое мало содержит или совсем не содержит воду. При этом удаляемые из топлива примеси скапливаются в грязевой камере, расположенной на периферии барабана. Барабан кларификатора имеет только одно выпускное отверстие (рис. 8.2). Гравитационные диски здесь не применяют, так как поверхность раздела жид-140
Рис. 8.2. Продольный разрез барабана самоочищающегося сепаратора:
/ — удаление из барабана примесей, сепарированных из топлива; // — подвод рабочей воды, управляющей открытием и закрытием грязевой камеры барабана
ких фаз не образуется. Поэтому .барабан работает с максимальной разделяющей способностью, так! как топливо подвергается воздействию максимальной центробежной силы.
Тарелки барабана. Барабаны тарификаторов и кларификаторов содержат каждый по пакету конических дисков (тарелок). В каждом таком пакете может быть до 150 тарелок, отделенных одна от другой небольшим зазором (просветом). Процесс отделения примесей и воды из топлива происходит между этими тарелками. Ряды центрированных отверстий, расположенных в каждой тарел
ке около ее наружной кромки, служат для поступления в межтарельчатые пространства грязного топлива, т. е. топлива, подлежащего обработке. Под действием центробежной силы легкие компоненты (чистое топливо) перемещаются к оси вращения барабана, а вода и примеси (более тяжелые компоненты) отбрасываются к периферии барабана, т. е. к его стенкам. Вода и примеси образуют отстой (шлам), который движется к периферии барабана вдоль нижних сторон (поверхностей) тарелок.
Периодическая работа сепаратора. Некоторые сепараторы сконструированы так, что имеют непродолжительный период работы. Затем их выключают для очистки отсепарированных примесей (плотных частиц). После очистки тарелок и удаления шлама из барабана сепаратор опять включают. При такой периодической работе используются барабаны двух различных конструкций: длинный узкий и короткий широкий барабаны. Для сепараторов с узким барабаном требуется очистка после непродолжительного периода работы. Для этого барабан необходимо разбирать. Очистка такого узкого барабана, не имеющего пакета тарелок, намного проще, чем барабана с тарелками. Сепаратор с широким барабаном и с тарелками можно чистить на месте, хотя и имеются дополнительные трудности в очистке пакета конических тарелок.
Непрерывная работа сепаратора. Сепараторы с широкими 'барабанами современных конструкций могут эффективно работать в течение длительного периода. Это достигается путем выброса (выстреливания) через определенные промежутки времени шлама 113 барабана. Шлам скапливается по периферии барабана в процессе непрерывной его сепарации из топлива. Через определенные промежутки времени шлам выбрасывается из барабана на
141
ружу, прежде чем он начнет отрицательно влиять на процесс сепарации топлива. В начале процесса выброса шлама (автоматическая очистка барабана) подачу топлива в сепаратор прекращают и топливо, оставшееся в барабане, удаляют впуском ripo-мывочной воды. Вода заполняет гидравлическую систему, расположенную в нижней части барабана, и открывает пружинные клапаны. Затем под воздействием воды движется вниз подвижная нижняя часть барабана. В результате этого открываются выпускные окна, расположенные по периферии барабана в его средней части. Шлам выталкивается через эти окна центробежной силой. Затем под воздействием воды поднимается подвижная часть барабана опять вверх (в исходное положение). В результате этого выпускные окна закрываются. Затем в барабан подается вода для восстановления жидкортного уплотнения (водяного затвора), необходимого для процесса сепарации. После этого возобновляют подачу в сепаратор необработанного топлива и процесс сепарации продолжается.
Выброс шлама длится всего несколько секунд и сепаратор при этом работает непрерывно. В существующих конструкциях сепараторов применяются разные способы удаления шлама из барабана, например полное удаление, частичное управляемое удаление и т. д. При частичном управляемом удалении подачу топлива в сепаратор не прекращают и весь шлам выталкивается. При этом процесс сепарации непрерывен. Какой бы метод сепарации не применялся, но сепаратор должен быть устроен так, чтобы процесс удаления шлама осуществлялся или вручную, или посредством автоматического программного регулятора (таймера).
Техническое обслуживание сепаратора. Барабан и пакет тарелок нуждаются в периодической очистке, если сепаратор сконструирован без подвижных поршневых затворов, т. е. с несамо-очищающимся барабаном. При разборке барабана должны быть приняты меры предосторожности. Следует пользоваться только специальным инструментом, предназначенным для этой цели.
Нужно учитывать, что у некоторых деталей сепаратора имеются резьбы левого вращения (против часовой стрелки). Барабан является точно сбалансированным устройством, имеющим высокую частоту вращения. Поэтому все его детали должны быть тщательно осмотрены и подогнаны.
Сепарация смазочного масла циркуляционных систем дизелей. Смазочное масло при циркуляции в дизеле загрязняется частицами изнашивающихся деталей, продуктами сгорания топлива и водой. В данном случае для непрерывного удаления из масла этих примесей применяются центробежные сепараторы, работающие по принципу пурификации.
Пропускание большого количества масла, циркулирующего в. системе, т. е. всего потока масла, будет стоить слишком дорого. Поэтому применяется байпасная система, при которой загряз-
142
нейное масло забирается из нижней части картера сточной мас-лярой цистерны, в отдаленном от всасывающего патрубка месте и возвращается очищенным в месте, расположенном вблизи от всасывающего патрубка. Так как это байпасная (перепускная) система, то следует руководствоваться принципом: меньшая загрязненность масла, содержащегося в циркуляционной системе, будет при работе сепаратора со значительно меньшей производительностью по сравнению с паспортной (максимальной).
По желанию можно принять схему очистки масла с промывкой его водой во время сепараци. Однако некоторые масла содержат водорастворимые присадки, которые будут утеряны, если такое масло промывать водой.
Преимущество промывки масла водой в процессе сепарации заключается в том, что происходит растворение и удаление водорастворимых кислот, улучшается процесс сепарации, так как плотные Частицы увлажняются и непрерывно обновляется гидравлический водный затвор в барабане. Промывочная вода должна иметь температуру подогрева немного большую, чем температура масла.
Детергентные масла также пригодны для сепарации. Их применяют в тронковых дизелях и в некоторых малооборотных двигателях. Присадки к детергентным маслам обычно растворимые в масле и не могут вымываться водой в процессе сепарации с промывкой.
Сепарация смазочного масла для паровых турбин. Смазочное масло для паровых турбин загрязняется примесями из циркуляционной системы и водой при конденсации пара. Поэтому для очистки масла, циркулирующего в системе, применяется байпасная центробежная сепарация. Загрязненное масло забирается из нижней части масляной цистерны, а очищенное масло возвращается в место около всасывающего насоса. Предварительный подогрев масла перед сепарацией улучшает процесс очистки. По согласованию с заводом-изготовителем или поставщиком масло можно промывать водой.
8.3.	ФИЛЬТРАЦИЯ ТОПЛИВ И МАСЕЛ
Фильтры грубой очистки. Механическое выделение плотных частиц примесей из топливных и масляных систем осуществляют посредством фильтров грубой и тонкой очистки. Сетчатый фильтр (страйнер) обычно является фильтром грубой очистки. Он применяется для удаления крупных частиц из топлив и масел. Эти фильтры монтируются как полнопоточные спаренные установки, одна из которых является резервной.
Фильтр грубой очистки обычно представляет собой сетку «ли набор плотно упакованных металлических пластин или прово
143
лочных спиралей, которые эффективно задерживают крупные частицы и пропускают только самые мелкие. Фильтр грубой очистки обычно устанавливается на всасывающей линии насоса. Фильтр следует очищать периодически или тогда, когда разница давлений до и после фильтра становится недопустимой. Там, где условия всасывания критические, фильтр грубой очистки монтируют на линии нагнетания насоса. Когда очищают один рабочий фильтр, то включают в работу другой резервный фильтр посредством переключения клапанов или рукояток, чтобы масло в период очистки фильтра продолжало циркулировать в системе. Частицы грязи, скапливающиеся снаружи фильтрующего элемента или сетки, могут быть удалены сжатым воздухом или очищены. Фильтр следует очищать немедленно после выключения из системы, затем его собирают и подготавливают к работе.
В системах смазки часто используются магнитные фильтры,, которые собирают все металлические частицы, циркулирующие в системе вместе с маслом. Для облегчения очистки магнит помещен внутри кожуха или сетчатого каркаса.
Фильтры тонкой очистки. Эти фильтры применяются для удаления самых мелких частиц. Фильтры спаренные, как и фильтры грубой очистки. Тонкая очистка топлив и масел производится непосредственно перед тем, как топливо вступает в соприкосновение с прецизионными деталями дизеля' (топливные насосы и форсунки), а смазочное масло — перед поступлением в подшипники. Фильтры тонкой очистки являются полнопоточными установками, которые очищают все масло и топливо, используемое в дизеле. В качестве фильтрующего материала в этих фильтрах применяются натуральные или синтетические волокна, суконный фетр (войлок) или бумага. Фетровый фильтр тонкой очистки показан на рис. 8.3. Стальная перегородка разделяет стальной резервуар на верхнюю и
Рис. 8.3. Фильтр тонкой очистки:
/ — направление движения очищаемого нефтепродукта; 2 — магнитный фильтрующий элемент; 3 — вентиляционная пробка; 4— индикатор работы фильтра; 5 — ручка для подъема; 6 — байпасное устройство (только для фильтров, предназначенных для очистки смазочного масла); 7 — рубашка для парового подогрева; 8 — фильтрующий фетровый элемент (патрон); 9 — патрубки для разных давлений; 10 — корпус спускного устройства. // — разделительная плита (перегородка); / — подвод нефтепродукта; // — отвод очищенного нефтепродукта
144
ниЖнюю камеры. Загрязненное топливо или масло поступает в верхнюю камеру и проходит через фильтрующий элемент. Затем очиненный продукт (топливо или масло) опускается вниз по центральной трубе в нижнюю камеру и выходит из фильтра. Как показано на рис. 8.3, в фильтре на центральной трубе может быть установлен магнитный фильтр. На этом же рисунке схематично показан перепускной пружинный клапан (только для фильтров, предназначенных для фильтрации масла). Клапан служит для того, чтобы поток масла не забивал (не блокировал) фильтрующий элемент. Показанный на рис. 8.3 фильтрующий клапан (элемент) по конструкции является съемным для очистки и замены. Есть конструкции фильтрующих элементов, у которых можно производить очистку фильтра без разборки путем подачи сжатого воздуха в направлении, противоположном потоку топлива или масла. Фильтр, показанный на рис. 8.3, является одним из двух спаренных фильтров, которые попеременно включаются в работу.
9.	РЕФРИЖЕРАЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА И ВЕНТИЛЯЦИЯ
9.1.	ПРИНЦИП РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ. ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ И ХЛАДОНОСИТЕЛИ
Рефрижерация — это процесс, при котором температура помещения снижается ниже температуры наружного воздуха. Кондиционирование воздуха — это регулирование температуры и влажности в помещении с одновременным осуществлением фильтрации воздуха, циркуляции и частичной его замены в помещении. Вентиляция— это циркуляция и замена воздуха в помещении без изменения его температуры. За исключением специальных процессов, таких как замораживание рыбы, воздух обычно используется как промежуточное рабочее тело, передающее теплоту. Поэтому для осуществления рефрижерации, кондиционирования и вентиляции применяют вентиляторы и воздухопроводы. Три названные выше процесса тесно связаны между собой и совместно обеспечивают заданный микроклимат для людей, машин и груза.
Для снижения температуры в грузовых трюмах и в провизионных кладовых при рефрижерации применяют систему охлаждения, работа которой обеспечивается холодильной машиной. Отобранная теплота передается другому телу — холодильному агенту при низкой температуре. Охлаждение воздуха при кондиционировании представляет собой аналогичный процесс.
В простейших схемах холодильных установок передача теплоты осуществляется дважды: сначала в испарителе, где холодильный агент, имеющий низкую температуру, отбирая теплоту от охлаждаемой среды, снижает ее температуру, затем в конденсаторе, где холодильный агент охлаждается, отдавая теплоту воздуху или воде. В наиболее распространенных схемах морских рефрижераторных установок (рис. 9.1) осуществляется паровой компрессионный цикл. В компрессоре давление пара холодильного агента повышается и соответственно повышается его температура. Этот горячий пар, имеющий повышен-
Рис. 9.1. Схема паровой компрессорной холодильной установки?
/ — испаритель; 2— термочувствительный баллон; 5 — компрессор; 4—маслоотделитель; 5— конденсатор; 6 — осушитель; 7 — трубопровод для масла; 8 — регулирующий вентиль; 9 — тер-морегулнрующий вентиль
146
jioq давление, нагнетается в конденсатор, где в зависимости от условий применения установки пар охлаждается воздухом или водой. Ввиду того что этот процесс осуществляется при повышенном давлении, пар полностью конденсируется. Жидкий холодильный агент направляется по трубопроводу к регулирующему вентилю, который регулирует подачу жидкого холодительного агента в испаритель, где поддерживается низкое давление. Воздух из охлаждаемого помещения или кондиционируемый воздух проходит через испаритель, вызывает кипение жидкого холодильного агента и сам, отдавая теплоту, при этом охлаждается. Подача холодильного агента в испаритель должна быть отрегулирована так, чтобы в испарителе весь жидкий холодильный агент выкипел, а пар слегка перегрелся перед тем, как он снова поступит при низком давлении в компрессор для последующего сжатия. Таким образом, теплота, которая была передана от воздуха к испарителю, переносится холодильным агентом по системе до тех пор, пока не достигнет конденсатора, где она будет передана наружному воздуху или воде. В установках, где применяется конденсатор с воздушным охлаждением, как, например, в малой провизионной холодильной установке, должна быть предусмотрена вентиляция для отвода теплоты, выделенной в конденсаторе. Конденсаторы с водяным охлаждением с этой целью прокачивают пресной или забортной водой. Пресная вода применяется в тех случаях, когда и другие механизмы машинного отделения охлаждаются пресной водой, которая затем охлаждается забортной водой в централизованном водоохладителе. В этом случае из-за более высокой температуры воды, охлаждающей конденсатор, температура выходящей из конденсатора воды будет выше, чем при охлаждении конденсатора непосредственно забортной водой.
Холодильные агенты и хладоносители. Охлаждающие рабочие тела делятся в основном на первичные — холодильные агенты и вторичные — хладоносители.
Холодильный агент под воздействием компрессора циркулирует через конденсатор и испарительную систему. Холодильный агент должен обладать определенными свойствами, отвечающими предъявленным требованиям, например кипеть при низкой температуре и избыточном давлении и конденсироваться при температуре, близкой к температуре забортной воды, и умеренном давлении. Холодильный агент также должен быть нетоксичен, взрывобезопасен, негорюч, не вызывать коррозии. Некоторые холодильные агенты имеют низкую критическую температуру, т. е. температуру, выше которой пар холодильного агента не конденсируется. Это один из недостатков холодильных агентов, в частности углекислоты, которая применялась много лет на судах. Вследствие низкой критической температуры углекислоты значительно затруднялась эксплуатация судов с углекислотными холодильными установками' в широтах с высокими температурами
J47
забортной воды и из-за этого приходилось использовать дополнительные охлаждающие конденсатор системы. Кроме того, к недостаткам углекислоты относится очень высокое давление, при котором система работает, что в свою очередь приводит к увеличению массы машины в целом. После углекислоты в качестве холодильных агентов определенное распространение имели хлористый метил и аммиак. В настоящее время хлористый метил на судах не применяется из-за его взрывоопасности. Аммиак имеет некоторое применение до сих пор, но ввиду высокой токсичности при его использовании необходимы специальные вентиляционные системы. Современные холодильные агенты — это соединения фторированного углеводорода, имеющие различные формулы, за исключением холодильного агента R502 *, который представляет собой азеотропную (с фиксированной точкой кипения) смесь1 холодильных агентов R22 и R115. Эти холодильные агенты известны под названием фреоны* 1 2, а каждый из них имеет определяющее число.
Холодильный агент R11 имеет очень низкое рабочее давление, для получения значительного охлаждающего эффекта необходима интенсивная .циркуляция агента в системе. Преимущество этого агента особенно проявляется при использовании в установках кондиционирования воздуха, поскольку для воздуха требуются относительно малые затраты мощности.
Первым из фреонов, после того как они были открыты и стали доступны, получил широкое практическое применение фреон R12. К его недостаткам относится низкое (ниже атмосферного) давление кипения, в результате чего из-за любых неплотностей в системе появляется подсос в систему воздуха и влаги.
В настоящее время наиболее распространенным холодильным агентом является R22, благодаря которому обеспечивается охлаждение на достаточно низком температурном уровне при избыточном давлении кипения. Это позволяет получить некоторый выигрыш в объеме цилиндров компрессора установки и другие преимущества. Объем, описываемый поршнем компрессора, работающего на фреоне R22, составляет примерно 60% по сравнению с описываемым объемом поршня компрессора, работающего на фреоне R12 при тех же условиях.
Примерно такой Же выигрыш получается при применении фреона R502. Кроме того, из-за более низкой температуры нагне-
* В соответствии с международным стандартом (МС) .ЦСО 817 для обозначения холодильных агентов применяется условное обозначение холодильного агента, которое состоит из символа R (refrigerant) и определяющего числа. В связи с этим прн переводе введено обозначение холодильных агентов R. (Примеч. пер.)
1 Специфическая смесь различных веществ, обладающая свойствами, отличными от свойств каждого вещества в отдельности. (Примеч. пер.)
2 Согласно ГОСТ 19212—73 (изменение 1) для фреона установлено название хладон. (Примеч. пер.)
148
-гания компрессора уменьшается вероятность коксования смазочного масла и поломки нагнетательных клапанов.
Все названные холодильные агенты не вызывают коррозии и могут применяться в герметических и бессальниковых компрессорах. В меньшей степени воздействует на лаки и пластические материалы применяемый в электродвигателях и компрессорах холодильный агент R502. В настоящее время этот перспективный холодильный агент стоит еще достаточно дорого и поэтому не получил широкого применения.
Хладоносители применяются в крупных установках кондиционирования воздуха и в холодильных установках, охлаждающих грузы. В этом случае через испаритель циркулирует хладоноси-тель, который затем направляется в помещение, подлежащее охлаждению. Хладоноситель применяется тогда, когда установка велика и разветвлена, для того чтобы исключить необходимость в циркуляции в системе большого количества дорогостоящего холодильного агента, который имеет очень высокую проникающую способность, т. е. может проникать через малейшие неплотности, поэтому очень существенно свести к минимуму число соединений трубопроводов в системе. Для установок кондиционирования воздуха обычным хладоносителем является пресная вода, которая может иметь добавку раствора гликоля.
Наиболее распространенным хладоносителем в больших рефрижераторных установках является рассол — водный раствор хлористого кальция, к которому для уменьшения коррозии добавляют ингибиторы.
9.2.	ЭЛЕМЕНТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Компрессоры. В морских установках применяются компрессоры трех типов: центробежные, винтовые и поршневые. Центробежные компрессоры работают на фреоне R11 и R12 и используются в крупных установках кондиционирования воздуха. По внешнему виду центробежные компрессоры похожи на горизонтальные центробежные! насосы и могут иметь одну или несколько ступеней.
Поршневые компрессоры применяются в широком диапазоне — ОТ установок кондиционирования до низкотемпературных установок для охлаждения груза. Эти компрессоры обычно компактны и выполняются с вертикальным, V- или W-образным расположением цилиндров. Устройство четырехцилиндрового W-образного компрессора показано на рис. 9.2. Принцип действия этого компрессора во многом схож с работой поршневого воздушного компрессора. Для обеспечения низких температур компрессор может выполняться двухступенчатым. Имеются конструкции, предусматривающие перевод компрессора из режима одноступенчатого в режим двухступенчатого сжатия в зависимости от потребности.
149
Ввиду того что картер компрессора находится под давлением холодильного агента, предусмотрен сальник приводного вала, предназначенный для уплотнения картера. В бессальниковых или герметических компрессорах этой проблемы не существует, так как электродвигатель встроен в корпус компрессора. Винтовые компрессоры в крупных установках вытесняют поршневые, и происходит это по двум причинам: первая — меньшее число и большая компактность холодильных машин при той же холодопроизводительности; вторая — небольшое число подвижных частей, что обеспечивает более высокую надежность и упрощает эксплуатацию компрессора. Применяются два вида винтовых компрессоров: первый — с двумя роторами-винтами, находящимися в непосредственном зацеплении; второй — более современный с одним ротором-винтом и двумя звездочками по одной с каждой его стороны. Звездочки сжимают пар агента в противоположных направлениях, поэтому осевое усилие в компрессоре уравновешено.
Принцип действия компрессоров обоих типов в определенной степени схож с работой винтовых насосов (см. гл. 6). Для обеспечения плотности между роторами в компрессор впрыскивается масло, а для.того чтобы оно^ не проходило в систему, на стороне нагнетания установлены маслоотделители, более крупные и сложные, чем у поршневых компрессоров. Ввиду того что часть теплоты сжатия передается смазочному маслу, в состав агрегатов включают крупные маслоохладители, которые охлаждаются водой
150
воды; IV— выход забортной воды
или хладоносителем. Из-за того что приводные электродвигатели компрессоров работают на переменном токе и имеют постоянную частоту вращения, для уменьшения подачи применяют различные виды устройств, разгружающих цилиндры компрессора. Такое устройство осуществляет удержание всасывающих клапанов компрессора в открытом положении.
Конденсаторы. Как отмечалось, большинство конденсаторов выполняются кожухотрубными и охлаждаются водой. Типичный современный конденсатор показан на рис. 9.3. Здесь видно, что холодильный агент проходит снаружи трубок, а охлаждающая вода движется внутри них. В конденсаторе, охлаждаемом забортной водой,, предусматривается двухходовое движение воды. Обслуживание водяной части конденсатора осуществляется в соответствии с рекомендациями, приведенными для охладителей в гл. 7. У конденсаторов, имеющих длину 3 м и более, предусматривают Двойной выход жидкого агента, с тем чтобы обеспечить бесперебойное поступление жидкости в систему во время качки судна.
Испарители. Испарители делятся на два вида; испарители непосредственного охлаждения, в которых холодильный агент охлаждает непосредственно воздух, и кожухотрубные, в которых холодильный агент охлаждает хладоноситель.
151
Рис. 9.4. Испаритель:
а — общее устройггво; б — разрез по внутренней оребренной трубе; / — вход холодильного агента; /7 — всасывание холодильного агента в компрессор; 777 — вход воды нлн рассола;
IV — выход воды или рассола; / — дренажная труба со смотровым стеклом
Простейшим испарителем непосредственного охлаждения является пучок трубок с увеличенной поверхностью благодаря их оребрению. Холодильный агент кипит в трубках и охлаждает воздух, который прогоняется снаружи вентилятором, обеспечивающим циркуляцию воздуха. Испарители такого типа могут быть установлены для охлаждения провизионных шкафов, в которых вецтилятор и испаритель выполнены в едином агрегате, а также в системах непосредственного охлаждения рефрижераторных трюмов и систем кондиционирования воздуха, где вентилятор или вентиляторы могут быть установлены отдельно от испарителя.
Более сложную конструкцию имеют кожухотрубные испарители, применяемые для охлаждения хладоносителя (рис. 9.4). Здесь холодильный агент проходит внутри трубок, а хладоноси-тель омывает ряды трубок снаружи.
Перед трубной доской холодильный агент разбрызгивается таким образом, чтобы гарантировалось равномерное распределение его по всем теплообменным трубкам. Попавшее в испаритель масло отводится через дренажную систему и поэтому в трубки не попадает. В испарителях рассматриваемого типа для улучшения теплопередачи имеются две конструктивные особенности: первая — теплообменные трубки со стороны холодильного агента имеют спиральное оребрение (как показано на рис. 9.4) или же вставку в виде алюминиевой звезды, имеющей спиральную форму; вторая — в корпусе испарителя имеются перегородки, обеспечивающие движение рассола поперек трубок.
152
Клапаны регулирования потока холодильного агента. Обычно на жидкостной линии перед регулирующим вентилем устанавливают соленоидный вентиль. Им управляет термостат в зависимости от температуры воздуха в охлаждаемом помещении или температуры хладоносителя.
Соленоидный вентиль используется также для отключения некоторой части контура в охладителе, когда машина работает в условиях частичной нагрузки.
Регулирующий вентиль — это наиболее сложная часть устройства, которое регулирует поток холодильного агента из полостей высокого давления в полости низкого давления. Этот вентиль может быть выполнен как терморегулирующий (рис. 9.5). Термобаллон воспринимает температуру холодильного агента на выходе из испарителя, и соответственно при этом увеличивается или уменьшается открытие клапана. Работа прибора зависит от разности давлений на нагнетательной и всасывающей стороне. Поэтому очень существенно, чтобы давление нагнетания поддерживалось на максимальном или близком к нему значении. Так, если судно находится в районе с холодной забортной водой, необходимо осуществлять рециркуляцию охлаждающей воды, чтобы поддерживать нужное давление конденсации. Если этого не делается, вентиль работает неустойчиво, в результате чего жидкий холодильный агент может прорываться во всасывающую трубу компрессора.
Вспомогательные устройства. Маслоотделитель устанавливается на стороне нагнетания компрессора и является обязательной частью агрегатов с винтовыми компрессорами. Для других видов компрессоров маслоотделители могут устанавливаться или не устанавливаться в зависимости от взаимного расположения частей агрегата и длины трубопровода. .
Осушители холодильного агента обязательно используются во фреоновых установках для удаления влаги, оказавшейся в системе. В противном случае влага может замерзнуть в регулирующем вентиле и существенно нарушить работу установки.
Рис. 9.5. Терморегулирующий вентиль: ^—отверстие; 2 — диафрагма; трубка и пространство, заполненные холодильным аген-ом; 4 _ капиллярная трубка; чувствительный баллон; 6 — даритель; 7 — клапан; 8 — пру-] _На> 9— регулировочный виит; жидкость нз конденсатора;
** — пар к компрессору
153
Жидкостный ресивер может включаться в состав установки по следующим соображениям: являясь дополнительной емкостью, он, во-первцх, создает резерв холодильного агента в системе, необходимый для работы установки в различных режимах; во-вторых, обеспечивает хранение агента,'когда необходимо откачать его из системы.
В малых установках откачиваемый из системы холодильный агент обычно собирают в конденсатор.
9.3.	ОХЛАЖДЕНИЕ РЕФРИЖЕРАТОРНЫХ ТРЮМОВ И НЕПОЛАДКИ В СИСТЕМЕ ХОЛОДИЛЬНОГО АГЕНТА
Рефрижераторные суда обычно снабжаются холодильными установками, которые обеспечивают охлаждение нескольких грузовых помещений до различных температур.
Рассмотрим три части холодильной установки, охлаждающей трюмы: центральную холодильную установку, рассольную систему и воздушную систему. На рис. 9.6 показана центральная холодильная установка. Холодильный агент проходит через конденсатор и регенеративный теплообменник и распределяется по четырем контурам, каждый из которых имеет свой терморегулирую-
Рис. 9.6. Центральная холодильная установка:
/ — маслоохладитель; 2 — винтовой компрессор; 3 — конденсатор; 4 — регенеративный теплообменник; 5 — кожухотрубный испаритель; 6 — осушитель: 7 — маслоотделитель; 8 —- масляная цистерна; /, // — вход и выход забортной воды; HI, IV — вход и выход рассола
154
Рис. 9.7. Оборудование рефрижераторного трюма:
/ — канал подачи воздуха; 2 — вентилятор; 3 — канал подвода воздуха к вентиляторам; 4— канал подвода воздуха к охладителям; 5 — всасывающий канал через решетчатый комингс; 6 — отверстия, для всасывания воздуха; 7 — переборка охладителя; 8 — воздухоохладитель;
9 — поток воздуха
щий вентиль. Наличие четырех контуров позволяет регулировать площадь испарительной поверхности в зависимости от нагрузки конденсатора в данное время. Таким образом осуществляется широкое регулирование холодопроизводительности. Большой маслоотделитель, как уже отмечалось, является особенностью установок с винтовыми компрессорами. Путь возвращения масла в компрессор показан на рис. 9.6.
Каждый контур холодильного агента имеет свой испаритель, который помещается в корпусе охладителя рассола и работает независимо. В составе холодильного оборудования грузового или контейнерного судна может быть несколько таких установок. Поскольку i они не связаны между собой, каждая из них может поддерживать заданную температуру на выходе рассола из охладителя. Каждый контур рассола имеет свой циркуляционный насос, и его трубопровод окрашивают своим определенным цветом. Холодильный рассол подается в воздухоохладители грузовых помещений, расход его регулируется в зависимости от температуры воздуха, выходящего из воздухоохладителя. Вентиляторы по каналам направляют воздух в воздухоохладители, затем воздух подается под решетки, на которые уложен груз (рис. 9.7). Благодаря этому холодный воздух может проходить' вверх в пространство между штабелями груза. Затем воздух снова всасывается вентиляторами. Устройство двойного контура в каждом испари
155
теле повышает возможность регулирования и живучесть системы на случай ее неисправности. Для малых рефрижераторных грузовых помещений и провизионных кладовых применяется система непосредственного охлаждения (рис. 9.8). Регулятор давления «до себя» поддерживает заданное повышенное давление (и температуру кипения) в испарителе помещения, где должна поддерживаться повышенная температура, чтобы исключить переохлаждение груза. Если в этом же контуре в одном из помещений должна поддерживаться низкая температура, регулятор «до себя» должен быть выключен посредством обводного трубопровода.
Охладитель жидкости, показанный на рис. 9.8, необходимо применять в схемах, где участок трубопровода между конденсаторном и испарителем имеет большое сопротивление движению агента. В этом теплообменном аппарате жидкость переохлаждают для того, чтобы воспрепятствовать вскипанию агента до достижения им терморегулирующего вентиля.
Контейнеры, которые должны охлаждаться, перевозят в определенных условиях. В тех случаях, когда рефрижераторные контейнеры перевозят на судне, которое для этой цели не приспособлено, или перевозят в небольшом количестве, для охлаждения контейнеров применяются встроенные или приставные холодильные агрегаты, снабжаемые энергией от судовой электростанции. Эти агрегаты могут охлаждаться воздухом и водой. В случае когда агрегат охлаждается воздухом и находится ниже палубы, обеспечивается соответствующая вентиляция, при охлаждении водой агрегат подключается к водяной системе.
Рис. 9.8. Система непосредственного охлаждения:
/ — компрессор; 2 — маслоотделитель; 3 — конденсатор; 4 — охладитель жидкости (если предусмотрен); 5, 6 — охлаждаемые помещения (№ 1 и № 2); 7 — регулятор давления <до себя» (с сервоуправлением); 8 — осушитель; 9 — жидкостный ресивер; 1> // — выход и вход забортной воды; III — от резервного компрессора; IV — к резервному компрессору
156
Суда, предназначенные для перевозки рефрижераторных контейнеров, имеют системы каналов. Они могут быть выполнены в виде горизонтальной кольцевой канальной системы, в которой 48 контейнеров обслуживаются одним охладителем, расположенным в специальном отсеке судна, или в виде вертикальной канальной системы, в которой каждая группа контейнеров имеет свой канал и свой охладитель. Система второго типа применяется для стандартных контейнеров, в конструкции которых предусмотрены два проходных отверстия в стене, противоположной двери. Воздух подается через нижнее отверстие контейнера, попадает в нагнетательную полость, затем поднимается через напольные решетки, омывает груз и отводится через потолочный канал и верхнее отверстие. Соединения между каналом и контейнерами выполнены в виде муфты, управляемой при помощи пневматики.
Неполадки в системе холодильного агента. Во время работы холодильной установки могут возникнуть неполадки, которые будут влиять на работу установки.
Избыток холодильного агента в системе приводит к повышению давления Конденсации. В этом случае агент должен быть собран в конденсаторе и избыток его удален в баллон, предназначенный для хранения агента.
Наличие воздуха в системе также сопровождается повышением давления конденсации. В этом случае при закрытом жидкостном клапане на выходе из конденсатора холодильный агент отсасывают из системы в конденсатор и охлаждают забортной водой. При открывании воздушного клапана воздух, собранный над жидким холодильным агентом, удаляется из конденсатора наружу.
Недостаток фреона в системе проявляется в снижении давления нагнетания компрессора и появлении пузырьков в смотровом стекле на жидкостном трубопроводе. При этом следует проверить систему на плотность для выявления и устранения неплотностей. Лампа, используемая для поиска утечек хладона, может работать на метиловом спирте; более распространены лампы, заряжаемые бутаном или пропаном. Хладон подсасывается в пламя лампы,, которое при этом изменяет свой цвет с зеленого на синий соответственно концентрации фреона в воздухе.
Во время дозарядки системы жидкостный клапан на конденсаторе должен быть закрыт, и агент подается в систему перед регулирующим вентилем до тех пор, пока система при работе не будет создавать достаточного охлаждения. Дозарядку можно производить и на выходной стороне регулирующего вентиля. Это занимает меньше времени, но требует от обслуживающего персонала большого опыта, чтобы избежать попадания жидкости в. компрессор и повреждения его от гидравлического удара. Влага, сказавшаяся в систему, как уже отмечалось, может превратиться в лед и закупорить регулирующий вентиль. В результате этого
157
уменьшается давление на стороне испарителя и повышается давление на стороне конденсатора. Следует регулярно проверять работу осушителя и при необходимости менять адсорбент. Признаком нормальной работы регулирующего вентиля является обмерзание его выходного (но не входного) штуцера.
9.4.	КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА
Судно в процессе плавания находится в разных широтах и, следовательно, в различных климатических условиях. При этом экипажу должны быть созданы приемлемые условия для работы, не зависящие от погоды. Температура воздуха сама по себе еще нё является достаточным критерием для оценки условий, влияющих на человека. Более полно эти условия определяются температурой совместно с относительной влажностью воздуха. Относительная влажность выражается в процентах и равняется отношению давления водяных паров в испытуемом воздухе к давлению насыщенных паров в воздухе при той же температуре ’.
Способность воздуха поглощать влагу уменьшается, если воздух охлажден, и повышается, когда воздух нагрет. Это важное свойство воздуха используется для кондиционирования. Другими учитываемыми факторами являются близость источников тепла, солнечная радиация, изоляция помещения и др.
Назначением системы кондиционирования воздуха является создание комфортной рабочей среды (микроклимата) независимо от внешних условий. Необходимая обработка воздуха не может быть полностью осуществлена в закрытой системе, в которой циркулирует одинаковое количество воздуха, так как некоторая часть воздуха потребляется людьми и машинами. Возникает необходимость обновления циркулирующего воздуха. Общественные помещения оборудуются системой со сниженным количеством обновленного воздуха в тех случаях, когда стоимость полного обновления воздуха представляется слишком высокой. Камбуз и санитарные помещения, например, должны иметь полное обновление воздуха, но здесь количество свежего воздуха и, следовательно, стоимость его обработки будут невелики. Системы кондиционирования могут быть рассчитаны на полное обновление воздуха, хотя особой необходимости в таком режиме нет.
1 Согласно принятому в СССР определению относительной влажностью на» зывается отношение парциального давления водяных паров, содержащихся в воздухе, к парциальному давлению водяных паров в насыщенном воздухе при той же температуре. В практических расчетах относительную влажность принимают равной отношению влагосодержания ненасыщенного воздуха к влагосодержанию насыщенного воздуха при той же температуре. (Примеч. пер.)
158
Шум и вибрация от оборудования, используемого в системе, должны быть сведены к минимуму, чтобы исключить дискомфорт.
На судах применяются в основном системы трех типов кондиционирования воздуха: одноканальная, двухканальная и одноканальная с концевыми доводочными подогревателями.
Одноканальная система (рис. 9.9) широко используется на грузовых судах. Обычно устанавливают несколько центральных кондиционеров, чтобы подавать кондиционируемый воздух в группу кают или помещений .через одну трубу или канал. В летнем режиме смесь наружного и рециркуляционного воздуха во время прохождения его через кондиционер охлаждается и осушается (часть влаги при этом из воздуха выпадает). В зимнем режиме смесь воздуха нагревается паром, горячей водой или электрическим подогревателем и увлажняется. Температура и влажность воздуха в центральном кондиционере регулируется автоматически. В обслуживаемом помещении регулирование осуществляется изменением подачи воздуха.
Двухканальная система (рис. 9.10) характеризуется большими возможностями регулирования и применяется на пассажирских, судах. Из центрального кондиционера в первый канал подается охлажденный и осушенный воздух, а во второй канал — охлажденный воздух, который подогревают. По этим двум каналам воздух подается в каютный воздухораспределитель, где смеши-
Рис. 9.9. Одиоканальная система:
наРУжный воздух; II— рецнркуля-м₽пННЬоЙ ВОЗДУХ: / — смесительная ка-охла’ 2 ~ вентнлят°Р: 3 — Фильтр; 4 — клап?ИТегЬ’ 5 — пРеДохраннтельный ные Н; 6 ~ Увлажнитель; 7 — зональ-ва->г, нагРевателн; 8 — изолированные °здушные каналы; 9 — камеры; 10 — воздухораспределитЪ'лн
Рис. 9.10. Двухканальная система:
/ — смесительная камера; 2— вентилятор; 3 — фнльтр; 4 — охладитель; 5 — предохранительный клапан; 6— увлажнитель; 7 — нагреватель; 8 — вторичный нагреватель; 9 — изолированные воздушные каналы; 10 — камеры охлаждаемого воздуха; // — камеры подогретого воздуха; 12 — воздухораспределители с регулируемым смещением; Л — каналы подогретого воздуха; Б — каналы охлажденного воздуха; / — свежий воздух; // — рециркуляционный воздух
159
Рис. 9.11. Система непосредственного охлаждения воздухоохладителя:
1 — конденсатор: 2 — охладитель; 3 — нагреватель; 4 —система байпасирования горячего #пара; 5 — компрессор
вается по желанию в нужной пропорции, и поступает в обслужи-ваемое помещение. В зимнем режиме воздухоподогреватели центрального кондиционера нагревают воздух для обоих каналов, в результате чего к каждому помещению подается для смешивания теплый и горячий воздух.
Одноканальная система с концевыми доводочными подогревателями применяются для судов, работающих в основном в холодном климате. В центральном кондиционере воздух охлаждается и осушается или нагревается и увлажняется в зависимости от атмосферных условий. В дополнение к этой обработке перед самой подачей в обслуживаемое помещение воздух нагревается в дово
дочном нагревателе, если это требуется, в зависимости от настройки каютного термостата. Система охлаждения центрального кондиционера показана на рис. 9.11. Это система непосредственного охлаждения, в которой использованы поршневой компрессор, конденсатор, охлаждаемый забортной водой, терморегулирующий вентиль. Воздух, подлежащий охлаждению, проходит через воздухоохладитель. Для уменьшения холодопроизводительности (что необходимо при уменьшении тепловой нагрузки) предусмотрен перепуск горячего пара с помощью байпасного клапана.
Эксплуатация рассмотренных систем включает обычный контроль за работой установки и очистку фильтров. Частота очистки зависит от места пребывания судна. Воздушные фильтры центрального кондиционера подлежат промывке или другим видам очистки.
9.5.	ВЕНТИЛЯЦИЯ
Вентиляция — это снабжение помещения свежим необработанным воздухом. Естественная вентиляция возможна в том случае, когда из-за изменения температуры или плотности воздуха может возникнуть его циркуляция в помёщении. При искусственной вентиляции для принудительного движения больших объемов воздуха используют вентиляторы. Естественная вентиляция применяется для небольших мастерских или складов, но она недо-
16а
статочно эффективная для судовых помещений, где имеются машины или работает значительное количество людей. Принудительная вентиляция может быть применена в трюмах, в которых благодаря циркуляции воздуха исключается конденсация влаги, удаляются газы, запахи и т. п.
Машинное отделение судна имеет большой объем, поэтому обслуживание его системой кондиционирования было бы связано с чрезмерными затратами. Ввиду этого машинное отделение оборудуется системой вентиляции, подающей воздух в количестве, достаточном для нормальной работы
машин, а также для охлаждения помещения. Система вентиляции машинного отделения показана на рис. 9.12. Подача воздуха к различным рабочим платформам обеспечивается осевыми вентиляторами по специальным каналам. Нагретый воздух поднимается в центре и покидает машинное отделение через жалюзи или отверстие в дымовой трубе. Пост управления машины, как отдельное помещение, может быть оборудован системой кондиционирования воздуха с. отдельным кондиционером, обеспечивающим полное обновление воздуха.
~IO -11 i-12
Рис. 9.12. Схема вентиляции машинного отделения:
1 — цистерна; 2, 4 —.помещения для вентиляторов; 3 — дымовая труба; 5 — переборка , машинного отделения; 6, 7, 9 — платформы; 8 — вытяжной вентилятор; 10— навес;
// — плиты машинного отделения; 12— верхняя часть днищевого танка
10.	ПАЛУБНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И УСТРОЙСТВА КОРПУСА
Ю.1. привод Палубных механизмов
В данной главе рассматриваются механизмы и устройства, рассоложенные на верхней палубе, а также оборудование, входящее в устройство корпуса. К палубным устройствам относятся швартовное, якорное, грузоподъемное устройства, а также люковые закрытия. Оборудование корпусной части судна включает в себя спасательные шлюпки и плоты, аварийное снабжение судна, водонепроницаемые двери, стабилизаторы качки и носовые подруливающие устройства.
При работе швартовного, грузового и якорного устройств обычно регулируется тяговое усилие или скорость перемещения якорных цепей, металлических и растительных канатов. Применяемые системы управления натяжением каната и регулирующие устройства оказывают существенное влияние на техническую эксплуатации) оборудования. Перед тем как рассматривать конструкцию применяемого оборудования, рассмотрим некоторые способы привода механизмов.
В основном для перечисленных выше механизмов используются паровой, гидравлический и электрический приводы. Применение каждого из приводов в зависимости от назначения и расположения механизмов имеет свои положительные и отрицательные стороны.
Паровой привод. Через паропроводы, проходящие по палубе и оборудованные регулирующими системами, пар подводится к различным механизмам. К впускному клапану определенного механизма пар подается от общего коллектора через отсекающий клапан подачи пара на группу оборудования. Для привода механизмов-обычно используются двухцилиндровые паровые машины двойного' действия. Клапаны подачи контрпара применяются в швартовных лебедках для регулирования натяжения каната при стоянке судна у причала или при перегрузке лебедок в процессе работы. Давление пара в главном паропроводе в результате потребления пара различными потребителями изменяется, и для поддержания давления в заданных пределах перед клапаном подачи контрпара устанавливают соответствующие стабилизирующие устройства. । Паровой привод широко использовался на танкерах с целью обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, но из-за значительных 1 эксплуатационных затрат на поддержание в должном техническом
162
состоянии больших по длине паропроводов и устаревших паровых машин пришлось заменить паровой привод механизмов на гидравлический.
Гидравлический привод. Этот привод состоит из масляной цистерны, насосов, регулирующего клапана, гидромотора, силовых трубопроводов. Масляная цистерна и насосы расположены в центральной насосной станции, откуда масло подается ко всем действующим устройствам. По давлению масла гидравлические системы делятся на три типа: низкого, среднего и высокого давления.
В линейных системах масло забирается из сборной цистерны и через регулирующий золотник подается к гидромотору. Используемое в гидромоторе масло возвращается обратно в цистерну и вторично подается насосами в нагнетательный трубопровод. В нагнетательном трубопроводе постоянно поддерживается высокое давление масла, которое через регулирующий золотник подается вновь к соответствующему гидромотору. В кольцевых замкнутых системах масло после гидромотора подается обратно во всасывающий патрубок насоса. Использование насосов переменной подачи обеспечивает надежную работу оборудования. При использовании в линейных системах масла низкого давления можно получить простую по конструкции систему и обеспечить безопасную и надежную работу оборудования. Но габаритные размеры оборудования у такой системы будут большими, оборудование будет иметь низкий к. п. д. и при длительной работе перегреваться. В судовых линейных и кольцевых системах наиболее часто используют средние значения давлений масла, благодаря чему можно уменьшить габаритные размеры оборудования.
Электропривод. Раньше в установках использовались электродвигатели постоянного тока, у которых изменение частоты вращения производилось изменением сопротивления электрических цепей. Низкий к. п. д. установки был основным недостатком систем постоянного тока, а более высокий к. п. д. можно было бы получить, применяя систему регулирования генератор-двигатель (Вард-Лео-нарда) *. Но высокая стоимость оборудования, входящего в систему Вард-Леонарда, а также значительные затраты на проведение ремонтных работ считаются одним из недостатков этой системы регулирования.
Для электродвигателей, работающих на переменном токе, изменение частоты вращения ротора осуществляется изменением значения магнитного потока или использованием электродвигателей с фазным ротором. У электродвигателей с фазным ротором небольшие пусковые токи, а потребляемая мощность тем меньше, чем выше частота вращения и лучше техническое состояние двигателя. Изменением значения магнитного потока в короткозамк-
тель' СИСТеМУ ®аРд'*^еонаРда в СССР принято называть система генератор-двига-6*	163
нутых асинхронных электродвигателях можно получить три различных режима частоты вращения его работы. Для этих двигателей характерны значительные пусковые токи, но эксплуатационные расходы на них меньше (см. гл. 14).
Кроме преимуществ и недостатков, присущих двигателям каждого типа и их системам управления, в' эксплуатации возникают проблемы, связанные с обеспечением работы электродвигателей в режиме перегрузки. Каждый электродвигатель имеет систему аварийной защиты, благодаря надежной конструкции двигателя обеспечивается его длительная и безопасная эксплуатация, а при соответствующем подборе оборудования достигается надежность работы всей установки.
10.2.	ШВАРТОВНОЕ, ЯКОРНОЕ И ГРУЗОВОЕ УСТРОЙСТВА
Швартовное устройство. На судах используются швартовные лебедки различных типов с разным конструктивным исполнением грузовых барабанов. Швартовная лебедка с обозначением отдельных элементов, показана на рис. 10.1. Грузовой барабан используется для поддержания заданного натяжения металлического или растительного каната, поданного на береговые кнехты, Турачка используется для швартовки судна к причалу при поданных на кнехты канатах.
Крутящий момент от приводного электродвигателя передается к грузовому барабану и турачке. При проведении Швартовных операций система управления обеспечивает изменение скорости и направления движения каната.
Современные швартовные лебедки также оборудованы системой поддержания заданного натяжения канатов. Приливы, отливы или изменение осадки при проведении грузовых операций вызывают изменение усилия натяжения швартовных канатов, а система автоматического регулирования обеспечивает их стравливание или выбирание до восстановления заданного усилия натяжения.
Якорное устройство. Брашпиль — это якорное устройство, обеспечивающее, как правило, одновременный подъем двух якорей с
Рис. 10.1. Швартовная лебедка:
/ — силовой электродвигатель; 2 — грузовой барабан; 3 — турачка; 4 — зубчатый редуктор
164
помощью одного механизма. Но на современных судах для каждого якоря устанавливается свой брашпиль.
Отдельный брашпиль, работающий на свой якорь, показан на рис. 10.2. Брашпиль осуществляет подъем или отдачу якоря через приводную звездочку, входящую в зацепление с якорной цепью, при этом швартовный барабан обеспечивает поддержание заданного натяжения канатов, а турачка используется для швартовки судна к причалу. Через муфты сцепления можно обеспечить раздельную работу каждого из элементов, но турачка обычно вращается одновременно со швартовным барабаном. Через редуктор, имеющий устройство для изменения передаточного отношения в целях увеличения усилия подъема, крутящий момент передается к силовому валу. Для обеспечения торможения якорной цепи и швартовного барабана при отсутствии питания электродвигателей каждое из этих устройств имеет свой тормоз.
Брашпиль, показанный на рис. 10.2, обеспечивает подъем и стравливание якорной цепи через палубный клюз, расположенный в центре цепного ящика. Около клюза устанавливается механический тормоз, обеспечивающий удержание якорной цепи в захватах.
В якорных устройствах некоторых типов используются якорные шпили, имеющие вертикально расположенный цепной барабан. На палубе при этом устанавливается механическая часть оборудования, а система управления размещается ниже палубы. Турачка или грузовой' барабан часто используется для обеспечения работы некоторых палубных механизмов, расположенных недалеко от якорных устройств.
Грузовое устройство. Для проведения перегрузочных операций используются грузовые системы различных типов, которые включают в себя и грузовые лебедки. Они безопасны при работе и обычно в случае работы с половинной нагрузкой могут иметь большие значения скорости.
В грузовой лебедке крутящий момент электродвигателя передается через редуктор на вал грузового барабана. Турачка используется для управления через топенант вылетом грузовой стрелы (топенант — это канат, закрепленный на вершине грузовой стрелы). Для обеспечения торможения грузовой системы при отсутствии питания электродвигателя или при наличии неисправностей в самой системе лебедка снабжена ручным тормозом.
Схема проведения грузовых операций спаренными стрелами показана на рис. 10.3. Одна стрела находится над причальной стенкой, а вторая — над трюмом. Топенант фиксирует вылет грузовой стрелы, а оттяжки, закрепленные на палубе, удерживают стрелу от поворота. К грузовым шкентелям от двух лебедок подвешен гак. Одновременная работа двух лебедок дает возможность поднимать, переносить и опускать груз. Это один из возможных вариантов работы грузовых стрел или грузового оборудования.
165
cn о
----К\
Рис. 10.2. Брашпиль:
/ — звездочка якорной цепи; 2 — швартовный барабан; 3 — турачка; 4— якорная цепь; 5—механические муфты сцепления; 6 — рукоятка ручного тормоза; 7 — ленточный тормоз; 8 — зубчатая муфта сцепления
Рис. 10.3. Система работы спаренными стрелами:
/ — гак над причалом; 2,5 — канаты к лебедке; 3 — комингс; 4 — гак над трюмом; 6 — оттяжка; 7, 10 — топенант; 8 — грузовая колонна; 9 — грузовая стрела над трюмом; 11 — грузовая стрела над причалом
Грузовое устройство данного типа было широко распространено на судах, и требовалось много времени на вооружение стрел оснасткой, а также на подготовку к проведению работ.
На современных судах вместо грузовых стрел устанавливают краны. Они размещаются на специальной круговой поворотной платформе между трюмами. Преимущество кранов заключается в возможности немедленного, если это необходимо, проведения работ. Кран обслуживает один оператор. Благодаря использованию двухскоростного электродвигателя обеспечиваются высокие скорости перемещения грузов. При проведении перегрузочных операций применяются различные навесные приспособления, например для перемещения генеральных грузов используется гак, а для сыпучих грузов — грейферы.
Грузовой кран для перегрузки генеральных грузов показан на рис. 10.4. Для обеспечения движения гака в трех плоскостях на кране установлены электродвигатель изменения вылета грузовой стрелы, электродвигатель перемещения грузового шкентеля, а также электродвигатель поворота крана. Из кабины обеспечивается хороший обзор, и один крановщик может выполнять операции по
Рис. 10.4. Кран для перегрузки генеральных грузов:
/ — электродвигатель поворота; 2 — крановая платформа; 3 — электродвигатели вылета стрелы и подъема груза; 4 — кабина оператора; 5 — грузовая стрела
167
перемещению груза. Кран приподнят на своей поворотной платформе над трюмами, благодаря чему удобно производить наружный осмотр крана. Для погрузки отдельных тяжеловесных грузов может быть предусмотрена система, обеспечивающая работу двух кранов под управлением одного оператора. При этом соблюдается синхронное перемещение платформ обоих кранов. Приводные двигатели кранов могут быть гидравлическими или электрическими.
Техническая эксплуатация. Отдельные элементы палубных механизмов подвергаются воздействию атмосферных условий. Именно поэтому стремятся применять механизмы1, выполненные в герметичном исполнении, со смазкой редуктора разбрызгиванием. Подшипники валов смазываются от пресс-масленок. Открытые зацепления и муфты смазываются периодически. Надежная техническая эксплуатация палубных механизмов во многом зависит от типа применяемого электродвигателя.
10.3.	ЛЮКОВЫЕ ЗАКРЫТИЯ
Люковые закрытия применяются для герметизации открытых люковых пространств. Универсальные стальные люковые закрытия состоят из некоторого числа механически соединенных между собой стальных секций. Люковые закрытия бывают различных конструкций. Большинство люковых закрытий просты по устройству, а благодаря возможности быстрого их открытия обеспечивается проведение перегрузочных операций без задержки во времени.
Люковое закрытие для верхних палуб типа «Мак-Грегор» показано на рис. 10.5. Секции перемещаются на роликах вдоль направ-
Рис. 10.5. Люковое закрытие трюма на верхней палубе:
/ — цепи для соединения секций; 2 — ролик; 3 — комингс люка; 4~ пульт управления: 5 — люковая секция
168
Рис. 10.6. Люковое закрытие твиндека:
/-—гидроцилиндр; 2 — пара секций; 3 — пульт управления; 4 — силовая электрическая цепь
ляющих, расположенных на комингсе люка. Отдельные секции, соединенные между собой цепями, сдвигаются к стойкам и устанавливаются благодаря этому в вертикальное положение. Открытие и закрытие крышки трюма производятся с помощью гидропривода. Люковые закрытия могут закрываться от усилия, которое создается с помощью крана или грузовой лебедки. Водонепроницаемость люкового закрытия обеспечивается благодаря установке прокладок в местах соединений. Уплотнение достигается поджатием крышки к комингсу специальными ручными или автоматическими захватами.
Люковое закрытие твиндека, расположенного ниже главной палубы, показано на рис. 10.6. Люковое закрытие имеет гидроцилиндр, работающий от автономной силовой гидросистемы, который приподнимает пару секций. В этой системе один гидроцилиндр устанавливается на каждой паре секций. Управляющее устройство расположено недалеко от закрытия, благодаря этому силовые трубопроводы имеют незначительную длину.
Затраты на техническую эксплуатацию подобных люковых закрытий незначительны, но для достижения этого необходимо регулярно проводить профилактические осмотры и ремонт оборудования. Большинство люковых закрытий, если это необходимо, можно' открыть вручную.
169
10.4.	СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ КАЧКИ
В основном на судах используются две системы стабилизации качки: с помощью бортовых управляемых рулей и с помощью цистерн. Системы устанавливаются для уменьшения качки, но полностью они ее не ликвидируют. Уменьшение качки достигается созданием усилия, которое противодействует силе, вызывающей появление крена судна.
Бортовые управляемые рули. На судне устанавливается одна или несколько пар бортовых управляемых рулей с каждого борта (рис. 10.7). Размеры или площадь бортового руля зависят от таких факторов, как ширина судна, его осадка, водоизмещение и т. д., но размеры руля незначительны по отношению к размерам судна. Бортовые стабилизирующие рули могут убираться с помощью специального поворотного устройства в выгородку носовой части корпуса судна или могут быть неподвижно зафиксированы относительно корпуса судна. Рули создают восстанавливающий момент, если судно кренится под влиянием волны или усилия, которое действует на один из бортов. Угол поворота рулей, а следовательно, и значение восстанавливающего момента определяется автоматической системой регулирования. Восстанавливающий момент возникает только при наличии встречного потока воды по ходу судна, действующего на развернутые стабилизирующие бортовые рули.
Вид А
Ркс. 10.7. Стабилизирующий бортовой руль:
/—закрылок; 2 — стабилизирующий руль; 3 — выгородка с ребрами жесткости, входящими в набор корпуса: 4 — гидроцилиндр для вываливания руля и обратного смещения в выгородку; 5 — верхний подшипник станины; 6 — нижний подшипник станины; 7 — гидромотор поворота руля; / — направление движения судна
170
С помощью системы регулирования определяется значение поправки для рулевого устройства, при этом одновременно подается сигнал на бортовые рули, благодаря чему происходит значительное уменьшение качки. Движение бортовых управляемых рулей осуществляется гидромоторами, приводимыми в действие от насосов переменной подачи.
Эффективность действия бортовых стабилизирующих рулей во многом зависит и от скорости их перекладки. Стабилизирующие рули данного вида имеют прямоугольную форму и обтекаемый профиль. Конструктивно бортовые стабилизирующие рули могут выполняться цельными и с подвижными закрылками, т. е. составными. При использовании составных бортовых рулей обеспечивается больший восстанавливающий момент и судно имеет меньший крен, но усложняется приводной механизм рулей.
По импульсам от двух гироскопических устройств система регулирования обеспечивает поворот бортовых стабилизирующих рулей; при этом одно гироскопическое устройство измеряет отклонение судна от вертикальной оси, а другое измеряет скорость нарастания крена. В итоге регулирующее воздействие является функцией амплитуды качки, ускорения и скорости нарастания крена, а также действительного значения угла наклона судна в данный момент времени.
Благодаря применению бортовых рулей точно и эффективно обеспечивается стабилизация положения судна, но эта система дорогостоящая и в большей степени используется на пассажирских судах, чем на транспортных. Следует при этом отметить, что при уменьшении скорости судна уменьшается восстанавливающий момент, что приводит к уменьшению устойчивости судна.
Стабилизирующие цистерны. В стабилизирующей цистерне создается восстанавливающее или противодействующее крену усилие благодаря запаздыванию перетекания потока жидкости в поперечной плоскости цистерны. Работа этой системы не зависит от скорости судна, система будет работать и на стоянке.
В поперечном танке находится определенная масса воды. При появлении крена вода будет перетекать с запаздыванием с одного борта на другой в зависимости от крена судна. В результате возникает усилие, препятствующее крену, благодаря чему уменьшается качка на ходу судна; во время стоянки масса воды в поперечном танке будет препятствовать возникновению крена.
Водяные массы вступают в действие при крене судна. Эффект перетекания жидкости с запаздыванием называется флум-эффект. Система является пассивной, так как перемещение водяного потока происходит только под воздействием силы тяжести.
Система бортовых цистерн с регулированием пассивного воздействия показана нц рис. 10. 8. Большие по высоте бортовые цистерны заполнены водой, благодаря чему создается большой момент сопротивлению качке. Но вода может перетекать из одной
171
Рис: 10.8, Система регулирования перетока воздуха в танках стабилизации судна: а — общее устройство; б — устройство управления клапанами; / — бортовой танк; 2 — канал перетока жидкости;* 3— силовая установка привода клапанов; 4— шкаф управления; 5 — выгородка для устройства, управляющего перепуском воздуха; 6 — выгородки в каждом бортовом тайке; 7—угловой рычаг клапанного привода от гидроцилиндра? 8—короб управления перетоком воздуха; 9— захлопка в открытом положении; 10— отражатель водяных брызг; 11 — гироскопическое управляющее устройство; 12 — клапан управления положением заслонок; 13— рычажная система привода клапанов; 14 — захлопка; /5 — воздухопроводы; 16— клапан, открываемый рычажным приводом; /7 — гндроцилнндр для открытия сдвоенных клапанов
цистерны в другую. В воздушном канале между двумя цистернами расположена система клапанов, которые приводятся в действие специальным механизмом в зависимости от крена судна. Благодаря разности давлений в воздушных пространствах цистерн регулируется переток жидкости и фаза максимальной стабилизации качки.
Система стабилизации качки с помощью цистерн проектируется специально для каждого судна с учетом данных испытания моделей. Уровень воды должен быть строго определенным и регулируется в зависимости от загрузки судна. При перетекании жидкости в цистернах появляется свободная поверхность, которая уменьшает эффективность работы системы стабилизации. Однако эта система работает и на стоянке судна, а для комплектации системы требуется меньше оборудования, чем для систем стабилизации бортовыми управляемыми рулями.
10.5.	ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫЕ ДВЕРИ
Водонепроницаемые двери устанавливают в местах прохода через водонепроницаемые переборки. На грузовых судах вход в туннель гребного вала должен быть оборудован водонепроницаемой дверью. Все водонепроницаемые двери, находящиеся ниже
172
рис. 10.9. Водонепроницаемая дверь:
/ — клапан «открыто — закрыто; 2 — автономный ручной насос; 3 — силовой гид-роцилиндр; 4 — индикатор положения двери; 5 —главная палуба; 6 — индикатор положения двери на мостике; 7 — силовой привод
ватерлинии, должны быть скользящего типа и установлены в горизонтальной или вертикальной плоскости. Водонепроницаемая дверь, перемещающаяся в горизонтальной плоскости, показана на рис. 10.9. В месте расположения двери переборку усиливают подкреплениями и устанавливают направляющие, вдоль которых дверь перемещается. Дверь приводится в движение от гидроцилиндра, имеющего механический или ручной привод. Двери должны также быть оборудованы системой управления, находящейся выше главной палубы. Система управления также может иметь механический или ручной привод. Следует регулярно проверять, чтобы двери свободно передвигались во время учебной пожарной тревоги. Необходимо также проверять, чтобы в системе механического привода не было воды, и следить за уровнем масла в цистерне. Направляющее устройство должно быть чистым и не загромождаться другими предметами.
10.6.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ
Носовое подруливающее устройство. Это устройство, которое устанавливается на судах различных типов для повышения их маневренности. Подруливающее устройство состоит из гребного винта,
173
который приводится в действие от электро- или гидропривода, установленного в поперечном проходном туннеле носовой части корпуса судна. При помощи перетока воды в определенном направлении через поперечный туннель обеспечивается смещение носовой части корпуса судна из одной стороны в другую при проведении маневровых операций или при постановке судна к причалу. Установка, как правило, управляется с мостика и эффективна тогда, когда судно неподвижно.
Подруливающее устройство с дистанционным управлением с мостика показано на рис. 10.10. С помощью сервомотора, установленного в корпусе редуктора, можно изменять шаг винта и направление движения потока воды. Благодаря этому в качестве привода можно применять нереверсивный двигатель, работающий с постоянной частотой вращения. При маневровых операциях приводной двигатель работает постоянно, а при установке нулевого шага винта будет полностью отсутствовать усилие для перестановки судна. Привод винта осуществляется через вал, муфту и коническую передачу. Благодаря применению специального уплотнения устраняется протечка воды в двигатель. Использование туннеля в подруливающем устройстве обеспечивает направленный выброс воды, при помощи которого и создается подруливающий эффект.
Рис. 10.10. Носовое подруливающее устройство:
/ — опорная стойка; 2 — лопасть винта; 3— поперечный туннель; 4 — соединительная муфта“ 5 — электродвигатель; 6 — редуктор с конической передачей
174
Оборудование, обеспечивающее безопасность мореплавания, включает агрегаты, необходимые для получения энергии в аварийной ситуации, насосы для осуществления различных откачек, спасательное оборудование, такое, например, как спасательные шлюпки и плоты, а также звуковую сигнализацию — различные тифоны.
Аварийное оборудование. Это оборудование „может приводиться в действие независимо от наличия всех остальных основных источников энергии. В состав аварийного оборудования входит аварийный генератор и аварийный пожарный насос. Оба механизма должны быть вынесены за пределы машинного отделения и размещаются в надстройках, расположенных на уровне или выше главной палубы. Аварийный генератор обычно расположен в районе одной из жилых палуб надстройки, а аварийный пожарный насос — на полубаке.
Аварийный генератор, оборудованный дизельным приводом, должен обладать достаточной мощностью, чтобы обеспечить питанием систему сигнальных огней и связи. Дизель имеет автономную топливную систему, благодаря чему обеспечивается гарантированный пуск агрегата. Для облегчения пуска дизеля могут использоваться аккумуляторные батареи, сжатый воздух или гидропривод. Дизели небольшой мощности обычно имеют воздушное охлаждение; дизели большой мощности имеют водяное охлаждение и радиатор, продуваемый воздухом и работающий как теплообменник. Малогабаритные силовые распределительные щиты расположены в специальном помещении и предназначены для питания различных аварийных систем.
В современных системах аварийного энергоснабжения предусматривается автоматический пуск аварийного генератора при обесточивании судна. Аварийные системы должны регулярно проверяться и в случае необходимости легко приводиться в действие. Топливная цистерна дизеля должна быть заполнена, вода залита в циркуляционный охлаждающий контур и система пуска должна находиться в рабочем состоянии. Аккумуляторные батареи должны быть заряжены, пусковые баллоны дизеля — заполнены воздухом.
Аварийный пожарный насос пускается в том случае, когда недостаточна подача насосов машинного отделения. Одна из воз-
Рис. 10.11. Аварийный пожарный насос с дизельным приводом:
/ — трубопроводы подачи и возврата масла; 2 — гидропривод бустерного насоса; 3 — бустерный иасос; 4 —. патрубок от кингстона забортной воды; 5 — трубопровод к пожарному насосу; 6 — пожарный иасос; 7 — отлнвной клапан пожарного насоса; 8 — дизель; 9 — масляный насос гидропривода
175
Рис. 10.12. Спасательная шлюпка:
/ — лючки различной формы; 2 — двери; 3 — окна; -/ — капот; 5 — пост управления; б — дизель; / — трубопровод сжатого воздуха для пуска дизеля; 8 — насос системы орошения; 9 — топливная цистерна
можных конструктивных схем аварийного пожаротушения, приме-няемая на крупнотоннажных танкерах, показана на рис. 10.11. Дизель, оборудованный автономной системой, устройствами пуска и т. д., приводит в действие пожарный и масляный насосы гидропривода. Масляный насос подает масло, под давлением к гидроприводу бустерного насоса забортной воды, который расположен в нижней части судна. Бустерный насос подает забортную воду от кингстона к пожарному насосу. От пожарного насоса забортная вода поступает в пожарную магистраль и далее к очагу пожара. Благодаря применению бустерного насоса обеспечивается надежная подача воды к пожарному насосу, несмотря на значительную высоту борта современных судов.
Спасательное оборудование. Это оборудование судна включает в себя спасательные круги и жилеты, спасательные шлюпки и плоты. Спасательные шлюпки надежно закрепляются на шлюпбал-176
ках, при помощи которых шлюпки можно вывалить за борт и поднимать наверх. Спасательные надувные плоты закрепляют на палубе в контейнерах. Шлюпки размещают с обоих бортов. Спасательные шлюпки, расположенные с одного борта, вмещают весь экипаж. Шлюпка должна иметь длину более 7,3 м и на ней должно быть в достаточном количестве провизии для обеспечения жизни людей в течение длительного промежутка времени (рис. 10.12). Снабжение шлюпки включает в себя весла, багор, компас, сигнальные ракеты, медикаменты, продовольствие и пресную воду. Одна из спасательных шлюпок должна быть оборудована двигателем внутреннего сгорания и иметь запас топлива на один день хода. Моторная шлюпка предназначена для буксировки остальных шлюпок от покидаемого судна.
С помощью шлюпбалок гравитационного типа обеспечивается вываливание и спуск шлюпки. В любом случае шлюпбалки должны обеспечивать гарантированный спуск шлюпок при крене до 15° на противоположный борт.
Гравитационные шлюпбалки одного из типов показаны на рис. 10.13. Шлюпка удерживается в гнезде канатами, которые на-
Рис. 10.13. Гравитационные шлюпбалки:
'-лебедка; 2—ось вращения цапфы стрелы; 3— предельный выключатель: 4— найтов-ный блок; 5 —замковое устройство; 6 .- оттяжка; 7 — подвеска; 8 — подвижный блок; 9 — стрела; 10 — звено сцепления с захватом шлюпки; И — рычажная защелка; 12, 15 — канатиые стопоры; 13— станина; 14— вырез на стопоре для каната; 16 — глаголь-гак
177
20-
Рис. 10.14. Спасательный плот:
1 — боковые спускные пробки; 2—общее отводное отверстие; 3— спасательный леер; 4—* стабилизатор качкн; 5— баллон с углекислым газом; 6 — рабочий вентиль; 7 — шланги для закачки секций; 8 — контейнер со снабжением; 9—внутренний леер трапа; 10— карман для плавающего ножа; // — отсек батареи; 12 — шлюпочный тент; 13— входной тент; 14— коллектор для сбора дождевой воды; 15— спасательный канат с плавающим кольцом; 16^ внутреннее освещение; /7 — наружный свет; /8 — рыболовные принадлежности; 19 — смотровой люк; 20—якорь; 2/— аварийная линия; 22—клапан для подзарядки; 23— стяжной канат; 24— верхние спускные пробки дннща; 25—верхние спускные пробки боковых камер
Рис. 10.15. Тифон:
а — общий вид; б — система регулирования сигналов; / — патрубок подвода воздуха: 2 — мембрана; 3 — клапан; 4—шнур для резервного включения; 5 — кнопка управления на мостике; 6 — реле времени; 7 — ручной прерыватель иа крыле мостика: 8— ручной прерыватель на мостнке; 9— распределительная коробка; 10—питание переменным током; 11— ручной прерыватель иа другом крыле мостика
зываются найтовы. Другой канат — лопарь, отдельный или совмещенный с найтовым, удерживает подвижной блок стрелы в верхнем положении. Найтовы и шлюпочный блок надежно удерживают шлюпку; если отдать найтовы и затем приотдать ручной тормоз, то стрелы повернутся и начнется вываливание шлюпки за борт. Оттяжки удержат шлюпку у борта для посадки экипажа. С носа и кормы шлюпки в район трюмов заводятся канаты, обеспечивающие удержание шлюпки у борта, и отдаются оттяжки. Когда вся команда сядет в шлюпку, то отдаются канаты и шлюпка спускается на воду. Канаты, на которых шлюпка поднимается из воды и опускается на воду, называются лопарями; скорость спуска, равная приблизительено 36 м/мин, регулируется центробежным тормозом. Ручной тормоз используется для изменения скорости спуска шлюпки на оттяжках или под действием собственной массы.
Спасательные плоты обычно вмещают до половины экипажа. Размещенные в цилиндрических контейнерах из стеклопластика плоты крепятся на палубных подставках. Когда контейнер выбрасывается за борт, происходит автоматическое надувание плота, контейнер раскрывается и отбрасывается в сторону. Камеры плота заполняются углекислым газом, находящимся в специальном баллоне. Спасательный плот одного из типов показан на рис. 10.14. Плот имеет герметичное закрытие. В плоту размещается аварийное снабжение такое же, как и в шлюпке. Спасательные плоты крепятся на палубе на подставках из дерева, за исключением плотов, которые опускаются в воду надутыми при помощи шлюпбалок, но плоты такого типа на грузовых судах практически не используются. Спасательные плоты размещаются так, чтобы при гибели судна они свободно всплыли на поверхность. При погружении судна гидростат на определенной глубине отдает крепление плота, который всплывает на поверхность, а так как канат привода газового баллона прикреплен к судну, то срабатывает механизм подачи газа и плот надувается.
179
Тифон. Международные правила определяют подачу звуковых сигналов в условиях плохой видимости. Судовые тифоны снабжаются прерывателями, благодаря которым можно подать любой сигнал при ручном управлении.
Тифон и схема управления показаны на рис. 10.15. Сжатый воздух проходит через мембрану, вызывает ее вибрацию, а звуковая волна усиливается в раструбе. Система управления обеспечивает подачу сигнала (гудка) любой продолжительности, пока будет замкнут прерыватель. Для подачи сигналов с интервалами во времени необходимо поставить реле времени. Большинство систем регулирования обеспечивает подачу одного длинного сигнала в течение 2 мин, в зависимости от настройки системы интервал времени может быть изменен. Сигнал можно подавать с кр*ыльев мостика или с самого мостика. Имеется привод ручного управления работой тифона. Рабочий воздух подается к мембране через дроссель расхода и может иметь различное давление настройки; колебания давления в воздушной магистрали не оказывают влияния на работу тифона.
11.	ВАЛОПРОВОДЫ И ГРЕБНЫЕ ВИНТЫ
11.1.	ВАЛОПРОВОДЫ
Валопровод на судне служит для передачи энергии от главного двигателя к движителю. Валопровод включает валы, подшипники и гребной винт. Упор от винта на корпус судна также передается через валопровод.
В состав валопровода входят упорный вал. несколько промежуточных валов и гребной вал, которые вращаются соответственно на упорных, опорных и дейдвудных подшипниках. Дейд-вудная труба с обеих сторон уплотняется сальниками. Все элементы валопровода показаны на рис. 11.1.
Упорные подшипники. Эти подшипники служат для передачи упора, возникающего при работе винта, на корпус судна, поэтому упорный подшипник должен иметь прочную конструкцию и быть установлен на достаточно жесткой опоре. Подшипник может выполняться отдельно или составлять единую конструкцию с главным двигателем. Подшипник должен быть рассчитан па передачу упора при переднем и заднем ходе, а также на различные нагрузки, включая аварийные.
Корпус автономного упорного подшипника (рис. 11.2) состоит из двух половин, соединяемых точными болтами. Упорная нагрузка воспринимается упорными подушками, благодаря которым можно изменять угол наклона. Эти подушки устанавливают в направляющих или на опорах и облицовывают белым металлом. В показанной на рис. 11.2 конструкции упорные подушки занимают три четверти окружности и передают весь упор на нижнюю часть корпуса подшипника. В других конструкциях упорные подушки расположены по всей окружности. Масло, увлекаемое упорным гребнем, при помощи скребка снимается с него и направляется к распорке, удерживающей подушки. Отсюда масло струей направляется к подушкам и подшипникам. Упорный вал имеет фланцы, при помощи которых он болтами крепится к фланцам валов двигателя или редуктора или к фланцу промежуточного вала.
В тех случаях, когда упорный подшипник является частью главного двигателя,, корпус подшипника составляет продолжение фундаментной рамы, к которой он крепится болтами. Принудительная смазка этого подшипника осуществляется от системы
181
Рис. 11.1. Схема валопровода:
/ — дейдвудиые подшипники, поддерживающие вал и винт; 2— кормовая втулка; 3 — носовая втулка (устанавливается не всегда); 4— дейдвудная труба; 5 — гребной вал; 6—ахтерштевень; 7 — переборка ахтерпика; 8 — промежуточный вал; 9 — опорные подшипники (устанавливаются не всегда); 10— упорный вал; 11—двигатель внутреннего сгорания, непосредственно передающий мощность на гребной вал; 12 — двигатель внутреннего сгорания илн турбина с передачей мощности на вал через редуктор; 13—главный двигатель; 14 — автономный упорный подшипник, служащий для передачи упора винта на корпус судна; 15 — промежуточные опорные подшипники, поддерживающие вал снизу; 16 — кормовой опор ный подшипник, поддерживающий вал сверху и снизу; 17 — дейдвудный сальник в машинном отделении; I — мощность двигателя; П — упор винта
смазки двигателя, а в остальном конструкция подшипника такая же, как и у независимого подшипника.
Опорные подшипники. Не все опорные подшипники валопровода имеют одинаковую конструкцию. Крайний кормовой опорный подшипник имеет как нижний, так и верхний вкладыш, так как он должен воспринимать и массу винта и вертикальную составляющую упора при работе винта, направленную вверх. Другие опорные подшипники служат лишь для поддержания массы вала и поэтому имеют только нижние вкладыши.
Один из средних опорных подшипников вала показан на рис. 11.3. Обычный для подшипников вкладыш заменен здесь по-
Рис. 11.2. Упорный подшипник:
1 — указатель уровня масла; 2—масляный скребок; 3 — упорный гребень 4— дефлектор; 5 — вал; 6 — стопор упорных подушек; 7 — упорная подушка; 8 — змеевик охлаждения, 9 — вкла
дыш опорного подшипника
182
Рис. 11.3. Опорный подшипник:
1 масляное кольцо: 2 — масляный скребок; 3—дефлектор: 4 — шарнирные опорные подушки
душками на шарнирной опоре. Такие подушки лучше воспринимают перегрузки и способствуют сохранению масляного клина достаточной толщины. Смазка осуществляется из масляной ванны, расположенной в нижней части корпуса. При помощи кольца, опущенного в ванну, масло при вращении вала увлекается вверх и поступает на смазку. Охлаждается масло в холодильнике трубчатого типа, помещенном в ванне, через которую пропускается забортная вода.
Дейдвудные подшипники выполняют две основные функции: поддерживают гребной вал; выполняют роль сальника, который предотвращает попадание забортной воды вдоль вала в машинное отделение. В дейдвудном подшипнике в качестве облицовки ранее применялось бакаутное дерево (отличающееся особо высокой плотностью), а смазка осуществлялась забортной водой. В применяемых в последнее время подшипниках используются залитые белым металлом вкладыши, смазываемые маслом. Одна из таких конструкций подшипника показана на рис. 11.4.
Масло подается к втулке подшипника через наружные каналы, расположенные аксиально, и через радиальные боковые отверстия с двух сторон во внутренние аксиальные каналы. В торцовой части втулки масло выходит и направляется к насосу и маслоохладителю. В системе смазки имеются два напорных масляных бака, причем для поддержания системы в рабочем состоянии в случае выхода из строя масляного насоса достаточно
183
Рис. 11.4. Кормовой дейд-вудиый подшипник, смазываемый маслом:
I — подвод масла; II — отвод масла; III —слив масла через клапан слива
использовать один масляный бак. На каждом из баков устанавливается аварийная сигнализация, предупреждающая о снижении уровня масла ниже допустимого.
На наружном и внутреннем концах гребного вала установлены специальны^ уплотнения. Давление в системе смазки устанавливается несколько выше статического давления забортной воды, чтобы предотвратить попадание воды в дейдвудную трубу, если уплотнение будет повреждено.
Валы валопровода. В составе валопровода на участке между упорным и гребным валом, в зависимости от расположения на судне машинного отделения, может быть один или несколько промежуточных валов. Все валы цельнокованые стальные с выполненными заодно фланцами соединяются при помощи кованых стальных точных болтов. Каждый промежуточный вал имеет фланцы с обеих сторон и, если он опирается на подшипник, в этом месте его диаметр увеличен.
На гребном валу также имеется фланец для соединения его с промежуточным валом. Другой конец гребного вала имеет коническую форму, которая соответствует коническому отверстию в ступице гребного винта. На конце конического хвостовика вала расположена резьба для гайки, которой гребной винт крепится к валу.
11.2.	ГРЕБНЫЕ ВИНТЫ
Гребной винт. Он представляет собой ступицу с несколькими лопастями геликоидальной формы, закрепленными на ней. При вращении винт как бы ввинчивается в воду, опираясь на столб воды, через который он проходит. Упорное усилие через валопровод передается к упорному подшипнику, а через него — на корпус судна.
184
Рис. 11.5. Цельнолитой гребной винт:
/—лицевая сторона лопасти; 2 — обратная сторона лопасти; 3 — ступица винта; 4 — проектированный контур лопасти; 5— развернутый контур лопасти: / — откидка лопасти; II — откидка лопасти в плоскости вращения; III — радиус; IV — сечение лопасти
На рис. 11.5 показан винт фиксированного шага, у которого лопасти выполнены заодно со ступицей. Хотя подобные винты называют винтами фиксированного шага, шаг их меняется по мере удаления от ступицы. Однако в каждой данной точке он постоянный, а для расчета берется некоторое усредненное значение шага.
Вращающийся по часовой стрелке винт, если смотреть на него со стороны кормы, называют винтом правого вращения. Большинство одновинтовых кораблей имеют винт правого вращения. У двухвинтовых судов винт правого вращения обычно располагается по правому борту, а винт левого вращения — по левому борту.
Крепление гребных винтов. Гребной винт крепится на коническом хвостовике гребного вала, и для передачи вращающего момента может быть применена шпонка. Встречаются, однако, конструкции без шпонки. На конец гребного вала навинчивается и фиксируется большая гайка. Затем при помощи болтов к торцу гребного вала крепится конус, служащий обтекателем для потока отходящей от винта воды.
Одним из способов бесшпоночной посадки винта на вал является посадка его на масле. На внутренней конической поверхности ступицы протачивается ряд аксиальных и поперечных кольцевых канавок. В'конический зазор между ступицей и валом
185
Рис. 11.6. Принцип действия гайки «Пилигрим»:
а — при посадке винта на вал; б — при снятии виита с вала; 1 — ступица гребного винта; 2—прокладка; 3— нажимное кольцо; 4—шина из нитриловой резины; 5 — соединительный шток; 6 — уплотнение; 7 — дистанционная трубка; 8 — гидравлический штуцер; 9— пробка;
10 — стопорная пластина; 11— гребной вал; 12—шпилька; 13— съемная плита
подается масло под высоким давлением. Благодаря этому значительно снижается трение между ступицей и валом. Насадка винта производится при помощи кольцевого гидропрессового устройства. После того как винт установлен на место, давление в масляных каналах снимается, масло сливается, а винт остается плотно посаженным на вал.
Существует еще одно устройство для посадки винта на конический хвостовик вала с натягом. Это патентованная гайка «Пилигрим». Используя эту гайку, можно добиться того, что вращающий момент с двигателя на винт будет передаваться благодаря трению, а не через шпонку, даже если она установлена. Гайка «Пилигрим» представляет собой гидравлический домкрат, навинчивающийся на конец хвостовика гребного вала при монтаже и демонтаже гребного винта (рис. 11.6). Под давлением от гидравлической системы в шине, выполненной из нитриловой резины, возникает усилие, передаваемое на нажимное кольцо. Через кольцо это усилие передается на ступицу винта при его посадке на конический хвостовик гребного вала. Для снятия винта гайка «Пилигрим» устанавливается в обратную сторону и к ней добавляется съемная плита, которая в этом случае крепится шпильками к ступице винта. При повышении давления в шине винт снимается с конуса. На рис. 11.6 показано действие гайки при установке и снятии гребного винта с вала.
Винты регулируемого шага. Эти винты состоят из ступицы и прикрепленных к ней лопастей. Механизм, расположенный внутри винта, позволяет производить одновременный поворот всех лопастей винта вокруг оси лопасти для изменения шагового угла, а следовательно, и шага винта. На рис. 11.7 показана , типовая конструкция установки винта регулируемого шага.
186
Рис. 11.7. Виит регулируемого шага:
1—	шток поршня; 2 — поршень; 3 — уплотнение лопасти; 4—болт крепления лопасти; 5 — лопасть; в—кривошип; 7 — цилиндр главного сервомотора; 8—поворотное кольцо; 9 — золотник; 10, 12—штоки золотинка, 11 — гребиой вал; 13 — главный иасос; 14 — зубчатое колесо; 15— зубчатое колесо с внутренними зубьями; 16 — невозвратный клапаи; 17 — ползун; 18— скользящий упор; 19 — штырь; 20 — вспомогательный сервомотор; 21 — корпус; 22 — уплотнение.
При получении сигнала на изменение шага приводится в действие золотниковый клапан, регулирующий подачу масла низкого давления во вспомогательный сервомотор. Последний служит для перемещения ползуна, через который движение передается к штоку золотника, проходящего внутри вала к ступице винта. Золотник в свою очередь служит для подачи масла высокого давления в ту или иную полость цилиндра главного сервомотора. Поступательное движение цилиндра через шатуны и поворотное кольцо преобразуется во вращательное движение лопастей вокруг своей оси. Все лопасти продолжают свое вращение до тех пор, пока сигнал обратной связи не уравновесит сигнала на изменение шага, и тогда подача масла низкого давление во вспомогательный сервомотор прекращается. Для аварийного изменения шага винта золотниковый клапан управления вспомогательным сервомотором имеет ручной привод. Масляные насосы приводятся во вращение от валопровода.
Механизм управления шагом винта обычно гидравлический, подача масла производится через гребной вал. Управление механизмом осуществляется непосредственно с мостика. Изменение шага винта вызывает изменение упора винта, и так как существует положение нулевого шага, то двигатель при маневрировании можно не останавливать. Лопасти винта могут поворачиваться, создавая упор для получения заднего хода, так что исчезает необходимость в реверсировании двигателя.
Кавитация. Сущность кавитации заключается в том, что на задней стороне лопасти винта при его вращении в результате изменений давления образуются и исчезают пузырьки водяного пара. Последствиями кавитации являются снижение упора винта, эрозия на поверхности лопастей, вибрация и шум в кормовой части судна. Однако эти явления возникают при вращении винта с большой частотой при высоких нагрузках па винт. Если же винт подобран удачно, то в обычных условиях эксплуатации кавитация не наблюдается.
Обслуживание гребных винтов. При стоянке судна в сухом доке появляется возможность тщательно осмотреть винт. Квалифицированный персонал дока выполняет все необходимые ремонтные работы. Особенно тщательно следует осматривать кромки лопастей для выявления трещин. Даже мельчайшие трещины нельзя упускать из виду, так как они являются причиной возникновения местных напряжений, и если винт подвергнется удару, то может сломаться лопасть. Трещины в лопастях необходимо заваривать с применением специальных электродов.
Особое внимание следует обращать на погнутые лопасти. За исключением случаев, когда погнутость лопастей небольшая, ее следует устранять с применением нагрева. Однако после этого нужно произвести общий нагрев винта для снятия напряжений в ранее нагретом месте.
188
12.	РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ
12.1.	ТРЕБОВАНИЯ К РУЛЕВЫМ МАШИНАМ
Рулевая машина обеспечивает поворот руля в соответствии с сигналом с мостика.
Рулевое устройство состоит из трех частей: системы управления, силового агрегата и рулевого привода. Система управления передает с мостика сигнал на поворот руля и обеспечивает работу силового агрегата и рулевого привода до тех пор, пока не будет достигнут заданный угол поворота руля. Силовой агрегат создает усилие, необходимое для поворота руля на заданный угол. Рулевой привод — это устройство, посредством которого осуществляется движение непосредственно руля.
Рулевое устройство должно удовлетворять определенным требованиям. В частности, оно должно иметь два независимых средства перекладки руля; при наличии двух силовых агрегатов вспомогательный силовой агрегат не требуется. Мощность и вращающий момент агрегата должны быть такими, чтобы перекладка руля с 35° одного борта на 35° другого осуществлялась при максимальной скорости судна за время, не превышающее 28 с*. Рулевая машина должна быть защищена от ударных нагрузок. Управление рулевой машиной должно производиться также из румпельного отделения.
Танкеры, имеющие валовую вместимость 10 000 per. т и более, должны иметь две независимые системы управления рулевой машиной с мостика. В случае выхода из строя одной из систем управления переход на другую должен осуществляться без задержки непосредственно с мостика. Рулевая машина должна иметь два независимых привода; при выходе из строя одного из них переход на другой должен осуществляться автоматически в течение 45 с. При любой неполадке рулевой машины, когда требуется ее переключение, включается аварийная звуковая и световая сигнализация на мостике. Рулевая машина может быть оборудована гидравлической системой управления, известной как телемотор, или электрической.
* Приведенные здесь и далее требования к рулевым машинам соответствуют требованиям, принятым в СССР согласно первому комплекту поправок к СОЛАС-74 и правилам регистра СССР. {Примеч. пер.)
189
Рис. 12.1. Радиально-поршневой иасос переменной подачи «Хил-Шоу»:
j, 3, /5 — отверстия и каналы неподвижного золотника; 2 — приводной вал; 4 — поршень; 5— палец; 6 — ползун; 7 — крышка со стороны вала; 8 — корпус насоса; 9 — крышка со стороны подвода трубопроводов; 10 — регулировочный блок; // — роликовый (или шариковый> подшипник; 12 — шариковый подшипник; 13, 14 — отверстия для подсоединения трубопроводов; 16—блок цилиндров; 17—регулировочное кольцо; 18—соединение с системой управления с мостика; 19— тяга
12.2.	НАСОСЫ
Применяемые силовые агрегаты делятся на гидравлические и электрические. Рассмотрим сначала агрегаты гидравлического типа. Насос необходим для того, чтобы посредством гидравлической системы по сигналу с мостика мгновенно создавать усилие для перекладки руля. Перекладка руля при команде с мостика должна производиться немедленно, поэтому необходимо, чтобы двигатель силового агрегата работал непрерывно, а подача жидкости насосом осуществлялась только в тот момент, когда это потребуется. Этим качеством обладают насосы переменной подачи.
Насосы переменной подачи. Эти насосы бывают различных конструкций. В насосах каждой из конструкций изменяется ход поршней насоса, чтобы подача масла изменялась от нуля до определенного максимального значения. Это достигается применением в конструкции насоса регулировочного кольца, наклонной плиты или скользящих лопастей.
Радиально-поршневой насос «Хил-Шоу» показан на рис. 12.L Внутри корпуса насоса короткий приводной вал вращает блок цилиндров, посаженный на шарикоподшипниках. Внутри блока помещен неподвижный золотник. Радиально расположенные цилиндры соединены отверстиями с каналами неподвижного золотника, которые ведут к трубопроводам подвода и отвода масла к насосу. В каждом цилиндре имеется поршень, который соединен с ползуном посредством пальца. Ползуны находятся в кру-
Рис. 12.2. Схема работы насоса «Хил-Шоу»:
неподвижный золотник; 2 — радиальный цилиндр; 3 — регулировочное кольцо; 4 — тяга у равдения с мостика; 5—'.всасывающее и нагнетательное отверстия; 6 — поршень; 7 — па-и ползун, вставленный в паз регулировочного кольца; 8, 11— всасывающие отверстия;
9# 10—нагнетательные отверстия; / — нагнетание; //-—всасывание
191
говом пазе регулировочного кольца. Кольцо может вращаться в шарикоподшипниках, а также перемещаться в стороны от своего среднего положения благодаря тому, что его подшипники находятся в регулировочном блоке. С помощью двух тяг, которые выходят из корпуса насоса, производится боковое смещение регулировочного кольца. Рассмотрим по рис. 12.2 принцип действия насоса. Когда регулировочное кольцо расположено кон-центрично относительно неподвижного золотника (рис. 12.2, а), то, несмотря на непрерывное вращение блока цилиндров, подачи масла не будет, так как поршни не имеют поступательного движения в цилиндрах. Если же регулировочное кольцо сдвинуто вправо, поршни получат поступательное движение в цилиндрах (рцр. 12.2, б). Поршень, оказавшийся, например, в нижней полуокружности, будет перемещаться к центру блока и нагнетать масло в нижнее отверстие неподвижного золотника. После того как в процессе вращения цилиндр проходит горизонтальное положение, поршень движется от центра, всасывая масло из верхнего отверстия. Пройдя горизонтальное положение на противоположной стороне, поршень снова начинает нагнетать масло. Если регулировочное кольцо сдвинуть влево от его среднего положения (рис. 12.2, в), всасывающее и нагнетательное отверстия поменяются местами. При постоянной частоте вращения вала насоса можно установить нулевую подачу или регулировать подачу в широком диапазоне с различным направлением движения жидкости. Рассмотренный агрегат относится к насосам вытеснения.
В том случае, когда рулевой привод снабжен двумя такими насосами, подсоединенными к единой системе трубопроводов, работа одного насоса может вызвать вращение второго насоса в обратном направлении. Чтобы избежать этого явления, заодно с эластичной соединительной муфтой насоса устанавливается автоматически действующее нереверсивное блокировочное устройство, которое приводится в действие при остановке насоса, а при пуске — отключается.
Аксиально-поршневые насосы выполняются с наклонной регулировочной плитой или со скользящими лопастями. Второй вариант считается более совершенным, так как обеспечивает создание более высокого давления.
Устройство аксиально-поршневого насоса с наклонной регулировочной плитой показано на рис. 12.3. Приводной вал вращает круглый цилиндровый блок, регулировочную плиту и поршень. Выходящая наружу цапфа' поворачивает регулировочную плиту относительно вертикальной оси цапф. При вращении цилиндры сообщаются с двумя пазами, сделанными в виде полуокружностей в клапанной плите. Каждый из этих пазов имеет отверстия для подвода и отвода масла. При вертикальном положении наклонной регулировочной плиты насос не имеет подачи. 192
1323
CD
Рис. 12.3. Аксиально-поршневой насос:
l _ сальник; 2 — корпус масляного уплотнения; 3. 20 — игольчатые подшипники; 4 — манжета вала; 5 — кольцо; 6 — приводной вал; 7, 14— масляные уплотнения; 6 — крышка уплотнения; 9. /0—кольца; // — пробка. /2 — поршень; 13. 26—крышки; /5—верхняя цапфа; /6 — рычаг управления; 17. 27 — роликовые подшипники; 18 — соединительные болты; 19 — ползун: 2/— узел связи с мостика; 22 — стальной шарик- 23 - крышка подшипника. 24 наклонная регулировочная плита; 25 — корпус насоса; 28 — удерживающее кольцо; 29 — нижняя цапфа; 30 плунжер: 31 — пружина; 32 — блок цилиндров; 33 — клапанная плита

Когда плита наклонена, насос осуществляет подачу. При этом длина хода поршня зависит от угла наклона плиты. В зависимости от стороны наклона отверстия в клапанной плите будут всасывающими или нагнетательными. При таком устройстве насоса обеспечиваются те же свойства регулирования подачи, как и у радиально-поршневого насоса.
12.3.	СИСТЁМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Телемотор. Телемотор представляет собой гидравлическую систему управления, которая имеет датчик, приемник, соединяющие их трубопроводы и агрегат для заполнения системы незамерзающей жидкостью. Датчик вмонтирован в колонку рулевого штурвала на мостике, а приемник установлен в румпельном отделении. Агрегат для заполнения системы жидкостью находится вблизи приемника. Датчик имеет два плунжера, которые при повороте штурвала движутся в своих цилиндрах в противоположные стороны. При этом жидкость нагнетается в один трубопровод телемоторй и всасывается из другого. Нагнетаемая жидкость по трубопроводу подается в приемник и перемещает цилиндр телемотора, имеющий в центральной части глухую внутреннюю перегородку. Этому движению содействует всасывание жидкости из противоположной полости цилиндра приемника, который имеет тягу, соединенную с цилиндром пальцем. Эта тяга воздействует на регулировочное кольцо или регулировочную наклонную плиту насоса переменной подачи. Если палец вынуть из соединения цилиндра с тягой и вставить его в привод от маховика местного поста управления, то можно осуществлять ручное управление рулевой машиной. На приемнике предусмотрены стопоры для ограничения движения при достижении рулем установленного угла поворота.
Агрегат заполнения системы незамерзающей жидкостью установлен на главном трубопроводе между датчиком и приемником и состоит из цистерны, насоса и запорных клапанов. В датчике имеется резервуар с рабочей жидкостью, которая уплотняет сверху плунжеры, благодаря чему исключается попадание воздуха в систему. Между двумя цилиндрами датчика расположен байпас. Байпас всегда открывается, когда штурвал находится в среднем положении. Датчик снабжен также устройством, которое при среднем положении штурвала обеспечивает поддержание в системе избыточного давления, благодаря чему гарантируется немедленное действие системы при повороте штурвала. При помощи этого устройства посредством работы самодействующих клапанов обеспечивается автоматическое всасывание жидкости в. систему, чтобы избежать вакуума, или производится выпуск жидкости из системы, если давление слишком велико. Оба глав-
194
Рис. 12.4. Электрическая система дистанционного управления рулевой машиной с четырехплунжерным приводом:
/ — маховик местного поста управления рулевой машины; 2 — палец защелки; 3 — рычаг обратной связи с румпелем; 4— тяга управления насосом; 5 — плавающий рычаг; 6— масляная ванна; 7 — электродвигатель системы управления; 8—коробка электродвигателя системы управления; 9— реостат поста управления на мостике; /0 — штурвал, // — реостат датчика положения пера руля; 12— электропитание от щита; 13 — обмотка возбуждения; 14 — эластичная муфта; 15— масляный насос; 16— эксцентриковый привод; 17— стопорное кольцо; 18 — блок, поступательно перемещающийся иа ходовом винте; 19— ходовой винт
ных трубопровода, соединяющие датчик с приемником, имеют в месте расположения датчика манометры и воздушные краны для выпуска воздуха из системы. При нормальной работе давление в системе составляет 2—3 МПа. Штурвал датчика не поворачивают за предельную отметку, так как это приводит к перегрузке кривой машины.
Следует регулярно проверять уровень рабочей жидкости в резервуаре пополнения и подачу смазки к трущимся частям. Любое неисправное оборудование должно быть отремонтировано илй заменено в возможно короткие сроки- В установленные сроки система должна быть испытана на плотность под давлением. Необходимо проверять, чтобы между вращением штурвала и движением руля была согласованность и, если в исполнении имеется задержка, удалять из системы воздух. В случае когда после длительного прокачивания системы с целью удаления воздуха не устраняется несогласованность между вращением штурвала и движением руля, следует перезарядить систему новой жидкостью.
Электрическая система управления. В современных рулевых устройствах обычно применяется электрическая система дистанционного управления (рис. 12.4), так как в ней в качестве поста управления на мостике используется компактный агрегат, а система в целом получается простой и надежной. Коробка управления (рис. 12.5) смонтирована на рулевой машине. Поворот 7*	195
Рис. 12.5. Устройство коробки системы управления:
/ — рычаг обратной связи; 2— тяга управления насосом; 3—тяга, соединяющая рычаг об-ратной связи с румпелем; 4— корпус пружины; 5 — плавающий рычаг; 6 — эластичная муфта; 7— электродвигатель системы дистанционного управления и указатель положения пера (по положению задающего устройства); 8—масляный иасос; 9 — стопорное кольцо со штифтом; 10—ходовой винт; // — указатель уровня масла; /2 — блок, поступательно перемещаю щнйся на ходовом виите; 13 — маховик местного поста управления; 14 — защелка
рычага поста управления на мостике вызывает рассогласованность в электрической схеме, в результате чего на электродви-гатель системы управления подается напряжение. Электродвигатель через электрическую муфту вращает ходовой винт, на котором поступательно перемещается блок и при этом поворачивается плавающий рычаг. К рычагу крепится через систему рычагов тяга управления, которая перемещает регулировочное кольцо или наклонную регулировочную плиту насоса переменной подачи. Рычаг обратной связи, соединенный с движущимся рум-
Рис. 12.6. Принципиальная схема рулевой машины с двухплунжерным приводом (дополнительные части для четырех-плуижерной машины показаны тонкой линией):
/ электродвигатели; 2 — насосы; 3 — предохранительный клапан; 4~ крейцкопф; 5 — румпель; 6 —цилиндр; 7 — цистерна для попол-
нения
196
пелем, устанавливает плавающий рычаг и тягу управления в положение нулевой подачи насоса. При этом угол поворота руля будет соответствовать углу поворота рычага на мостике, и подача насоса прекратится. При вращении ходового винта рассогласование устраняется и двигатель останавливается.
При ручном управлении из румпельного отделения электрическое управление отключается, а маховик с рукояткой посредством пальца подсоединяется к ходовому винту. Вращение маховика приведет в движение плавающий рычаг и весь рулевой привод в том же порядке, как уже было описано.
Гидравлические рулевые приводы применяются в основном двух типов: с гидравлическими плунжерами и роторный лопастной.
Привод с гидравлическими плунжерами. В зависимости от значения необходимого вращающего момента применяются две разновидности такого привода: двух- и четырехплунжерный. Принципиальная схема и общий вид рулевой машины с двухплунжерным приводом показаны на рис. 12.6 и 12.7. Плунжеры движутся в гидравлических цилиндрах, поворачивая румпель посредством шарнирной крестовины, находящейся в развилке плунжеров. На каждом гидравлическом цилиндре смонтирован насос переменной подачи; регулировочное кольцо перемещается тягами, соединенными с приемником телемотора. Каждый из насосов сообщается трубопроводом с обоими гидравлическими цилиндрами рулевого привода для всасывания и нагнетания масла. Рядом с цилиндрами помещена масляная цистерна, которая снабжена невозвратными всасывающими клапанами для автоматического пополнения утечек масла из системы. Байпасный клапан объединен с предохранительным клапаном, который открывается и перепускает масло в случае очень сильных ударов волны по перу руля. При этом части рулевого привода смещаются, насос нагнетает масло в соответствующий цилиндр и благодаря этому перо руля возвращается в прежнее положение. Для защиты от поломки рычагов управления при ударной нагрузке предусмотрена буферная пружина. При нормальных условиях работает один насос. Если требуется более быстрая перекладка руля, например, в узкостях, могут использоваться оба насоса.
Насос переменной подачи работает вхолостую без подачи до тех пор, пока не возникнет необходимость в перекладке руля по сигналу от датчика телемотора, находящегося на мостике. Цилиндр приемника телемотора будет перемещаться, что вызовет перемещение плавающего рычага, который сдвинет регулировочное кольцо или наклонную регулировочную плиту насоса. Насос начнет подавать масло, которое будет забираться из одного цилиндра и направляться в другой, при этом поворачивается Румпель и руль. Рычаги обратной связи, соединенные с румпелем, будут поворачивать плавающий рычаг таким образом, чтобы
197
Рис. 12.7. Общий вид рулевой машины с двухплунжерным приводом:
запорные клапаны насоса; 2 —стальная опора, установленная вокруг станины для удержания болтов в случае их среза; 3 — электрический указатель руля; 4 — буферная пружина рычага обратной связи; 5 — байпасный клапан; 6 — запорные клапаны цилиндров- 7 — элек тродвигатель; 8 — блок предохранительных клапанов; 9 — иасос типа <Донкии-Хнл Шоу»; /{/ — местное управление; // — поперечина для подсоединения к гндроуправленню и приемнику телемотора
198
Таблица 12.1
В работе		Клапаны (номера позиций иа рис. 12.8)	
цилиндры	насосы	закрыты	открыты
Все	Три насоса	11. 27	2. 9. 19, 22, 38, 39. 49, 50, 51, 52
Все	Любые два насоса	11. 27	2. 9. 19. 22, 38. 39. 49, 50, 51, 52
Все	Один иасос	11. 27	2. 9, 19. 22, 38. 39, 49, 50. 51. 52
Скорость судна должна быть снижена при следующих условиях:
Передние
Задние
Одни насос или два 9, 19, 27 ручные
Один насос или два 2, 11, 22 ручные
2, 11. 22, 38. 39. 49, 50. 51, 52
9, 19, 27, 38, 39, 49. 50. 51, 52
Запорные клапаны насоса должны быть закрыты только при ремонте соответствующего насоса.
подача насоса прекратилась при достижении заданного угла перекладки.
Рулевая машина с четырехплунжерным приводом (рис. 12.8). Принцип действия ее такой же, как и у двухплунжерной рулевой машины, за исключением того, что насос всасывает масло одновременно из двух накрест расположенных цилиндров и нагнетает его в другие два цилиндра. Такая машина создает больший вращающий момент и имеет повышенную надежность в случае выхода из строя различных частей установки.
Каждый насос может работать на все цилиндры или на два цилиндра правого или левого борта. Номера позиций клапанов, которые при этом должны быть открыты или закрыты, приведены в табл. 12.1.
Наличие блока клапанов управления, объединяющего предохранительные клапаны, запорные клапаны насосов, запорные клапаны цилиндров и байпасные клапаны, повышает живучесть четырехплунжерной рулевой машины. При нормальных условиях один насос может обеспечивать работу всех цилиндров. В аварийной ситуации могут быть использованы два насоса с ручным приводом для работы двух плунжеров правого борта, двух — левого борта, двух носовых или двух кормовых плунжеров.
Конструкция шарнирного соединения плунжеров с румпелем описанной четырехплунжерной машины известна как ползун Ропсона. Этот ползун имеет определенные преимущества, которые проявляются с увеличением угла перекладки руля. При такой конструкции шарнира можно использовать вильчатый румпель и румпель круглого сечения (рис. 12.9). Румпель круглого
199
Рис. 12.8. Общий вид рулевой машины с четырехплунжерным приводом:
С — главный вид; б—вид сбоку; в—виц в плане; Л 23, 25 — насосы переменной подачи; '2, 9, 19, 22 — запорные клапаны цилиндров; 3, 10, 18, 21— гидравлические цилиндры и плунжеры; 4, 8, 17, 24 — воздушные и манометровые запорные клапаны; 5, 7, 40, 47, 48 — масляные трубы цилиндров; 6, 16, 20 — электродвигатели; 11, 27 — байпасные клапаны; 12, 37 — соединительные звенья; 13, 26 — плавающие рычаги; 14 — тяга буферной пружины; 15 — румпель; 28 — маховик местного поста управления; 29. 30, 31, 32, 33, 34 — невозвратные всасывающие пополнительные клапаны; 35 — одинарный приемник телемотора; 36 — соединительная тяга насосов; 38, 39, 49, 50, 51, 52 — запорные клапаны насосов; 41, 42, 43, 44, 45, 46, 53, 54 — масляные трубы между клапанами; 55 — цистерна пополнения масла; / — вращение; //—на правый борт
сечения входит в центр крестовины, которая может скользить вдоль румпеля. Каждая пара плунжеров соединена таким образом, что образует двойной подшипник, в котором находятся цапфы крестовины. Благодаря этому прямолинейное движение плунжеров преобразуется во вращательное движение румпеля. При вильчатой форме румпеля движение плунжеров передается румпелю через шарнирные блоки. Для того чтобы зарядить систему, необходимо заполнить маслом каждый цилиндр рулевого привода, затем установить на место наполнительные пробки и закрыть воздушные краны. Байпасные клапаны цилиндров при этом должны быть открыты, а цистерны для пополнения — заполнены. Воздушные краны на насосах оставляют открытыми до тех пор, пока вытекающее масло будет содержать пузырьки воздуха. Используя механизм ручного управления, насосы ставят в положение подачи и, проворачивая их вручную, осуществляют удаление воздуха из одной, а затем из другой пары цилиндров. После этого включают электродвигатель насоса и приступают к проверке рулевой машины в действии. При этом еще раз удаляют воздух из опрессованных цилиндров и насосов через соответствующие краны.
При нормальной эксплуатации рулевой машины должны как минимум раз в два часа перемещаться звенья привода, чтобы обеспечить смазку трущихся частей. Все клапаны, кроме байпасных и воздушных, должны оставаться открытыми. Необходимо
Рис. 12.9. Виды шарнирных соединений:
а — румпель с цапфами круглого сечения; б— вильчатый румпель; 1 — плунжер; 2 — центр крестовниы; 3 — цапфа крестовины; 4 — цапфа румпеля; 5—блок шарнира; 6 — вильчатый румпель
201
Рис. 12.10. Принципиальная схема (а) и раз рез (б) рулевой машины с роторным ло пастным приводом:
/ — электродвигатели; 2 — насосы; 3 — предохрани тельный клапан; 4 — корпус; 5 — баллер; 6— ро тор; 7 — масляная полость; 8 — цистерна попол иеиия масла; 9 — крышка
202
Рис. 12.11. Обший вид рулевой машины с роторным лопастным приводом: / — корпус; 2— предохранительный клапан; 3. 5 — клапаны подвода и отвода масла; 4 — ротор
регулярно проверять уровень масла в цистерне. Если уровень снижается, следует найти причину утечки, устранить ее, а затем пополнить цистерну маслом.
На стоянке рулевая машина выключена. Периодически следует вращать от руки эластичные муфты насосов, чтобы проверить, свободно ли они поворачиваются. При появлении неплотностей насос должен быть тщательно отремонтирован. Ремонт гидравлической системы должен проводиться с соблюдением чистоты. Для протирки следует использовать только льняные ткани.
Роторный лопастной привод.
Лопастной ротор прочно закреплен на баллере (рис. 12.10 и 12.11). Ротор может поворачи
ваться в корпусе, который прочно крепится к судовому набору. Пространства между лопастями ротора и лопастями корпуса образуют полости, объем которых изменяется при повороте ротора. Полости уплотнены набивкой. С обеих сторон поворотных лопастей подведены трубопроводы, каждый из которых имеет свой кольцевой коллектор. Трубопроводы подведены таким образом, что при подаче рабочей жидкости во все полости с левой стороны поворотных лопастей и при всасывании жидкости из всех полостей с правой стороны этих лопастей обеспечивается поворот ротора по часовой стрелке. Для поворота в обратном направлении следует поменять местами всасывание и нагнетание.
Привод имеет обычно три лопасти, благодаря этому руль можно поворачивать на 70°. Лопасти также выполняют функцию стопоров, ограничивающих поворот руля.
Масло подается насосом переменной подачи; управление, обычно электрическое, осуществляется по принципу, ранее описанному. Для того чтобы исключить чрезмерное повышение давления в системе и смягчить ударную нагрузку на руль, предусмотрен предохранительный клапан.
Электрические рулевые машины могут быть с системами Вард-Леонарда и простого управления. Обе системы имеют исполнительный двигатель, приводящий в действие через зубчатую шестерню зубчатый сектор. Система Вард-Леонарда схематически показана на рис. 12.12. Постоянно работающий агрегат генератор-двигатель имеет на своем валу возбудитель для питания обмотки возбуждения генератора. Обмотка возбуждения возбудителя вхо-
203
Рис. 12.12. Рулевая машина системы Вард-Леонарда (генератор-двигатель) :
/ — шунтовая обмотка возбуждения (параллельная) приводного двигателя, 2 — приводной электродвигатель; 3 — пускатель; 4 — питание; 5 — генератор; 6 — возбудитель; 7 — обмотка возбуждения возбудителя; 8— реостат поста управления иа мостике: 9 — рулевой штурвал, 10, 12 — конечные выключатели перекладки руля; Н— реостат датчика положения пера руля; 13-обмотка возбуждения генератора; 14 — исполнительный двигатель. 15 — сериесная обмотка возбуждения (последовательная); 16 — шунтовая обмотка возбуждения исполнительного двигателя
дит в цепь управления, хотя в некоторых схемах управление сделано непосредственно на обмотке возбудителя генератора с регулятором тока возбуждения. Когда система управления согласована, поле возбудителя отсутствует, то ни возбудитель, ни генератор не дают напряжения, хотя их роторы постоянно вращаются. Исполнительный двигатель, предназначенный для поворота руля, не получает питания и, следовательно, не работает. При повороте штурвала на мостике контакты реостата сдвигаются, и возникает напряжение в обмотках возбуждения возбудителя и генератора. Генератор вырабатывает напряжение, подводимое к исполнительному двигателю, который поворачивает руль. При движении руля кинематическая схема возвращает контакты реостата датчика положения пера руля в то же положение, что и у реостата поста управления на мостике. При этом система приводится в согласование и отключается напряжение генератора. В системах простого управления исполнительный электродвигатель получает питание непосредственно от судовой электростанции через пускатель контактного типа. Имеются также реверсивные контакты для движения пера руля к правому и левому бортам. Электродвигатель работает до тех пор, пока не будет остановлен системой управления при нужном положении руля.
Для обеспечения нормальной работы электрооборудования должны своевременно проводиться предусмотренные профилактические работы.
Рулевые машины с двумя независимыми силовыми системами рулевого привода. В книге рассматриваются два варианта таких рулевых машин: с плунжерным рулевым приводом и роторным лопастным рулевым приводом. В каждом из этих вариантов предусмотрены две независимые силовые системы, воздействующие на румпель, насаженный на баллер руля.
204
При выходе из строя одной из силовых систем автоматически в течение 45 с осуществляется переход для работы на другой системе (это особенно желательно для танкеров с валовой вместимостью 10 000 per. т и более).
Схема рулевой машины плунжерного типа с двумя независимыми силовыми системами показана на рис. 12.13. Простое автоматическое устройство контролирует количество масла в каждой из систем. При появлении неполадки в одной из систем она отсоединяется, а другая система продолжает действовать.
Рис. 12.13. Рулевая машина с двумя независимыми силовыми системами плунжерного рулевого привода (насос № 1 работает, силовая система № 2 имеет утечку):
С 12 предохранительные клапаны; 2, 11, 14, 19 — перемещающиеся клапаны; 3, 10 — насосы № I н № 2; 4. 9 — электродвигатели; 5 — поплавок; 6,7 — контактные датчики уровня соответственно Л и В; 8 — поплавковая камера; 13, 20 — соленоидные вентили соответственно № 2 и № ]; 15, 18 — трубопроводы подачи масла для управления перемещающимися клапанами; 16, 17— цистерны соответственно № 2 н № I; 21—румпель; / — положение клапана золотникового типа при работе насоса на поворот румпеля против часовой стрелки; 11 — положение клапана при неработающем насосе
205
Рис. 12.14. Рулевая машина с двумя независимыми силовыми системами роторного рулевого привода:
1 — насосы; 2— электродвигатели; 3—пускатели насосов; 4— датчики телемотора-. 5—рулевой штурвал; 6—невозвратные клапаны; 7—предохранительный клапан; 8—аварийная сигнализация по низкому уровню; 9— расширительные баки
При этом срабатывает аварийная звуковая и световая сигнализация.
Рассмотрим вариант, когда насос № 1 работает, а насос № 2 при помощи избирательного выключателя содержится в аварийном резерве. Если течь появилась в силовой системе № 2 (на рис. 12.12 правая), уровень масла в поплавковой камере будет падать, контактный датчик уровня контролирующего устройства закроет соленоидный вентиль № 2, отсоединит силовую систему № 2 и байпасирует рабочие полости двух гидравлических цилиндров привода. При этом включится аварийная сигнализация. Если течь появится в силовой системе № 1 (на рис. 12.12’ левая), уровень масла в поплавковой камере будет снижаться до тех пор, пока не сработает контактный датчик уровня: он обесточит электродвигатель насоса № 1 и соленоидный вентиль № 1 и подаст питание на электродвигатель насоса № 2 и соленоидный вентиль № 2, таким образом отсоединив силовую систему № 1.
В другом случае, когда работает насос № 2, а насос № 1 в резерве, переключение произойдет в том же порядке. Аналогично будет работать рулевая машина с четырьмя гидравлическими цилиндрами двойного действия.
Рулевая машина с двумя независимыми силовыми системами и роторным лопастным приводом показана на рис. 12.14. Здесь предусмотрено использование только одного рулевого привода, а
206
так как он смонтирован непосредственно на баллере, полного дублирования всех частей привода здесь не требуется. На входных и выходных каналах привода установлены невозвратные клапаны. Они открываются под действием давления масла, преодолевающего упругость пружины, которой нагружен каждый клапан. При уменьшении давления масла в одном из контуров клапаны мгновенно закрываются под действием пружин. Аварийная сигнализация при низком уровне в масляной цистерне подает сигнал к пуску другого насоса, который восстанавливает давление в системе, открывает клапаны и обеспечивает работу рулевой машины.
Опробование рулевой машины. Перед выходом из порта следует опробовать рулевую машину, чтобы убедиться в ее исправности.
Операции по опробованию должны включать: 1) работу основной рулевой машины; 2) работу вспомогательной рулевой машины или использование второго насоса, который действует как вспомогательный; 3) работу дистанционной системы управления (телемотора) или системы с главного поста управления на мостике; 4) работу рулевой машины на аварийном питании; 5) сопоставление показаний указателя положения с истинным положением пера руля; 6) проверку правильности срабатывания аварийной сигнализации на системе дистанционного управления и исправность действия насосных агрегатов.
Следует визуально убедиться в отсутствии поломок и изно-сов деталей, узлов и соединений машины.
В процессе опробования рулевой машины руль следует перекладывать полностью на оба борта и при этом проверять исправность узлов и деталей устройства, а также работу систем, связывающих мостик с румпельным отделением.
13.	ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И БОРЬБА С ПОЖАРАМИ НА СУДАХ
13.1.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ НА СУДАХ
Пожар в море всегда представляет большую опасность. По числу причин гибели судов пожары стоят на первом месте. Почти все пожары возникают в результате халатности или неосторожности.*
Горение происходит тогда, когда воспламеняются газы или пары, выделяющиеся из какого-либо вещества, т. е. когда горит именно газ, выделяющийся из вещества, а не само вещество. Температурой воспламенения вещества называется температура, при которой из вещества выделяется достаточное для продолжения горения количество газов.
Для горения при пожаре необходимо наличие трех факторов: вещество, которое может гореть; источник воспламенения; наличие кислорода или воздуха, содержащего кислород.
Если исключить одно или два из этих условий, то пожар можно потушить. При отсутствии хотя бы одного из этих условий пожар не может возникнуть.
В зависимости от характеристик горючего вещества пожары делятся на три класса.
К классу А относят пожары, при которых горят твердые материалы, такие как дерево, оборудование жилых помещений и т. п. Эти пожары тушат путем охлаждения твердых материалов, т. е. снижения их температуры ниже температуры воспламенения.
К классу Б относят пожары, при которых горят горюче-смазочные материалы и легковоспламеняющиеся жидкости. Такие пожары тушат, покрывая поверхность горящей жидкости негорючей массой, которая препятствует доступу кислорода к горящей поверхности.
К классу В относят, пожары, при которых горит электрооборудование. Эти пожары тушат, покрывая горящую поверхность порошком, не проводящим ток. Порошок препятствует доступу кислорода к горящей поверхности.
Борьбу с пожаром на судне можно рассматривать состоящей из трех этапов: обнаружение очага пожара (где и что горит); объявление пожарной тревоги, т. е. оповещение всей команды о
208
пожаре; тушение пожара, т. е. применение средств борьбы с пожарами.
Обнаружение пожара. В последнее время в связи с тем, что происходит уменьшение команды судна и машинные отделения находятся без постоянного присмотра обслуживающего персонала, возрастает значение пожарных сигнализаторов. Пожар, если его обнаружить своевременно, может быть легко потушен и будет иметь минимальные последствия. Следовательно, пожарная сигнализация предназначена для обнаружения пожара на возможно ранней его стадии. Кроме того, сигнализаторы должны быть надежными и простыми в уходе. Важно также, чтобы сигнализаторы не срабатывали при воздействии на них ряда факторов, которые возникают при нормальной работе механизмов в защищаемом помещении. Для срабатывания сигнализатора используются факторы, связанные с пожаром: дым, пламя и тепло.
Датчик дыма, показанный на рис. 13.1, имеет две ионизационных камеры, одна из которых герметична, а другая связана с атмосферой. Мелкие частички или аэрозоли, возникающие при пожаре, попадают в открытую ионизационную камеру, вызывают изменение ее сопротивления, в результате этого загорается неоновая лампа и звучит сигнал тревоги. Датчики дыма устанав^ ливаются в машинных отделениях, жилых помещениях, грузовых трюмах и получают питание от сети постоянного тока на-пряжен'ием 220 В.
Датчики пламени реагируют на пламя, которое выделяет ультрафиолетовые и инфракрасные излучения. Есть датчики, которые реагируют на одно или на другое излучение. На рис. 13.2 показан датчик, реагирующий на инфракрасное излучение пламени. Датчики пламени размещают в местах, где хранится или перекачивается топливо, а также у топок котлов.
Рис. 13.1. Датчик дыма:
а — схема датчика; б — общий вид; 1 — открывая ионизационная камера; 2— неоновая лампа; з—герметичная ионнзацнониая камера;
4 — реле
Рис. 13.2. Датчик, реагирующий на инфракрасное излучение пламени:
1 — инфракрасный фильтр с линзой; 2— фотоэлектрический элемент; 3 — частотноизбирательный усилитель; 4 — интегральная схема; 5 — штырн
209
В датчиках теплоты может использоваться любой из многих существующих принципов действия, таких как расширение жидкости при нагревании, применение материалов с низкой температурой плавления или использование
свойств биметаллических полос.
• Рис. 13.3. Датчик теплоты:	Большинство из применяемых в
/-спираль термостата- 2-корпус датчи- нЗСТОЯЩее вреМЯ ДЭТЧИКОВ сраба-тывает или при повышении температуры до какого-то установленного уровня или при повышении скорости увеличения температуры. Это в ряде случаев может вызвать срабатывание датчика раньше, чем будет достигнута предельная температура. В датчике теплоты, показанном на рис. 13.3, ц качестве чувствительного элемента применяются два биметаллических спиральных термостата, один из которых закрыт, а другой — открыт. Датчики теплоты устанавливают в таких помещениях, как камбуз или прачечная, где другие типы датчиков могли бы сработать и дать ложную тревогу при обычных обстоятельствах.
Пожарная тревога. Датчики, служащие для обнаружения пожара, включены в электрическую схему пожарной тревоги. Если пожар возникает в машинном отделении, то колокола пожарной тревоги звучат в машинном отделении и на мостике. Любой человек, обнаруживший цожар на его ранней стадии, должен объявить пожарную тревогу или по возможности потушить пожар самостоятельно. Пожарная тревога объявляется или криком «Пожар!», или ударами в переборку, или другим способом, привлекающим внимание. Пожарная тревога объявляется для того, чтобы в короткое время все средства тушения пожаров и. людские ресурсы можно было сконцентрировать для борьбы с огнем.
Борьба с пожаром. Для борьбы с пожаром на судне применяются два типа оборудования, совершенно отличные один от другого. Это небольшие переносные огнетушители и большие стационарные противопожарные установки. Переносные огнетушители используются в борьбе с небольшими пожарами, которые могут быть потушены, если принять .решительные меры. Стационарные установки применяются, когда пожар нельзя потушить
или ограничить переносными средствами или когда возникает опасность распространения пожара. При использовании стационарных систем может возникнуть необходимость вывода обслуживающего персонала из помещений, охваченных огнем, и в этом случае, как, например, при пожаре в машинном отделении, может возникнуть опасность потери управляемости судном. Существует много различных типов переносного и стационарного судового противопожарного оборудования.
210
13.2.	ПРОТИВОПОЖАРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Содово-кислотные огнетушители. В корпус этого огнетушителя заливается раствор бикарбоната натрия. В крышке, навинченной на корпус, размещается боек, закрытый защитным колпачком. Под бойком помещается колба с серной кислотой (рис. 13.4). Если ударить по бойку, он разобьет колбу, и в результате кислота смешается с бикарбонатом натрия. В ходе возникающей химической реакции выделяется углекислый газ, повышается давление в корпусе огнетушителя и жидкость по внутренней трубке выбрасывается через сопло наружу. Этот огнетушитель предназначен для тушения пожаров класса А и располагается в жилых помещениях.
Химические и механические пенные огнетушители. В корпус химического пенного огнетушителя заливается раствор бикарбоната натрия, а во внутренний полиэтиленовый стакан (рис. 13.5, а)—раствор сульфата алюминия. Стакан закрыт крышкой, удерживаемой в этом положении штоком, при повороте которого крышка открывается. Если огнетушитель перевернуть вверх дном, обе жидкости смешиваются. В ходе возникшей реакции выделяется углекислый газ, под воздействием которого давление внутри корпуса повышается и из корпуса выбрасывается пена.
У механического пенного огнетушителя наружный корпус заполняется водой (рис. 13.5, б). Внутренний контейнер содержит колбы с углекислым газом и пенообразующей жидкостью. Над внутренним контейнером помещается ударный механизм с предохранителем. При нажатии на ударник обе колбы разбиваются, вода перемешивается с пенообразующей жидкостью, а углекислый газ оказывает давление на эту смесь, которая выбрасывается наружу через специальное сопло. Механическая пена образуется в сопле. В этом огнетушителе имеется внутренняя трубка, и поэтому при пользовании огнетушителем его не нужно переворачивать кверху дном.
Пенные огнетушители предназначены для тушения пожаров класса Б и располагаются вблизи хранилищ горючих жидких материалов.
Углекислотные огнетушители. Для хранения сжатой углекислоты применяют очень прочный баллон (рис. 13.6). На верхнем конце центральной трубки имеется выходное отверстие, через которое углекислый газ выходит при пробивании бойком диафрагмы или при открывании клапана с помощью рукоятки. По выходе из огнетушителя жидкая углекислота превращается в газ, проходит по шлангу и через раструб выходит в атмосферу.
Углекислотные огнетушители применяются при тушении поваров классов Б и В и размещаются в машинных отделениях,
211
Рис. 13.4. Содово-кислотный огнетушитель:
I — внутренняя трубка; 2 — сопло; 3 — боек: 4~ колпак; 5 кожух колбы; 6 — колба с серной кислотой; 7 — стальной корпус
Рис. 13.5. Пенные огнетушители:
а — химический; б — механический; 1—стальной корпус; 2 — сопло; 3 — шток; 4 — рукоятка; 5 — герметизирующая крышка; 6 — внутренний стакан; 7—выпускное отверстие сопла; 8 —выпуск струи; 9 — вода; 10 — пенообразующая жидкость в поли-хлорвиниловом контейнере; 11 — баллон с углекислым газом; 12 — внутренний контейнер; 13 — уплотнение; 14— боек; /5 —ударная головка; 16 — защитный колпак; 17 — шланг; 18 — внутренняя трубка; 19 — фильтр; 20 — юбка
212
особенно в местах, близких к электрическим установкам. Эти огнетушители нельзя использовать в жилых помещениях, так как при ограниченном объеме помещения люди, находящиеся в этом помещении, могут погибнуть.
Порошковые огнетушители. В наружном корпусе огнетушителя помещается бикарбонат натрия в виде порошка. Под штоком, расположенным в крышке, имеется колба с углекислым газом (рис. 13.7). При нажатии на шток углекислый газ выходит из колбы и выбрасывает порошок из корпуса через сопло.
Порошковый огнетушитель можно применять при тушении пожара любого класса, но при использовании этого огнетушителя не возникает охлаждающий эффект. Обычно такие огнетушители размещают вблизи электрооборудования в машинном отделении, но их можно размещать и в любом другом месте на судне.
Обслуживание и испытание огнетушителей. Все переносные огнетушители рассчитываются на определенное давление внутри корпуса и поэтому регулярно должны проверяться.
Корпуса содово-кислотных и пенных огнетушителей первоначально испытывают при давлении 2,5 МПа в течение 5 мин, а затем —один раз в 4 года при давлении 2 МПа. Корпус углекислотного огнетушителя вначале каждые 10 лет испытывается при давлении 20,7 МПа, а затем после двух таких испытаний — через каждые 5 лет. Корпус порошкового огнетушителя испытывается при давлении 3,5 МПа один раз в 4 года.
Большинство огнетушителей один раз в период от 1 года до 3 лет необходимо проверять в действии, разряжая их. Периодичность такой проверки зависит от типа огнетушителя. Так, например, каждый год разряжают 20% всех имеющихся порошковых и содово-кислотных огнетушителей и 50% пенных огнетушителей. Углекислотные огнетушители раз в полгода необходимо взвешивать, чтобы выявить утечку газа.
Там, где это практически необходимо, раз в 3 мес проверяется приводной механизм огнетушителей. Шток проверяется на легкость хода, проверяется чистота выходных отверстий, слегка смазывается резьба на крышке. У большинства огнетушителей с навинчивающимися крышками в месте резьбы имеется несколько отверстий, которые предназначены для предупреждения повышения давления внутри корпуса до того, пока крышка будет свинчена полностью. Эти отверстия также следует содержать чистыми.
Водонапорная пожарная система. На каждом судне имеется система подачи забортной воды к пожарным рожкам (рис.-13.8). В машинном отделении имеется несколько насосов для подачи воды в водонапорную пожарную систему. Количество и подача этих насосов определяются соответствующими требованиями. Кроме того, вне машинного отделения должен устанавливаться аварийный пожарный насос, имеющий независимое питание.
213
Рис. 13.6. Углекислотный огнетушитель:
1 — раструб; 2 — сопло; 3 — нажимная скоба; 4—рукоятка; 5 — шланг; 6—баллон; 7 — гайки-барашки; 8 — предохранительная чека; 9 — ударная головка; 10—боек; 11— уплотнение: 12 — углекислый газ (пар);
13 — углекислый газ (жидкость);
14 — внутренняя трубка
Рис. 13.7. Порошковый огнетушитель: 1 — наружный корпус; 2 — внутренняя трубка; 2 —трубка подачи углекислого газа; 4 — механизм привода штока; 5 — предохранительный колпачок; 6 — баллон с углекислым газом; 7 — шланг; 8 — сопло
214
Рис. 13.8. Водонапорная пожарная система:
/ — пожарный рожок; 2—машинное отделение; 3— пожарный рожок на палубе полуюта; 4 —пожарный рожок на жилой палубе; 5 — разобщительный клапан; 6—пожарный рожок на верхней палубе; 7 — пожарный рожок на палубе полубака; 8 — двигатель внутреннего сгорания; 9—гидравлический иасос; 10— форпнк; 11 — резервный пожарный насос; 12— гидравлический двигатель бустерного насоса; 13 — бустерный насос; 14— трубопровод входа забортной воды: 15 — трубопровод к другому пожарному насосу; 16 — пожарный насос
Пожарные рожки имеют запорные клапаны и размещаются по всему судну. Каждому из рожков придается пожарный шланг с соответствующими соединительными элементами и комбинированным стволом, при помощи которого можно получить струю любой формы— от компактной до распыленной. Система пожарных рожков обеспечивает подачу воды в любое место судна. В любой точке пожарной системы поддерживается необходимое давление, чтобы обеспечить постоянную готовность для борьбы с пожаром.
Забортная вода является лучшим средством для тушения пожаров класса А, но она может с успехом применяться и при тушении пожаров класса Б, если неэффективны другие средства. В этих случаях ствол регулируется так, чтобы вода подавалась в мелкораспыленном виде, и эта распыленная вода используется для охлаждения ^пространства над пламенем.
Автоматические водораспыливающие системы. В помещении, оборудованном автоматической водораспыливающей системой, распиливающие головки, или спринклеры, располагаются так, что их действие распространяется на весь объем помещения. Эта система может применяться в жилых помещениях и в машинных отделениях. При этом незначительно изменяются некоторые элементы оборудования и способ применения системы.
Спринклеры, устанавливаемые в жилых помещениях, служат как для обнаружения, так и для тушения пожара. В головке спринклера имеется кварцоидная колба, заполненная жидкостью, которая при нагревании значительно увеличивается в объеме (рис. 13.9). При значительном нагреве жидкость расширяется до такой степени, что колба разрушается, и в результате через головку
215
Рис. 13.9. Распиливающая головка (спринклер): / — клапан с прокладкой; 2 — пузырек; 3—колба; 4 — распы лнтельная пластина
спринклера начинает поступать вода. В головке установлена пластина, служащая для распиливания водяной струи.
Вначале вода подается к спринклерам от цистерны, находящейся под воздействием давления воздуха (рис. 13.10). Когда давление в цистерне уменьшается из-за расхода воды, автоматически включается насос забортной воды, который будет работать до необходимого момента. Для уменьшения коррозии первоначальное заполнение цистерны производится пресной водой. Вся установка разделена на несколько групп, каждая из которых включает от 150 до 200 спринклеров и так называемый сигнальный клапан. Когда один или несколько спринклеров вступают в действие, то при прохождении во
ды через этот клапан звучит сигнал тревоги, а на дисплее появляется цифра, указывающая, какая группа системы вступила в действие.
В машинных отделениях спринклеры представляют собой обыкновенные распылители воды без кварцоидной колбы. Группы системы орошения приводятся в действие вручную открытием соответствующего группового клапана. В этой части системы вода также находится под воздействием давления сжатого воздуха и также после расходования воды из цистерны включается насос забортной воды. Обе части системы отделены одна от другой нормально закрытым разобщительным клапаном, который при необходимости может быть открыт.
Периодически система должна проверяться путем открытия пробных кранов различных групп, что должно вызывать срабатывание аварийной звуковой и световой сигнализации соответствующей группы.
Системы пенотушения. Системы пенотушения разрабатываются отдельно для судов каждого типа в соответствии с их назначением, числом помещений и количеством пены, необходимой для тушения пожара в этих помещениях. Обычно применяется пена, получаемая механическим путем посредством смешивания пенообразователя с большим количеством воды. По выходе из сопла эта смесь, перемешиваясь с воздухом, образует пену.
На рис. 13.11 показана схема автоматической эжекционной системы пенотушения. В эжекторе требуемая пропорция смешивания воды с пенообразователем обеспечивается автоматически, после чего смесь насосом подается к пожарным стволам. Бак с пенообразователем выполнен герметичным, чтобы пенообразователь не разлагался при хранении. В нем имеется приемно-расходный кла-
216
Рис. 13.10. Автоматические распиливающие системы (спринклерная и орошения): / — трубопровод приема пресной воды; 2 — пневмоцнстерна; 3 — стопорный н обратный клапаны. 4— трубопровод подвода сжатого воздуха; 5 — трубопровод от палубной втулки, клапан для приема с берега: б — групповой сигнальный клапан; 7— спринклеры; 8 — пробный кран: 9 — трубопровод к водонапорной пожарной магистрали; 10— воздушный баллон; II— распылители; 12—групповой клапан; 13—насос системы орошения; 14— электродвигатель; /5— насос спринклерной системы. 16— разобщительный клапан (нормально закрытый); 17 — реле давления; 18— трубопровод приема забортной воды; I—жнлые помещения (спринклерная система); II— машинные отделения (система орошения)
пан для жидкости и клапан вентиляции, сблокированные между собой. Для пуска системы оба клапана открываются одновременно и приводится в действие пожарный насос. Бак с пенообразователем и пожарный насос должны располагаться вне защищаемого от пожара помещения.
Существуют также пенообразующие системы с высокой производительностью, где в пеногенераторе из пенообразующего концентрата и забортной воды образуется пена, превосходящая по объему исходные продукты во много раз. В генераторе воздух прокачивается через решетку, создаваемую струями пенообразующего концентрата и воды. Обильно образующаяся при этом пена по специальному каналу направляется к месту пожара. Создаваемая
Рис. 13.11. Эжекционная система пено-тушения:
/ — фильтр; 2—трубопровод для забортной волы; 3—спускной клапан; 4 — герметичный бак с пенообразователем; 5—сблокированные ^лапаны пенообразователя и вентиляции; 6 — трубопровод подачи воздуха; 7 — пенный Фильтр; 8 — клапан промывки; 9 — клапан про-мывки (нормально закрытый); 10— групповой запорный клапан к рожкам машинного отделения; // — запорный клапан трубопровода на «ерхнюю палубу; 12 — рожки пенотушительиой системы; 13—пожарный насос; 14—автоматическая эжекционная установка; 15 — невозвратный клапан
217
Рис. 13.12. Установка обнаружения пожара и углекислотного тушения:
1 — углекислотные сопла в машинном отделении; 2— машинное отделение; 3 — помещение углекислотной установки; 4 — ящик вентиляторов; 5—кран-переключатель; 6 — ящик обнаружения дыма в рулевой рубке; 7 — всасывающая труба системы обнаружения дыма, 8 — трубопровод обнаружения дыма и подачи углекислоты; 9 — раструбы; 10—твиндек; 11—
трюм
пена неэлектропроводна, она защищает от радиационных лучей и отсекает кислород воздуха от горящих поверхностей.
Стационарные углекислотные установки. Эти установки применяются для тушения пожара в помещении путем заполнения этого помещения углекислым газом и вытеснения из него кислорода. Углекислота хранится в жидком виде в баллонах под давлением. Число баллонов определяется объемом наибольшего защищаемого от пожара помещения. Можно также иметь одну общую батарею баллонов для тушения пожаров в грузовых трюмах и машинных отделениях.
Углекислотная установка для грузовых трюмов обычно включает в себя элементы для обнаружения пожара, подачи сигнала тревоги и углекислотного тушения (рис. 13.12).
Из каждого трюма к контрольному ящику, расположенному на мостике, ведут контрольные трубки. Через каждую из трубок воздух из соответствующего трюма засасывается небольшим вентилятором. Если в каком-либо трюме появится дым, то раздастся сигнал тревоги. Кроме того, воздух после ящика поступает в рулевую рубку и дым, выходящий из какой-либо трубки, может быть обнаружен вахтенным.
По сигналу из контрольного ящика персонал, находящийся на мостике, может определить трюм, в котором возник пожар. Под ящиком на каждой трубке помещен кран. Поворотом этого крана сигнальная трубка отключается от ящика и сообщается с трубопроводом от углекислотной батареи. По приложенной таблице определяется, сколько баллонов необходимо использовать для тушения пожара в нужном помещении, и путем поворота соответствующих рычагов эти баллоны подключаются к магистрали.
Система углекислотного тушения в машинном отделении рассчитывается на быстрое использование батареи баллонов. Перед применением системы тушения из машинного отделения должен быть выведен весь персонал, а само отделение—герметизировано.
218
Клапан пуска системы углекислотного тушения находится в закрытом на ключ ящике, а ключ хранится в расположенном рядом ящике под стеклом. При открывании ящика, в котором находится пусковой клапан, подается сигнал тревоги, предупреждающий персонал машинного отделения о предстоящем пуске углекислоты в помещение. Для пуска углекислоты необходимо открыть пусковой клапан и повернуть пусковой рычаг, с помощью которого открываются лишь два баллона. Под воздействием давления от этих баллонов срабатывает групповой сервоцилиндр, а от него при помощи тросового привода открываются все остальные баллоны. Углекислый газ быстро заполняет помещение. Менее чем за 2 мин около трети объема машинного отделения заполняется углекислым газом.
При пустых грузовых трюмах систему обнаружения дыма можно проверять, помещая в трюме в месте отбора проб тлеющую ветошь. Около наружного конца контрольной трубки устанавливают небольшой вентилятор, с помощью которого по отсасываемому из трюма воздуху можно визуально определить наличие дыма в трюме. Контроль утечки углекислоты из баллона осуществляется путем взвешивания баллона или измерением при помощи специального приспособления уровня жидкости в нем.
Генераторы инертного газа. Инертные газы не поддерживают горения. В основном это азот и углекислый газ. В генераторе
6	8
19
Рис. 13.13. Генератор инертного газа:
1 — воздушный фильтр; 2 — воздуходувка; 3— указатель температуры охлаждающей воды; 4 — трубопровод подвода топлива; 5 — приводной масляный насос; 6— манометр; 7 — масляный фильтр; 8 —масляный фильтр растопочной форсунки; 9— указатель обрыва факела; >0 — главная форсунка; 11— растопочная форсунка: 12— регуляторы давления; 13— патрубок выхода инертного газа; 14 — влагоотделнтель; 15 — камера сгорания; 16 — кольцевая охладительная камера; П — патрубок спуска воды; 18— поплавковый регулятор; 19— патрубок входа воды
219
5
9
Рис. 13.14. Установка для получения инертного газа с использованием уходящих газов котла:
/ — дымоход котла; 2—клапан воздушной очистки; 3 — клапан отбора дыма, 4 — газоочистительная колонка; 5 — трубопровод входа чистого воздуха; 6— трубопровод подачи воды к дискам колонки; 7 — трубопровод подачи воды к распылителям; 8 — газонагнетатель; 9— расходный регулирующий клапан; 10— палубный затвор; 11— вакуумный прерыватель; 12— трубопровод к палубной магистрали; 13 — гидравлический затвор; 14— трубопровод слнва за борт; 15 — клапан рециркуляции; 16— рециркуляционная труба; /7 — насос забортной воды, работающий постоянно; 18 — насос забортной воды; 19 — насос газоочнстительной колонки
инертного газа (рис. 13.13) сжигание топлива производится в строго определенной пропорции с воздухом, чтобы осуществлялось полное сгорание. В результате этого выходящие газы состоят в основном из углекислого газа и азота с очень небольшим содержанием кислорода. Эти газы пропускают через охладитель, а затем через фильтр, где они очищаются от серы и избыточного углерода. Промытый и очищенный таким образом газ теперь совершенно инертен и через распределительное устройство направляется к местам тушения пожара. Установка имеет автономное управление, чтобы подача инертного газа продолжалась столько, на сколько хватит топлива.
Установки для получения инертного газа с использованием уходящих газов котлов. На рис. 13.14 показана схема такой установки, применяемой на танкерах, в которой отходящие от котла газы очищаются и в качестве инертного газа применяются для тушения пожара. Отходящие газы проходят через газоочистительную колонку, сушатся, фильтруются, а затем подаются в магистраль для дальнейшего распределения. После такой обработки в газе содержится не более 5% кислорода и он считается инертным. В расположенную на палубе магистраль газ подается газонагнетателями, из магистрали газ поступает в грузовые трюмы. Для предотвращения обратного тока газа в системе предусмотрены гидравлические затворы.
220
Установка применяется для заполнения топливной цистерны инертным газом, если цистерна работает в расходном режиме. Пустые топливные цистерны заполнены инертным газом, а при заправке цистерны топливом газ выпускается в атмосферу.
Преимущество установок инертного газа заключается в том, что они могут вырабатывать инертный газ непрерывно. Баллонные системы, такие как углекислотная, работают одноразово, как огнетушители, и пока они не будут перезаряжены, судно остается не защищенным от пожара.
Системы «Галон». «Галон 1301» (ВТМ) и «Галон 1211» (BCF) — это галогенизированные углеводородные газы, обладающие особыми свойствами при тушении пожара. В отличие от других веществ, которые понижают температуру горения или вытесняют кислород из района пожара, эти газы действуют как ингибиторы, замедляя процесс горения. Так как пары галогенизированной жидкости обладают низким давлением кипения, то эту жидкость можно хранить в контейнерах низкого давления. С другой стороны, если жидкость предполагается хранить в стандартных углекислотных баллонах, то в них можно разместить втрое больше этой жидкости, чем углекислоты. Другим преимуществом галогенизированных газов является то, что они не токсичны, но при использовании их для тушения пожара образуются такие газы, которые оказывают на человека раздражающее действие.
Галогенизированные газы хранятся в системе так же, как углекислота в углекислотной системе, но для хранения галогенизированных газов требуется меньше баллонов. Жидкий галон обычно закачивается в баллон вместе с азотом, для того чтобы увеличить скорость опорожнения баллона. Галон может храниться и в цистернах. Для опорожнения этих цистерн применяют сжатый воздух или сжатый углекислый газ.
13.3	. СТРАТЕГИЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ
Предотвращение пожаров на судне имеет большое значение для безопасности мореплавания. Борьба с пожаром на судне может быть обречена на неудачу, если к ней не готовиться заранее и не иметь в своем распоряжении различные противопожарные средства. Противопожарные средства, это оружие в борьбе с пожаром, были описаны выше. Теперь следует обратить внимание на готовность к борьбе с пожаром.
При тушении любого пожара необходимо, чтобы в действиях команды были отработаны четыре основные операции: обнаружение, оповещение, ограничение и, наконец, ликвидация очага пожара.
Пожар обнаруживается при срабатывании специальных средств, установленных на судне в различных местах, или просто
221
по появлению запаха или дыма. Любой член команды судна, независимо от того, находится ли он на вахте или свободен от нее, должен хорошо понимать опасность пожара и знать его признаки. Некоторые помещения судна особенно опасны с точки зрения возникновения пожара, их нужно регулярно посещать и осматривать.
При обнаружении пожара необходимо сообщить об этом как можно большему количеству людей на судне. Весьма важно, чтобы на ходовом мостике знали о местонахождении очага пожара и о его равмерах. Небольшой пожар может быть быстро потушен одним человеком, его обнаружившим, но все равно при любом пожаре нужно привлечь внимание людей. Для этого можно и громко кричать «Пожар!», и громко стучать в переборки, и приводить в действие сигналы пожарной тревоги, если они имеются поблизости. Тот, кто обнаружит пожар, должен быстро принять решение, тушить ли пожар ему сразу самому или, выйдя из помещения, сообщить о пожаре остальным. Чем больше людей знают о пожаре, тем больше сил может быть сосредоточено на его тушение. Если у вас возникнет сомнение, тушить пожар самому или извещать остальных, то в этом случае целесообразно известить других о пожаре!
Конструкция судна такова, что пожар может быть ограничен в том помещении, в котором он возник. На определенных расстояниях по длине и высоте судна располагаются пожаростойкие переборки и палубы, препятствующие распространению пожара, и те, кто участвует в борьбе с огнем, должны обеспечить, чтобы эти пожаростойкие барьеры не были преодолены огнем. Все двери и люки должны быть закрыты, вытяжную и нагнетательную вентиляцию необходимо выключить, а горючие материалы следует удалить из помещения. Нужно помнить, что пожар распространяется в трехмерном пространстве, т. е. во всех направлениях. Это надо учитывать при возникновении пожара.
Небольшой пожар потушить легко, но он может неожиданно превратиться в большой пожар. Поэтому даже небольшое загорание нужно тушить быстро, чтобы не дать ему распространиться. Вообще же тушение пожара в различных группах помещений ведется по-разному, и ниже будут рассмотрены особенности тушения пожара в различных группах помещений.
Тушение пожара в жилых помещениях. Оборудование жилых помещений выполнено в основном из материалов класса А, при тушении которых можно применять воду или использовать содовокислотные огнетушители. Однако электропроводка в тех случаях, когда при тушении пожара применяется в большом количестве вода, должна быть обесточена. Необходимо отключить всю нагнетательную и вытяжную вентиляцию и закрыть противопожарные заслонки. Если пожар тушится водой, то пожарный ствол должен использоваться в режиме распыливания, с тем чтобы достигнуть максимального охлаждающего эффекта. Помещения в большинст
ва
ве случаев будут задымлены, поэтому нужно иметь наготове дыхательные аппараты.
При пожаре в районе камбуза возникают другие трудности. Здесь имеются материалы класса Б, такие как пищевое масло, сало, жиры, для тушения которых необходимо применять пенные средства тушения (порошковые и углекислотные огнетушители). В некоторых случаях разрастание пожара можно предотвратить быстрым набрасыванием одеяла на горящие пищевые продукты.
Тушение пожара в машинных отделениях. При пожаре в машинном отделении горят в основном материалы класса Б, для тушения которых нужны пенные средства. Ручным огнетушителем можно погасить лишь небольшое загорание. При пожаре в машинном отделении немедленно объявляется пожарная тревога и сообщается на ходовой мостик. Останавливается нагнетательная вентиляция и закрываются противопожарные заслонки. Цистерны с топливом и смазкой, находящиеся вблизи места пожара, должны быть отключены и охлаждаться компактной струей воды. Для тушения пожара применяют пенные средства. Пеной покрывают крыши цистерн и льяла. Можно также для снижения температуры применять распыленную воду. Компактную струю воды для тушения пожара класса Б применять нельзя из-за того, что она может вызвать разбрасывание горящего топлива и дальнейшее распространение пожара. Эвакуировать людей из машинного отделения и использовать стационарную углекислотную установку можно лишь тогда, когда станет ясно, что дальнейшая борьба с огнем безнадежна. Ведь в машинном отделении сосредоточено много противопожарных средств и там находится энергетическая установка.
Если принято решение об эвакуации людей из машинного отделения, то об этом оповещается весь экипаж судна. Машинное отделение следует тщательно загерметизировать, чтобы туда не попадал воздух, необходимо перекрыть все клапаны на топливных и масляных трубопроводах, ведущих в машинное отделение. Только после этого можно пускать углекислый газ, и если переборки смогут воспрепятствовать распространению пожара, то он быстро прекратится Охлаждение переборок машинного отделения снаружи следует продолжать и во время пуска углекислого газа.
Входить в машинное отделение можно лишь через некоторое время, когда температура в нем будет достаточно низкой. Входить в машинное отделение лучше через тоннель или другое низко расположенное место, которое удалено от того участка, где был пожар. Входящие в машинное отделение люди должны иметь дыхательные аппараты и пожарные стволы на случай, если придется охлаждать горячие поверхности. Охлаждение отделения и удаление из него дыма являются первоочередными задачами, так как лишь при восстановлении нормальных условий для дыхания людей можно начать Ремонтно-восстановительные работы. Если в районе расположения пожара имеется электрооборудование, то его тушение, пока элек-
223
Рис. 13.15. Пределы воспламеняемости:
А—содержание кислорода в смеси (%); Б — содержание углеводорода в смеси (%); 1—концентрация кислорода в воздушио-углеводородной смеси; 2 — верхний взрывоопасный предел (11,5%); 3 — нижний взрывоопасный предел (1,3%); 1 — не
2	воспламеняется (слишком мало кислорода); Н —
не воспламеняется (очень богатая смесь); 111 — воспламеняется; IV — не воспламеняется (очень бедная смесь)
трооборудование не обесточено, должно производиться ручными углекислотными и порошковыми огнетушителями.
Тушение пожара в грузовых трюмах. Если пожар возникает в трю-
ме, оборудованном средствами обнаружения дыма и системой углекислотного тушения, то тушение пожара сводится к ряду простых действий, изложенных выше. Необходимо лишь перед тем, как начать заполнение трюма углекислым газом, убедиться, что все возможные места подвода и отвода воздуха в трюм и из трюма закрыты, а вентиляторы отключены.
Танкеры, как заполненные нефтью, так и с пустыми нефтяными цистернами, особенно опасны в пожарном отношении. Пожар в одной цистерне с большой вероятностью может привести к взрыву, а любой взрыв может вызвать пожар на всем судне. В этих случаях без промедления использовать пенные средства тушения, охлаждать водой близлежащие участки и всеми способами ограничивать распространение огня.
Поэтому на танкерах предупреждение взрывов и пожаров является главным требованием. Необходимо знать об опасности, которую представляют пары углеводородов, содержащиеся в нефтяных цистернах (рис. 13.15). На графике показано соотношение этих паров и кислорода, опасное с точки зрения взрыва или пожара. Если в воздушном пространстве нефтяной цистерны это соотношение будет поддерживаться в пределах, находящихся вне опасной зоны, то взрыва и пожара в цистерне не произойдет. В настоящее время практикуется заполнение воздушного пространства цистерн инертными газами, благодаря чему предотвращается возникновение взрывов и пожаров.
Противопожарная подготовка команды. Где находится ближайший огнетушитель? Какого он типа? Как им пользоваться? Эти вопросы нужно задавать на судне любому члену команды в любое время и на эти вопросы ответы всегда должны быть правильными. Если отвечающий на вопрос, лишь взглянув на огнетушитель, знает как им пользоваться, то, значит, тренировки имеют положительные результаты и члены команды подготовлены для борьбы с пожарами.
224
Пожарные тревоги часто называют профессиональным спортом, но к противопожарной подготовке нужно относиться более серьезно, чем к ней часто относятся сейчас на судах. Учения и тревоги очень полезны, к ним надо тщательно готовиться и проводить их на должном уровне. Противопожарное оборудование следует периодически проверять и испытывать, чтобы в случае необходимости оно работало исправно. Регулярному осмотру и проверке должны подвергаться огнетушители, пожарные насосы, пожарные рожки, шланги и т. д. Все механики должны знать правила проверки и перезарядки огнетушителей, а те, кто за них отвечает, должны следить, чтобы эти проверки и перезарядки производились своевременно. Ежегодные инспекторские проверки способствуют тому, что противопожарное оборудование содержится на должном уровне, но в течение всего года между такими проверками нужно, чтобы противопожарное оборудование было на высоком уровне готовности.
Дыхательные аппараты. Во многих случаях при тушении пожара могут использоваться дыхательные аппараты разных типов. Основное их назначение — обеспечить подачу кислорода, необходимого для дыхания человека. На практике встречаются дыхательные аппараты двух типов — противодымный шлем и автономный дыхательный аппарат с воздушными баллонами.
Рис. 13.16. Автономный дыхательный аппарат:
I — воздушный шланг; 2 — клапан вдоха, 3 — шлем-маска со смотровым стеклом широкого обзора; 4 — грудной ремень; 5 — каркас; 6 — клапан манометра; 7 — сигнальный свисток; «8— баллон с вентилем; 9 — запасной штуцер; 10— редуктор; 11 — система ремней; 12— манометр
8-1323
225
Противодымный шлем покрывает голову человека и снабжен шлангом для подвода воздуха. Воздух в шланг поступает от ручного воздушного насоса. Для обеспечения безопасных и правильных действий разработана система сигналов между тем, кто работает в аппарате, и тем, кто обеспечивает подачу ^оздуха.
Автономный дыхательный аппарат (рис. 13.16) состоит из одного или двух баллонов со сжатым воздухом, которые при помощи системы ремней удерживаются на спине человека. Воздух высокого давл’ения из баллона через редукционный клапан подводится к клапану вдоха, который располагается в маске. Подача воздуха обеспечивается в количестве, требуемом для дыхания. Выдох осуществляется в атмосферу через невозвратный клапан. Когда давление воздуха в баллоне снижается до предельного, звучит предупреждающий свисток. При использовании стандартного баллона человек может работать в автономном дыхательном аппарате от 20 до 30 мин.
13.4	. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА ПРИ СУДОВЫХ РАБОТАХ
Несчастные случаи на судне, как правило, бывают следствием ошибки, неосторожности, бездумных или безответственных действий и часто могут привести к жертвам. Ниже будут рассмотрены меры предосторожности, которые нужно соблюдать, чтобы избежать несчастных случаев.
. Рабочая одежда должна выбираться в зависимости от характера работы и опасности, которую она может представлять. Рабочая одежда должна быть пригнана по фигуре, не должна иметь таких свободно висящих деталей, как полы, шнурки или карманы. Одежда должна надежно закрывать большую часть тела человека, работающий должен иметь прочную обувь. Нельзя носить цепочки, кольца на пальцах рук и наручные часы, особенно при работе вблизи вращающихся деталей механизмов. Если работа у механизма представляет особую опасность, то необходимо носить еще и специальные защитные средства: очки, наушники и т. п.
При производстве ремонтных работ все механизмы и оборудование должны быть надежно отключены от источников энергии, для этого следует удалить предохранители йли закрепить рубильники в выключенном положении. Всасывающие и нагнетательные клапаны у насосов должны быть надежно закрыты, а в корпусе насоса не должно быть повышенного давления. С особой осторожностью следует обращаться с оборудованием, работающим на паре, и необходимо обеспечить, чтобы в этом оборудовании ни при каких обстоятельствах не могло произойти повышение давления.
Если во время ремонта необходимо поднимать тяжелые элементы оборудования, то там, где это возможно, следует применять рым-болты. Рым-болт должен быть ввинчен полностью до самого пояска, и нужно следить за тем, чтобы резьба как у болта, так и в 226
отверстии была бы в хорошем состоянии. Подъемные канаты также должны быть в хорошем состоянии, не иметь лопнувших жил и выступающих концов.
Прежде чем приступить к ремонту главного двигателя, следует включить валоповоротное устройство и вывесить соответствующий плакат для оповещения на посту управления двигателем. В районе проведения работ нужно удалить все масляные и топливные подтеки. Следует устанавливать высокие подмости для удобства проведения работ. Если валоповоротное устройство не используется, то его отключают, а если используется, то перед его пуском команду извещают об этом, чтобы все успели отойти от машины.
Если работы производят на некотором возвышении, то должны быть установлены и надежно закреплены леса. Доски для настила перед установкой на лесах проверяются и при наличии повреждений не должны ставиться. Лестницы для доступа на леса, если они предусматриваются, должны крепиться у обоих концов. Работающие на лесах должны внимательно обращаться с инструментом, для хранения которого нужно предусмотреть специальный ящик.
Большую опасность, которая иногда может привести к жертвам, представляет выброс пламени из топки котла. При соблюдении правил эксплуатации котлов этого можно избежать, но для этого нужно своевременно удалять масляные и топливные подтеки на настиле перед котлом, осматривать форсунки на утечку топлива, особенно в нерабочем состоянии. Необходимо соблюдать инструкцию завода-изготовителя в отношении правил разводки котла. Обычно инструкция предусматривает продувание топки воздухом перед разводкой котла. Подводимое топливо должно иметь надлежащую температуру и зажигаться от факела. Если топливо сразу не зажигается, его надо отключить, вынуть и проверить форсунку, снова продуть топку воздухом и попытаться еще раз зажечь факел.
Вход людей в закрытые помещения должен производиться по особым установленным правилам. Предполагается, что в закрытых помещениях, таких как коробчатый киль, междудонные цистерны, коффердамы, котлы и т. п., может не хватать кислорода. Вход в такие помещения может быть разрешен лишь вахтенным начальником. Перед тем, как кто-либо войдет в закрытое помещение, оно должно быть тщательно провентилировано. Входящий в отсек человек должен иметь дыхательный аппарат, который следует немедленно надеть, если почувствуется недомогание или просто неприятное ощущение во время работы. У входа в помещение должен находиться обеспечивающий, который при необходимости может вызвать помощь. Между работающим в отсеке и обеспечивающим устанавливается связь. У входа в помещение должны быть приготовлены спасательный канат и подъемное устройство. Если обнаружится, что работающий оказался в опасности, обеспечивающий безопасность Должен сначала объявить тревогу, но не входить в закрытое помещение, пока не наденет дыхательный аппарат.
8*	227
14.	ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
14.1.	ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЮ
Электрооборудование судна состоит из генераторной установки, распределительных устройств и большого числа потребителей. Электроэнергйя используется для управления двигателями вспомогательных механизмов, палубных устройств, освещения, вентиляции и системы кондиционирования воздуха. Постоянная подача электроэнергии необходима для безаварийной работы электрооборудования и безопасности судна. Для этих целей судно оборудуется как основным, так и аварийным электрооборудованием.
Аварийное электрооборудование может быть выполнено в виде автоматически запускающегося аварийного генератора переменного тока, в виде аккумуляторных батарей и т. п.
В целом электрооборудование должно включать в себя генераторные агрегаты, контрольные и распределительные устройства, двигатели с системами пуска и аварийные установки.
Переменный или постоянный ток. В настоящее время в качестве питания электрооборудования во всех судовых установках принят переменный ток, который вытеснил постоянный ток.
Система питания переменным током обладает важными свойствами: меньшая построечная стоимость, малая масса, меньшие требования к объему, простота обслуживания. Однако система питания постоянным током имеет преимущество в управлении двигателем, так как обеспечивает широкий диапазон скоростей, например в системе генератор — двигатель (Вард-Леонарда).
Характеристики электрических машин. Двигатели и генераторы постоянного и переменного тока используются в режиме максимальной номинальной мощности при заданной длительности работы приводного механизма. Это значит, что двигатели и генераторы рассчитаны на значительные кратковременные перегрузки, а также на средние перегрузки большей длительности.
Температура влияет на работу всего электрооборудования и на срок службы его изоляции. Температура работающей машины зависит от температуры окружающего воздуха и нагревания проводников от протекающего по ним тока. Для предотвращения повышения температуры сверх допустимого значения применяется вентиляция. Классификационные общества устанавливают нормы для 228
классов изоляции. Наибольшее распространение получили классы Е, В, F, определяющие свойства изоляционных материалов и скорость нарастания температуры в них.
Исполнение электрических машин. В зависимости от места эксплуатации двигатель или генератор имеет различные типы исполнения защитных корпусов. Брызгозащишенный корпус самый распространенный, благодаря ему обеспечивается защита от прямого попадания брызг и водяных паров. Герметичный корпус предназначен для герметизации машин при работе под водой в течение 1 ч. Корпуса других типов, такие как водонепроницаемые и водозащищенные. обеспечивают герметизацию только в течение 1 мин. Возможно также применение абсолютно герметичного корпуса, если в его конструкции предусматривается проточная вентиляция из смежных помещений.
Взрывобезопасный корпус способен противостоять взрыву самовоспламеняющегося газа, который может оказаться внутри него. При взрыве в таком корпусе не происходит дальнейшего распространения пламени.
14.2.	ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Вращение витка провода в магнитном поле вызывает появление тока. При соединении витка с двумя полукольцами, действующими как коммутатор, ток выпрямляется. Коммутатор или коллектор выполняется в виде пластин, с которыми соприкасаются неподвижные щетки. Для увеличения силы тока на выходе генератора увеличивают число витков провода в обмотке и применяют добавочное магнитное поле. При работе генератора между токосъемными щетками и коллектором появляется искрение, которое можно устранить, расположив щетки таким образом, чтобы они замыкали только соседние пластины коллектора. Широко распространен другой способ улучшения условий коммутации с помощью дополнительных полюсов: полярность дополнительного полюса должна быть такой же, как главного полюса, в сторону которого следовало бы смешать щетки для улучшения условий коммутации. Магнитное поле между полюсами создается обмоткой возбуждения. Сердечник катушки, изготавливаемый из электротехнической стали, сохраняет некоторый остаточный магнетизм, из-за которого может создаться напряжение на нагрузке. Характеристики генераторов постоянного тока зависят от числа и способа подключения обмоток возбуждения.
В зависимости от способа возбуждения различают: генераторы параллельного возбуждения; генераторы последовательного возбуждения; генераторы смешанного возбуждения.
Наибольшее применение нашли генераторы смешанного возбуждения, так как их работа обеспечивает лучшие энергетические характеристики. Генератор смешанного возбуждения имеет две
229
обмотки возбуждения (рис. 14.1, а). Обмотка параллельного возбуждения изготовляется из провода относительно малого диаметра, имеет сравнительно большое число витков и большое сопротивление. В отличие от нее обмотка последовательного возбуждения изготавливается из провода относительно большего диаметра, имеет небольшое число витков и небольшое сопротивление. Применение обмотки параллельного возбуждения позволяет получить в режиме холостого хода на выходе полное напряжение, которое непрерывно снижается при- увеличении нагрузки потребителя. Применение последовательной обмотки позволяет увеличивать выходное напряжение с ростом нагрузки. Поэтому на выходе генератора можно получить небольшое изменение напряжения на всем диапазоне нагрузок (рис. 14.1, б).
Распределительная система постоянного тока. Выходное напряжение генератора для питания электрооборудования поступает на шины, расположенные позади главных распределительных щитов. Далее электроэнергия поступает через автоматический выключатель к вспомогательным механизмам или к распределительному щиту. Главный распределительный щит — это распределительное устройство, осуществляющее подачу питания к потребителям электроэнергии. Через распределительные щиты осуществляется питание маломощных потребителей, например таких, как освещение. Схема распределительной системы электроэнергии показана на рис. 14.2.
Двухпроводная система питания обеспечивает подачу электроэнергии к каждому отдельному потребителю. Заземляющий провод является единственным электрическим соединением с корпусом судна. В генераторах со смешанным возбуждением третья шина является уравнительным соединением между электрически-
Рис. 14.1. Генератор смешанного возбуждения:
а — схема соединения обмоток возбуждения; 1 •— якорь; 2 — реостат; 3 — обмотка последовательного возбуждения, 4 — автоматический выключатель; 5 обмотка параллельного воз буждения; б — вольт амперные характеристики: / — напряжение от смешанного возбуждения; 2 — номинальное напряжение, 3—напряжение от обмотки параллельного возбуждения; 4~ напряжение от обмотки последовательного возбуждения; 5 — номинальный ток на грузки
230
Рис. 14.2. Схема распределительной системы электроэнергии постоянного тока:
I — цепи питания неответственных потребителей; 2 — распределительный ЩИТ; 3 — ГРУППОВОЙ распределительный щит; 4 — цепи питания вспомогательных механизмов; 5 — цепи питания грузового оборудования; 6—шины питания; 7 — автоматический выключатель; 8 — цепи питания навигационного оборудования
ми машинами. Для предотвращения выхода из строя электрооборудования в случае появления больших токов применяются предохранители. После определения причины, вызвавшей перегрузку, для восстановления цепи необходимо заменить предохранитель или возвратить его в исходное состояние. На судах нашли применение предохранители трех типов. Предохранитель первого типа — это полузакрытый, или восстанавливаемый, предохранитель, который имеет набор запасных элементов на случай его выхода из строя. Правильный выбор плавкой вставки определяет нормальную работу электрической цепи. Предохранитель второго типа — это патронный предохранитель, представляющий собой керамический изолятор, внутри которого расположена плавкая вставка. Этот предохранитель не является взаимозаменяемым, и в случае выхода из строя его необходимо заменить новым. Использование таких предохранителей предпочтительнее, так как они имеют более точный диапазон срабатывания. Предохранитель третьего типа — это контакторный прерыватель, представляющий собой изолированный переключатель, который работает как предохранитель. Он имеет две рабочие характеристики: нормальный рабочий режим; перегрузочный рабочий режим.
Прерыватель срабатывает с выдержкой времени для того, чтобы не происходило отключение цепи питания при кратковременных перегрузках по току. Время срабатывания при перегрузке определяет уставка. Прерыватель срабатывает, если его характеристика выходит за пределы допустимых значений. Устройство имеет переключатель режимов автоматическое — ручное управление. Контакторный прерыватель обычно подсоединяется к источнику питания по двухпроводной схеме. Там, где может быть сильное магнитное поле, для уменьшения искажений входного сигнала используют трехпроводную схему с компенсационным проводом. Для поддержания заданной нагрузки в выходной цепи генератора используется приоритетная система, отключающая неответственные потребители при перегрузке. Цель этой системы — уменьшить нагрузку на генератор, чтобы обеспечить безаварийную работу ответственных потребителей, таких как рулевое устройство, навигационные огни и т. п.
231
Рис.е 14.3. Схема соединения ламп с заземленной средней точкой: 1— лампа; 2—шины питания;
3 — земля
О состоянии изоляции шин можно судить по индикаторным лампам. Это две лампы, соединенные последовательно с заземленной средней точкой. Яркость свечения каждой из ламп характеризует напряжение на шине питания (рис. 14.3). Если система имеет хорошую изоляцию, то обе лампы горят в полнакала. Для удобства лампы располагают ря
дом, чтобы иметь возможность сравнивать яркость их свечения. Пробой изоляции определяют по разности в яркости свечения ламп. Если одна из шин замкнута на корпус, то соответствующая лампа погаснет, а другая будет гореть ярко. В той цепи, где есть замыкание на «землю», автоматический выключатель должен быть вы-
ключен. После этого необходимо подключать последовательно од-
ну за другой исследуемые цепи через распределительную установку для нахождения и устранения неисправности.
Электрические системы постоянного тока. Питание распределительных систем осуществляется от двух и более параллельно работающих генераторов. Каждый генератор должен иметь устройство защиты от обратных токов, минимального напряжения и перегрузок. Система двух параллельно работающих генераторов показана на рис. 14.4.
Питание цепей нагрузки от шин осуществляется через автоматические выключатели. В случае протекания больших токов должно быть предусмотрено отключение каждой шины. Реле обратного тока предотвращает переход генератора в двигательный режим, например, при остановке первичного двигателя. Контроль за параллельно работающими генераторами обеспечивается с помощью приборов — амперметров и вольтметров. Если при работе одного гене-
Рис. 14.4. Схема параллельной работы двух генераторов постоянного тока:
/ — реостат; 2 — обмотка парад дельного возбуждения; 3 — обмотка последовательного возбуждения; 4 — размыкающее реле обратного тока; 5 — максимальный расщепитель; 6— автоматический выключатель; 7 — амперметр; 8— реле мнкималь кого напряжения; 9—шины питания; 10— уравнительная ши на, 11 — вольтметры. 12— яко-
ря
232
ратора в цепи появляется перегрузка, то необходимо подключить к параллельно работающему генератору еще один генератор. С этой целью после запуска второго генератора возбуждают его до достижения равенства напряжений на обоих генераторах. Затем подключают второй генератор к шинам и, изменяя ток возбуждения, производят перераспределение нагрузки. Уравнительное соединение генераторов обеспечивает стабильную работу при изменении нагрузки сети.
14.3.	ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
В витке проводов, вращающемся в магнитном поле, наводится ток. Напряжение снимается с двух контактных колец, изолированных от вала, и через графитовые щетки поступает во внешнюю цепь. Такой ток будет переменным по направлению и по значению. Для увеличения генерируемого тока необходимо использовать дополнительные комплекты полюсов.
Магнитное поле создается магнитами, причем соседние полюса имеют противоположную полярность. Обмотки возбуждения полюсов соединяют последовательно и подключают к выходу генератора или к внешнему источнику. Использование отдельных витков необходимо для получения на выходе генератора нескольких э. д. с. Три выхода со сдвигом фаз на 120° позволяют получить три фазные э. д. с. График э. д. с. трехфазного генератора показан на рис. 14.5. Трехфазная электрическая цепь обладает большим к. п. д. по сравнению с однофазной. Каждая фаза может быть использована как в отдельности, так и вместе с другими. Существуют два способа соединения отдельных фаз источника: соединение по схеме «треугольник» и по схеме «звезда» (рис. 14.6). Наибольшее рас-
Рис. 14.5. Трехфазное выходное напряжение:
1—-первая фаза; 2—вторая фаза; 3 — третья фаза-, 4, 5 — угол сдвига между обмотками якоря соответственно 120° и 40°
Рис. 14.6. Трехфазная схема соединения:
а соединение по схеме «треугольник»; б —соединение по схеме «звезда»; / — первая фаза; II — вто-
рая фаза; III — третья фаза
233
пространение нашло соединение по схеме «звезда», при котором концы фаз соединяются в одну общую точку, а начала фаз подсоединяются с помощью проводов к шинам.	I
При соединении источника по схеме «треугольник» конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, конец третьей фазы — с началом первой. Генег раторы имеют вращающийся якорь и неподвижную обмотку воз^-буждения. В больших мощных генераторах вращается обмотка возбуждения и неподвижен якорь.	I
В старых конструкциях ток возбуждения поступал от генератора постоянного тока или от возбудителя, сидящего на валу этого же генератора.
Современные генераторы имеют статическую систему самовозбуждения или же выполняются в виде высокоскоростных генераторов бесщеточного типа. Система возбуждения должна управлять реактивной составляющей мощности при том или ином характере нагрузки.
Коэффициент мощности цепи — это косинус угла фазового сдвига между вектором напряжения и тока. При чисто активной нагрузке напряжение и ток совпадают по фазе, коэффициент мощности равен единице. Электрическая мощность в цепи с активным сопротивлением равна произведению значений напряжения и тока. При индуктивной или емкостной нагрузке в сочетании с активной напряжение и ток не совпадают по фазе и коэффициент мощности будет меньше единицы. Электрическая мощность равна произведению напряжения на ток и на коэффициент мощности. При увеличении нагрузки напряжение генератора переменного тока уменьшается, причем это снижение тем больше, чем ниже коэффициент мощности нагрузки. Следовательно, система возбуждения, поддерживающая на выходе генератора переменного тока номинальное напряжение, должна реагировать как на изменение тока в нагрузке, так и на фазовый сдвиг. При этом также необходимо принимать во внимание изменение частоты вращения первичного двигателя.
Ручное управление возбуждением—это трудоемкая операция, поэтому чаще используют автоматический регулятор напряжения, представляющий собой цепь обратной связи, по которой передается напряжение с выхода генератора переменного тока на усилитель. В случае отклонения напряжения генератора от номинального значения появляется сигнал рассогласования, который поступает на усилитель и изменяет возбуждение для корректировки напряжения. В автоматическом регуляторе напряжения есть также элементы стабилизации, предотвращающие рысканье (флуктуации) постоянного напряжения или перерегулировку. В эксплуатации находятся различные типы автоматических регуляторов напряжения в виде угольных столбов, магнитных усилителей, электронных устройств и др. Генераторы переменного тока постоянного возбуждения име-
234
р.ис. 14.7. Схема распределительной системы электроэнергии переменного тока:
/ — цепи питания освещения; 2 — цепи питания основных потребителей; 3 — понижающий трансформатор; 4 — цепи пита-, ння мощных потребителей; 5 — аварийное освещение; 6 — питание с берега; 7 — аварийное питание потребителя постоянным током; 8 — выпрямитель; 9 — батареи; 10—блокировка; //—аварийный генератор переменного тока; 12 — дизель-генератор;
13 — турбогенератор
ют систему самовозбуждения, а не возбудитель постоянного тока. Генераторы переменного тока этого типа обладают большой стабильностью напряжения при внезапных нагрузках, например при прямом пуске больших асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В системе со статическим возбуждением используются трансформаторы и выпрямители — набор последовательно-параллельных элементов для возбуждения генератора. Щетки и кольца применяются для передачи тока в обмотки возбуждения, установленные на роторе. Таким образом, напряжение на выходе генератора есть напряжение холостого хода и при появлении тока нагрузки обеспечивается избыточное возбуждение, достаточное для поддержания постоянного напряжения при любом характере нагрузки. Тщательный подбор компонентов создает систему, функционирующую как саморегулятор напряжения. Дополнительные трудности появляются при конструировании автоматического регулятора напряжения, если нужно учитывать изменение частоты вращения ротора первичного двигателя. Высокооборотный генератор переменного тока бесщеточного типа был разработан для того, чтобы можно было отказаться от возбудителей постоянного тока с коллекто-тором и щеточным механизмом. Генератор переменного тока, ротор системы возбуждения и выпрямители закреплены на одном валу. Выходное напряжение системы возбуждения поступает через выпрямитель по проводам внутри пустотелого вала к обмоткам возбуждения генератора. В генераторе данного типа также используется автоматический регулятор напряжения.
Распределительная система. Напряжение питания поступает от генератора переменного тока на главный распределительный щит распределительной системы переменного тока (рис. 14.7). Значение напряжения обычно не превышает 415 В *, но на некоторых больших установках может достигать 3300 В. К основным вспомогательным установкам высокое напряжение подается через выключатели.
* В СССР это напряжение обычно не превышает 400 В для теплоходов и 6300 В для электроходов. (Примеч. пер.)
235
Питание маломощного оборудования осуществляется по цепи с предохранителями или миниатюрными выключателями. Низкое напряжение питания применяется, например, для цепей освещения (220 В); оно поступает на распределительную систему через понижающий трансформатор.
Распределительная система должна быть трехпроводной с изолированной или заземленной нейтралью. Системы с заземленной нейтралью находят большое применение, несмотря на то что пред-1 почтение отдается системам с- изолированной нейтралью *. Системы с изолированной нейтралью могут выходить из строя от перепада высокого напряжения, который возникает при коммутации или повреждении системы, что может вызвать повреждение электрооборудования. При использовании систем с заземленной нейтралью возможна потеря управлением таким важным устройством, как рулевое, из-за дефекта в заземляющем проводе. Обрыв заземляющего провода в системе с изолированной нейтралью не приводит к исчезновению литания, а только фиксируется соответствующей индикаторной лампочкой. Следовательно, отдается предпочтение системам с изолированной нейтралью, так как обрыв питающего провода при этой системе не приводит к исчезновению напряжения, что недопустимо на судах.
Силовые системы переменного тока оборудуются контакторами и предохранительными устройствами такими же, как и для распределительных систем постоянного тока. Но оборудование этого типа имеет более простое конструктивное решение вследствие больших напряжений и меньших токов. Для токов до 100 А используется компактный контакторный прерыватель, выполняющий функцию предохранителя или автоматического выключателя. Как недостаток можно отметить, что при срабатывании устройства его обратное подключение осуществляется вручную. Другие разновидности этих устройств объединяются общим названием защитные автоматы, которые могут коммутировать токи до 1 кА. В системы переменного тока желательно включать электроизмерительные приборы или предохранительные устройства, фиксирующие обрыв цепи заземления.
Питание переменным током. При использовании для параллельной работы трехфазных генераторов переменного тока требуется большое количество электроизмерительных приборов, таких как амперметры, вольтметры, частотомеры и устройства синхронизации. Для большинства из этих приборов применяются понижающие трансформаторы, так как это необходимо для безопасной работы с приборами. Возможно также применение переключателей, например, между фазами генератора или шинами питания; следовательно, одним прибором можно измерять различные напряжения.
1 В СССР применяются распределительные системы только с изолированной нейтралью. (Примеч. пер.)
236
Ваттметром измеряют мощность, потребляемую от источника питания, которая в зависимости от значения коэффициента мощности нагрузки переменного тока будет меньше произведения напряжения и тока. В связи с невозможностью использования обратной токовой защиты применяют обратную защиту по мощности. Для предотвращения перехода генератора переменного тока в двигательный режим применяют реле обратной мощности. Для нормальной работы двух генераторов необходима синхронность их работы и равенство напряжения на фазах. Переменное напряжение на выходе любого генератора всегда изменяется; следовательно, для двух генераторов, работающих совместно, необходимо, чтобы их напряжения изменялись с одинаковой скоростью или частотой и достигали своего максимального или другого значения одновременно. Тогда генераторы работают в фазе. В настоящее время для проверки этого применяется синхроноскоп. Стрелка указателя синхроноскопа свободно вращается и движется под действием пары сил магнитного поля обоих обмоток. Когда два питающих напряжения находятся в фазе, стрелка устанавливается в положении «12 часов». Вращение стрелки указывает на несовпадение частот. Вращение по часовой стрелке обозначено отметкой «Быстро», а против — «Медленно», что указывает на частоту подключаемого генератора. Прежде чем подсоединить подключаемый генератрр к работающему для параллельной работы, необходимо в первую очередь убедиться в равенстве напряжений этих генераторов. Для этого служат вольтметры. Необходимо, чтобы частоты напряжений были в фазе. На практике добиваются того, что у синхроноскопа стрелка медленно движется в направлении «Быстро», и автомат включения на параллельную работу замыкают в тот момент, когда стрелка занимает положение «11 часов». Тогда подключаемый генератор мгновенно примет на себя небольшую нагрузку.
При использовании набора из трех ламп также возможно управлять синхронизацией. Для этого применяется определенный способ соединения ламп: главная лампа включается в разрыв первой фазы, а две другие — в соседние фазы. Если частоты двигателей различны, то лампы будут мигать в зависимости от входной частоты, которая может изменяться в сторону «Больше» или «Меньше». Правильная синхронизация достигается в тот момент, когда главная лампа не горит, а две другие светятся с одинаковой яркостью.
14.4.	ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Если по витку провода, находящемуся в магнитном поле, пропустить ток, то в результате их взаимодействия возникнет сила, которая будет вращать виток. Аналогичный принцип используется
237
в генераторах при вращении витка провода в магнитном поле для наведения э. д. с. в витке. Таким образом, электрическая машина! с помощью магнитного поля вырабатывает ток или энергию дви-J жения, т. е. работает как генератор или как двигатель. Применение дополнительных витков провода и более сильного магнитного поля позволяет создать высокоэффективный двигатель. Добавоч( ные полюса, устанавливаемые для уменьшения искрения, в на(-правлении вращения имеют противоположную полярность по от-нонТению к следующему полюсу. При вращении якорь работает как генератор, в результате чего создается э. д. с. в направлений,, обратном питающему, т. е. противбэ. д. с. которая вызывает падение напряжения на двигателе. Эта противоэ. д. с. регулирует потребляемую мощность, но она не возникает в момент пуска двигателя. Поэтому для уменьшения больших пусковых токов необходимо использовать цепи с пусковыми сопротивлениями. Работа нагруженного двигателя постоянного тока определяется падением напряжения на якоре, магнитным полем между полюсами и нагрузкой или моментом вращения. Например, падение напряжения на якоре зависит от противоэ. д. с., которая в свок> очередь зависит от частоты вращения якоря и магнитного поля двигателя. Для получения различных нагрузочных характеристик двигателя путем изменения перечисленных выше факторов используется параллельное, последовательное и смешанное соединение обмоток возбуждения.
Цепи обмоток двигателя параллельного возбуждения включают параллельно якорю (рис. 14.8). Таким образом, при работе двигателя с постоянной нагрузкой и с постоянной частотой вращения все остальные факторы постоянны. Увеличение нагрузки приведет к снижению частоты вращения и уменьшению противоэ. д. с. Через якорь будет протекать больший ток и возрастет потребляемая двигателем электроэнергия; при параллельном соединении магнитное поле оказывается неизменным. На практике частота вращения колеблется незначительно, поэтому эти двигатели явля-
Рис. 14.9. Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения:
1 — якорь; 2 — переключатель реверса; 3 — реостат; 4 — обмотка последовательного* возбуждения
Рис. 14.8. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения:
1—	реостат; 2— параллельная обмотка возбуждения; 3 — переключатель реверса; 4 — якорь
238
' ются идеальными для эксплуатации при различных нагрузках.
Цепи обмоток двигателя последовательного возбуждения включают последовательно с обмотками якоря (рис. 14.9). При данном  соединении повышение нагрузки приводит к снижению частоты ' вращения и уменьшению противоэ. д. с. Возросший ток нагрузки вызывает увеличение магнитного потока и, следовательно, про- тивоэ. д. с. В результате этого частота вращения двигателя ста-1 билизируется на некотором уменьшенном значении. Частота вра-щения двигателя последовательного возбуждения значительно . меняется при изменении нагрузки. Управление двигателем постоянного тока осуществляется достаточно просто.
Как показано на рис. 14.8, двигатель параллельного возбуждения имеет переменное сопротивление в цепи возбуждения. Благодаря этому возможно, изменяя ток в обмотках возбуждения, а также противоэ. д. с., получить широкий диапазон постоянных частот вращения. Реверсирование этого двигателя производят изменением полярности питания обмотки возбуждения.
Для управления двигателем последовательного возбуждения переменное сопротивление включается параллельно катушке возбуждения. Реверсирование этого двигателя достигается изменением полярности питания обмотки якоря на противоположную (см. рис. 14.9).
Двигатели с параллельным возбуждением работают с постоянной частотой вращения независимо от характера нагрузки. Частота вращения якоря двигателя последовательного возбуждения зависит от нагрузки: чем больше нагрузка, тем меньше частота вращения.
При одновременном включении последовательных и параллельных обмоток возбуждения создается комбинация характеристик двигателей с последовательным и параллельным возбуждением. Также необходимо учитывать пусковой вращающий момент, который для двигателей с последовательным возбуждением очень вы-•сок и уменьшается с увеличением нагрузки. Благодаря этому двигатели с' последовательным возбуждением можно использовать в подъемных кранах и лебедках.
Двигатели с последовательным возбуждением имеют бесконечную частоту вращения якоря, если они пускаются без нагрузки. Во избежание этого используют дополнительную параллельную обмотку возбуждения с небольшим числом витков провода.
Двигатели параллельного возбуждения используются там, где необходимо иметь постоянную частоту вращения, которая не зависит от нагрузки, например в вентиляторах или насосах.
Для пуска двигателя постоянного тока требуются специальные устройства, ограничивающие ток в якоре. Для этого применяется пусковой реостат (рис. 14.10). Набор сопротивлений реостата расположен на панели, рукоятка последовательно передвигается < повышением частоты вращения, в результате чего наводится
239
Рис. 14.10. Пусковой реостат двигателя постоянного тока:
/ — пружина; 2 — рукоятка; 3 — положение «Выключено»; 4 — контактная площадка сопротивлений; 5 — пусковые сопротивления; б — положение «Включено»: 7 — удерживающая катушка;	8—>
шунтовая обмотка возбуждения; .9 — якорь; 10— реле максимального тока
противоэ. д. с. Рукоятка с щеткой включается в цепь якоря и! двигается по контактным площадкам резисторов, так что с начала! в цепь якоря последовательно подключается набор резисторов, а затем постепенно выводится. Рукоятку следует передвигать медленно, чтобы якорь двигателя достиг номинальной частоты вращения и чтобы появилась э.д.с. Последний контакт пускового реостата свободный. Удерживающая катушка при наличии тока в цепи якоря не опускает свой якорь. При исчезновении питания пружина возвращает рукоятку в исходное положение. Далее пуск двигателя осуществляется обычным путем. Для предотвращения перегрузки по току при замыкании удерживающей катушки и освобождении рукоятки пускового реостата катушка реле перегрузки имеет сердечник из электротехнической стали, который при намагничивании током притягивает якорь, замыкая тем самым удерживающую катушку. Этот тип пускового сопротивления известен как пусковой реостат; другие типы пусковых устройств построены по’аналогичному принципу, но без ручного пуска.
14.5.	ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Если через свободно вращающуюся в магнитном поле катушку с проводами пропускать переменный ток, то вращающий момент не возникнет, так как ток постоянно изменяет направление. По такому принципу работает асинхронный короткозамкнутый двигатель, в котором три раздельные фазные обмотки статора создают вращающееся магнитное поле. Ротор состоит из медных проводников, расположенных по кругу параллельно его оси и закрепленных на концах кольцами для создания клетки. При пуске двигателя вращающееся магнитное поле наводит э. д. с. в клетке и, следовательно, появляется ток. Проводник ротора, по которому протекает ток в магнитном поле, создает вращающий момент для ротора. Частота вращения ротора немного меньше частоты вращения магнитного поля статора.
240
Частота вращения ротора двигателя зависит от э. д. с., наведенной в роторе, а последняя зависит от скольжения ротора относительно магнитного поля статора. С увеличением нагрузки частота вращения ротора уменьшается, вызывая увеличение индуцируемой э. д. с., следовательно, вращающий момент несколько увеличивается. Двигатель имеет практически постоянную частоту вращения ротора при всех изменениях нагрузки. При пуске двигателя начальный пусковой момент вращения в 2 раза больше номинального, а пусковой ток превышает номинальный в 6 раз. Пусковой ток можно уменьшить, если применить двухклеточную конструкцию ротора: две раздельные клетки одна над другой. В начальный момент вращения через внешнюю высокоомную клетку протекает почти весь ток ротора. Далее после разгона ротора двигателя больший ток будет протекать через внутреннюю низкоомную клетку.
Путем изменения числа пар полюсов можно получить ряд фиксированных частот вращения. Частота вращения асинхронного двигателя пропорциональна частоте питания, деленной на число пар полюсов. Благодаря применению переключателя числа пар полюсов можно получить различные фиксированные частоты вращения. Пусковые характеристики зависят от числа пар полюсов: чем больше пар полюсов, тем меньше отношение начального момента вращения к полному моменту вращения при нагрузке.
Выше был рассмотрен только асинхронный короткозамкнутый двигатель переменного тока как наиболее часто используемый в морской практике. Синхронные двигатели — это двигатели другого типа, которые нашли применение в системах электродвижения, но не используются для вспомогательных приводов.
Для пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя используются различные способы его включения. Это может быть прямое включение в сеть при помощи переключателя по схеме «звезда» или «треугольник», включение через автотрансформатор и пусковое сопротивление, подключаемое к цепи статора. Непосредственное включение двигателя в цепь обычно применяют там, где распределительная система может выдерживать пусковой ток. При использовании инерционной нагрузки необходимо учитывать время на разгон ротора двигателя, от которого зависит тепловой эффект тока пуска. Переключатель по схеме «звезда» или «треугольник» в начальный момент соединяет обмотки статора по схеме «звезда», а затем, после разгона ротора двигателя, соединяет обмотки по схеме «треугольник». При соединении по схеме «звезда» почти половина линейного напряжения приходится на каждую фазу и уменьшается пусковой ток. Начальный момент вращения также уменьшается до ’/з своего значения по сравнению со значением момента-вращения при непосредственном включении в цепь. Переключение на схему «треугольник» под нагрузкой производят примерно при частоте вращения ротора двигателя, которая состав-
241
. И I
Рис. 14.11. Схема пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя: 1 — автотрансформатор; 2 — двигатель; / — пуск; II — работа; 111— питание
ляет 75% номинальной частоты вращения; при этом потребляеч мый ток будет в 3.5 раза больше тока нагрузки. Автотрансформа торный пуск применяется толью для больших двигателей. Автотрансформатор имеет контактные выводы со значениями 40, 60 И 75% номинального напряжений (рис. 14.11). Двигатель пускается с одним из фиксированных значений, а затем при достижении 75% номинальной частоты вращения быстро переключается на номи
нальное напряжение. Выбор контактного вывода будет зависеть от требуемого пускового момента. Вывод 60% соответствует 70% номинального вращающего момента при нагрузке. Чем меньше коли-
чество делений на контактных выводах, тем меньше начальные мо-
менты вращения, и наоборот.
Для пуска двигателя имеется пусковой реостат с сопротивлением в цепи статора. Таймерное устройство шунтирует цепь с этим сопротивлением при достижении ротором двигателя определенной частоты вращения. В цепи питания двигателя устанавливается защита от обрыва одной из фаз, от перегрузки и от минимального напряжения. При обрыве одной из трех фаз цепь становится однофазной. В результате увеличивается ток во всех обмотках. В случае соединения обмоток по схеме «треугольник» при полной нагрузке через одну обмотку пойдет трехкратный номинальный ток. При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но с несбалансированным распределением тока. Устройство защиты от перегрузки может не сработать, если двигатель работает не при полной нагрузке. Для защиты от перегрева обмоток двигателя применяют тепловое реле. Устройства защиты от перегрузок могут быть выполнены как отдельно, так и в комбинации с термочувствительным реле. В своем составе они должны иметь элементы
выдержки времени, чтобы не происходило срабатывание защиты от пускового тока. Устройство защиты от уменьшения или исчезновения напряжения обеспечивает правильный пуск двигателя.
Техническое обслуживание. Для безотказной работы оборудования любого типа необходимо содержать его в чистоте. Электрические соединения должны быть надежными и не иметь искрения при работе. Главные наиболее нагруженные элементы необходимо периодически проверять и при необходимости заменять. Оборудование, работающее от сети переменного тока, электрически более опасно, чем оборудование, работающее от сети постоянного тока. Меры безопасности необходимо соблюдать при любой проверке или осмотре оборудования.
242
При загрязнении деталей электрооборудования может произойти пробой изоляции, утечка тока и даже замыкание на «землю». Высокая влажность и масляные осадки также отрицательна влияют на сопротивление изоляции. При регулярном измерении сопротивления изоляции и своевременной ее регистрации можно-найти участок цепи, нуждающийся в ремонте. Вентиляционные отверстия или решетки не должны быть засоренными, иначе нарушается охлаждение, что может привести к перегреву оборудования.
Масляные осадки от дизельного двигателя, который вращает незащищенные генераторы (обычно постоянного тока), могут повредить обмотки генератора, и поэтому необходимо постоянно протирать генератор. Герметичные двигатели следует периодически открывать для профилактических работ, чтобы убрать скопление угольной пыли, осаждающейся внутри корпуса.
Для безаварийной работы электрооборудования необходимо своевременно проверять силу давления угольных щеток и регулировать их пружины. Новые щетки должны быть подогнаны к поверхности коллектора или притерты стеклянной шкуркой. Наличие искрения указывает на плохую коммутацию. Для устранения искрения необходимо полировать поверхности коллектора. Слюдяную изоляцию между коллекторными пластинами нужно прочистить, если изоляция имеет выступы; следует также очищать коллекторные пластины от загрязнения.
Основное внимание следует уделять устройствам управления, таким как, например, пусковой реостат. Его контакты могут износиться или обгореть под действием электрической дуги. Обычно контакты легко двигаются и могут сниматься. Благодаря этому можно очищать поверхности контактов для обеспечения их хорошего прилегания. Это способствует тому, что не возникает электрическая дуга на последней закрытой позиции пускового реостата. Все рабочие поверхности контактов необходимо периодически осматривать.
14.6.	АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ
Общие сведения. Аккумуляторные батареи используются на большинстве судов в качестве быстро подключаемого аварийного источника питания. Кроме того, батареи применяются на береговых объектах для питания малым напряжением постоянного тока специального оборудования. Для правильной эксплуатации электрооборудования необходимо использовать батареи соответствующих типов и размеров. В основном на судах применяются свинцово-кислотные и щелочные аккумуляторные батареи.
Свинцово-кислотные батареи. Эти батареи состоят из набора элементов, каждый из которых имеет положительную пластину из
243
перекиси свинца и отрицательную свинцовую пластину. Обе пластины помещены в раствор серной кислоты, которая является хорошим электролитом. Между этими двумя пластинами возникает разность потенциалов, и если к выводам пластин подсоединить нагрузку, то в цепи появится ток. Начальное напряжение на выводах одного элемента составляет 2,2 В, затем оно стабилизируется до значения 2 В. Набор из шести последовательно соединенных элементов образует батарею, которая имеет напряжение 12 В. Батарея помещается в прочный корпус, изготовленный из пластика, твердой резины или битумной массы. В заряженном состоянии в батарее присутствуют свинец, перекись водорода и серная кислота. За время работы батареи часть свинца и перекиси водорода переходит в сульфат свинца и воду. Во время этой реакции, происходящей при разрядке батареи, у серной кислоты уменьшается плотность. Косда батарея заряжается, происходят химические реакции, в результате которых пластины приобретают первоначальное состояние, а вода переходит в газообразный водород и испаряется.
Щелочные батареи. Эти батареи состоят из положительной пластины из перекиси никеля и отрицательной железно-кадмиевой пластины, которые погружены в раствор перекиси калия. Напряжение на выводах одного элемента составляет примерно 1,4 В. Набор батареи из пяти элементов обеспечивает напряжение 7 В.
В щелочных батареях, как и в свинцово-кислотных, применяются элементы из прослоенных пластин, но каждый элемент расположен в своем стальном корпусе. Все элементы изолированы один от другого и помещены в общий деревянный корпус.
В заряженном состоянии положительная пластина состоит из перекиси никеля, а отрицательная — из никеля. За время работы кислород переходит от одной пластины к другой, не оказывая влияния на плотность раствора перекиси калия. Отрицательная пластина становится оксидом калия, а положительная — обеднен ной перекисью никеля. После подзарядки батареи кислород воз вращается к положительной пластине.
Выбор батареи. Выбор необходимой батареи производят исходя из достоинств и недостатков свинцово-кислотных и щелочных батарей.
Для достижения заданного уровня напряжения в свинцово-кислотных батареях используется меньшее число элементов, чем в щелочных батареях. К тому же свинцово-кислотная батарея имеет умеренную стоимость. С другой стороны, срок службы свинцовокислотной батареи ограничен, она требует периодической подзарядки, так как разряжается даже в режиме холостого хода. Если же оставить разряженной свинцово-кислотную батарею даже на небольшой срок, то она может выйти из строя.
Щелочная батарея сохраняет свой заряд без внешней нагрузки, и если даже батарея разряжена, то ее можно оставлять на дли
244
тельный срок без опасности выхода из строя. Щелочная батарея дороже свинцово-кислотной, но срок ее службы значительно больше и требуется меньше времени на восстановление ее заряда. Для достижения заданного уровня напряжения щелочной батареи требуется большее число элементов, чем для свинцово-кислотной батареи, так как каждый элемент щелочной батареи обладает меньшим номинальным напряжением.
Оба типа батарей нашли широкое применение на судах в основном для одних и тех же целей.
Рабочие характеристики. При подключении батарей в электрическую цепь создается перепад напряжения, по цепи пойдет ток, а сама батарея разряжается. В зависимости от емкости батарея может питать электрическую цепь в течение длительного или короткого периода времени. Емкость измеряется в ампер-часах. Ампер-часы это число часов, в течение которых батарея способна поддерживать номинальный ток в цепи. Например, батарея в 20 А-ч может в течение 10 ч поддерживать в цепи ток в 2 А или в течение 20 ч ток в 1 А. Это необходимо учитывать при разрядке малыми токами. Емкость в ампер-часах зависит от скорости разрядки. Для токов более 5 А необходимо еще учитывать степень разряженного состояния батарей.
После того как батарея выработала весь свой энергетический ресурс, необходимо произвести ее заряд, т. е. сообщить батареи требуемое количество электричества для достижения номинальной емкости. Возникающие при этом потери, зависящие от нагревания, не должны влиять на номинальную емкость батареи. Для того чтобы свести к минимуму эти потери, заряд лучше производить малым током.
Существуют различные методы заряда: при постоянном токе, при постоянном напряжении и непрерывным зарядом. Для увеличения напряжения заряда используется автоматическая или ручная система заряда постоянным током с регулируемым токоограничивающим резистором. С помощью данной системы обеспечивается большой ток для заряда батареи, который постепенно уменьшается по мере заряда батареи. Благодаря использованию токоограничивающего резистора предотвращается возникновение больших токов внутри элемента. Непрерывный заряд используется для поддержания батареи в рабочем состоянии — через батарею протекает малый ток длительный период времени, благодаря чему батарея сохраняется в заряженном состоянии.
Обслуживание и эксплуатация. Батареи должны находиться в заряженном состоянии, поэтому необходимо периодически производить их заряд. Например, для свинцово-кислотных батарей этого можно достигнуть, используя непрерывный заряд.
Степень разряда батареи можно определить при помощи ареометра, который предназначен для измерения плотности жидкости.
245
Рис. 14.12. Ареометр:
а — общий вид; б — снятие показаний; 1 — резиновая трубка; 2 — поплавковый указатель уровня с делениями; 3— стеклянная трубка; 4 — резиновая колба; 5 — электролит
да и разряда, но за длинный пе[ ся. Когда плотность достигает
На рис. 14.12 показан ареометр впрыскного типа. Образец электролита берется по очереди из каждой ячейки и измеряется его плотность' путем снятия показания «плавающего уровня». Все значения плотностей для каждого элемента одной батареи должны быть почти одинаковыми. О степени разряда можно судить по значению плотности электролита.
При снятии показаний необходимо производить корректировку в соответствии с температурой электролита. Плотность электролита свинцово-кислотной батареи при 15°С равна 1,280 кг/л. У щелочной батареи плотность не намного изменяется за время заря-юд времени постоянно уменьшает-1,160 кг/л, необходимо заменить
батарею.
Уровень электролита должен быть всегда выше верхнего края пластин. В случае испарения или химической реакции необходимо долить в батарею дистиллированную воду, чтобы уровень электролита был нормальным. Не дистиллированную воду допускается использовать только во время аварии. Постоянно же добавлять электролит в батареи нет необходимости.
Батареи должны храниться в чистом и сухом месте. Нельзя допускать, чтобы на поверхность батареи попадал электролит и скапливалась грязь. Несоблюдение этого правила может привести
к коррозии корпуса и к возникновению токов, которые могут вызвать разряд батареи. Клеммы батареи необходимо содержать в чистоте и периодически смазывать вазелином.
Во время работы батареи желательно измерять напряжение каждого элемента, которое должно быть одинаковым. Этот метод контроля применим только к щелочным батареям, для которых плотность электролита не характеризует степень разряда.
14.7.	СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГЕНЕРАТОР-ДВИГАТЕЛЬ (ВАРД-ЛЕОНАРДА)
С помощью гибкой системы генератор-двигатель (Вард-Лео-нарда), которая не имеет себе подобных, можно надежно регулировать частоту вращения якоря двигателя.
246
Рис. 14.13. Система контроля частоты вращения генератор-двигатель (Вард-Лео-нарда):
/ — выпрямитель; 2 — трансформатор; 3 — приводной двигатель переменного тока; 4—генератор постоянного тока; 5 — обмотка возбуждения генератора; 6— обмотка возбуждения двигателя; 7 — исполнительный двигатель постоянного тока; 8 — реостат управления
Система состоит из приводного двигателя, который всегда работает с постоянной частотой вращения и вращает якорь генератора постоянного тока (рис. 14.13). Генератор дает питание для исполнительного двигателя постоянного тока. Изменение тока возбуждения генератора вызывает изменение его выходного напряжения. Таким образом, частота вращения исполнительного двигателя может изменяться от нуля до максимального значения. Вследствие того что регулирование частоты вращения двигателя достигается путем изменения тока возбуждения генератора, аппаратура управления может работать при малых значениях тока. С помощью потенциометра или реостата в цепи возбуждения генератора можно изменять выходное напряжение от нуля до максимального значения и наоборот. Исполнительный двигатель имеет постоянную систему возбуждения, следовательно, значение частоты вращения двигателя зависит от выходного напряжения генератора.
В зависимости от основного назначения исполнительного двигателя обмотки последовательного возбуждения могут быть использованы для двигателя или генератора. При дополнительном переключении это может привести к реверсированию исполнительного двигателя в зависимости от включения обмоток последовательного возбуждения.
В качестве двигателя привода или первичного двигателя для системы генератор-двигатель может быть использован двигатель переменного тока, двигатель постоянного тока, дизель и т. п. В данной системе может быть применен любой привод с постоянной или почти постоянной частотой вращения, так как его назначение заключается только во вращении ротора генератора с постоянной частотой вращения.
14.8.	ГЕНЕРАТОР АВАРИЙНОГО ПИТАНИЯ И НАВИГАЦИОННЫЕ ОГНИ
В случае аварии в главной генераторной системе необходимо перейти на аварийное питание. Для этого можно использовать аккумуляторные батареи, но на большинстве транспортных судов применяют аварийные генераторы, для привода которых исполь-зуют.дизели, расположенные вне машинного отделения.
При работе аварийного генератора обеспечивается питание двигателей аварийных насосов, пожарных насосов, рулевого привода, герметичных дверей, специального оборудования пожаротушения. Также получают питание аварийное освещение для закрытых помещений, навигационные фонари, система связи, система тревоги.
Электроснабжение различных потребителей осуществляется через аварийный распределительный щит, находящийся в одном помещении с аварийным генератором (см. рис. 14.7). Требования параллельной работы аварийного генератора не являются обязательными. На современных судах пуск аварийного генератора осуществляется автоматически при снижении напряжения в сети.
Навигационные огни. Питание цепи навигационных огней должно осуществляться при любых аварийных ситуациях, и для этого необходимо, чтобы цепи питания имели специальное конструктивное исполнение.
При использовании отдельных цепей питания навигационных фонарей без подключения посторонних потребителей можно предотвратить отключение фонарей от распределительного щита в аварийной ситуации. Питание цепи навигационных фонарей осуществляется через тумблер режимов работы, при помощи которого возможно переключение на другой источник питания в случае отказа в основной силовой цепи. Если навигационные фонари погаснут, то должна подаваться аварийная световая или звуковая сигнализация.
Рис. 14.14. Схема питания навигационных фонарей: 1 — навигационные лампы; 2 — реле; 3 — двухполюсный выключатель; 4 — двухпозиционный переключатель; 5 — цепи основного питания; 6 — цепи аварийного питания; 7— зуммер; 8—предохранитель; 9 — индикаторная лампа;
10 — резистор
248
Схема питания системы навигационных фонарей показана на рис. 14.14. Два источника питания замыкаются на двухпозиционный переключатель режимов работы, при помощи которого подводится питание к цепи ламп с предохранителем в каждой линии. В схеме есть реле со звуковой сигнализацией, срабатывающее при возникновении обрыва в цепи. В этом случае одни контакты замкнут цепь звуковой сигнализации, а другие разомкнут цепь питания. Параллельно каждой индикаторной лампе подключен резистор, благодаря которому обеспечивается нормальная работа второй навигационной лампы в случае перегорания первой.
Если произошла авария в цепи главного питания, то все лампы гаснут, а звуковая сигнализация не подается. После этого с помощью переключателя лампы переводятся на аварийное питание.
14.9.	ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЭЛЕКТРООПАСНОСТЬ
Для бесперебойной работы электрооборудования сопротивление изоляции должно поддерживаться на допустимом уровне. Регулярно проводимые контрольные измерения показывают, когда и где необходимо проводить профилактические работы, корректировку или текущий ремонт.
Прибор для проверки изоляции — мегаомметр показан на рис. 14.15. Постоянный магнит создает магнитное поле вокруг вращающегося сердечника, на котором намотаны две катушки. Свободно вращающаяся указательная стрелка закреплена в центре вращения катушки. Эти две катушки намотаны взаимно перпендикулярно одна к другой и соединены так, что одна катушка измеряет напряжение, а другая — ток. Угол отклонения стрелки — ре-
Рис. 14.15. Схема мегаомметра:
' |'ровод проверяемой изоляции; 2 — эталонное сопротивление; 3 — управляющая катуш-ка* * 'Отклоняющая катушка; 5 — ротор ручного генератора; 6 — статор ручного генератора; 7 — сопротивление тока отклонения
249
зультат взаимодействия двух катушек, при помощи которых измеряется сопротивление изоляции. Питание прибора осуществляется от ручного генератора. Измерительные щупы используются для измерения сопротивления в нужных точках.
Опасность поражения электрическим током. Для людей, работающих в жаркой, влажной атмосфере, опасность поражения электрическим током очень большая, так как при влажной коже поражение человека током возможно даже при напряжении 60 В, и поэтому все кепи считаются опасными.
Перед началом эксплуатации все электрооборудование должно быть изолировано. После этого проверяют еще раз, нет ли пробоя изоляции цепи. По возможности необходимо не использовать для работы оборудование, если оно находится под напряжением. Для безопасной работы следует применять для работы изолированные инструменты.
В случае поражения человека электрическим током необходимо быстро и эффективно оказать ему помощь. Сначала следует оттащить пострадавшего от электрической установки, используя для этого при необходимости токонепроводяший материал. Электрический ток может привести к остановке сердца человека. В этом случае следует принять все меры, чтобы возобновить работу сердца, включая искусственное дыхание.
15.	КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И РЕГУЛЯТОРЫ
Все машины эксплуатируются с определенными значениями рабочих параметров, которые можно измерить. За значениями этих параметров следят по стрелочным и цифровым показывающим приборам. Системы регулирования предусматривают обмен информацией или ее переработку, которая обеспечивает соответствующую точность измерения показывающими приборами.
Регулирование может производиться вручную — открытием или закрытием клапана или автоматически, когда изменение какого-либо параметра преобразуется в регулирующее воздействие, которое без участия человека возвращает параметр к заданному значению
Сначала рассмотрим различные показывающие приборы, которые используются в измерительных информационных системах, а затем теоретические основы автоматики и автоматические системы регулирования.
15.1.	ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
Различают давление абсолютное и манометрическое, значения которых можно определить, используя измерительные приборы соответствующих типов. Абсолютное давление — это значение давления, измеряемое от нулевой точки шкалы давлений. Манометрическое давление — это избыточное давление, измеряемое от атмосферного давления. Если к манометрическому давлению прибавить атмосферное, то получим значение абсолютного давления.
Манометр. На рис. 15.1 показан U-образный трубчатый манометр. Один конец U-образной трубки подсоединяется к источнику измеряемого давления, а другой соединен с атмосферой. Трубка заполнена водой или ртутью. Разница в положении менисков трубки является показанием прибора, который измеряет избыточное или манометрическое давление. Прибор используется для измерения низких значений давлений и, в частности, атмосферного давления воздуха.
251
Рис. 15.1. U-образный трубчатый манометр:
1 — жидкость; 2— шкала; ph — давление в системе; ратм — атмосферное давление; h — манометрическое значение давления в сис-
теме
Рис. 15.2. Ртутный барометр:
/ — регулировочный винт; 2 — нулевая точка по шкале отсчета; 3— вакуум; 4 — шкала; 5 — стеклянная капиллярная трубка; 6 — защитный корпус для ванны с ртутью
Рис. 15.3. Барометр-анероид:
/ — пружина; 2 — мембранный короб; 3 — шарнирное соединение; 4 — стрелка; 5 — шкала
Рис. 15.4. Измеритель давления с трубкой Бурдона:
/ — патрубок для подсоединения к системе, в которой измеряется давление; 2 — ведомая шестеренка; 3 — шкала; 4—стрелка;
5 — трубка Бурдона; б — поперечное сечение трубки Бурдона; 7 — волосковая пружина; 8 — зубчатый сектор; 9 — настроечное шарнирное соединение
2
Рис. 15.5. Измерители давления: а — мембранный; б — сильфонный;	/ —-
мембрана; 2—шарнирное соединение к стрелке дифференциального измерителя давления; 3 — сильфон; Рь рз— давления среды
252
Барометр. Ртутный барометр — это прямотрубный тип манометра (рис. 15.2). Стеклянная капиллярная трубка, запаянная с одного конца, заполняется ртутью, переворачивается и свободным концом опускается в небольшую ванну с ртутью. Часть ртути выходит в ванну и над мениском образуется вакуум, а столбик ртути в капилляре уравновешивается действием атмосферного давления на ртуть в накопителе. Высота ртутного столбика определяет значение абсолютного давления атмосферы.
В барометре-анероиде (рис. 15.3) чувствительным элементом является деформируемая под действием атмосферного давления гофрированная мембранная коробка. При увеличении атмосферного давления жесткий центр верхней мембраны перемещается вверх или, если давление уменьшается, опускается вниз под действием плоской пружины. С помощью шарнирных соединений при смешении жесткого центра происходит вращение стрелки показывающего прибора. Около стрелки расположена градуированная круговая шкала.
Трубка Бурдона. Это, вероятно, самый распространенный измеритель манометрического давления (рис. 15.4). Чувствительным элементом является запаянная с одного конца трубка эллиптического сечения, выполненная в форме буквы G. Закрытый конец трубки при своем смещении с помощью шарнирного соединения вызывает вращение стрелки показывающего прибора вдоль шкалы. Система, в которой измеряется давление, подсоединяется к открытому концу трубки, жестко закрепленному в корпусе. При изменении давления происходит деформация трубки и смещение ее свободного запаянного конца, значение которого можно фиксировать по шкале.
Измерителем другого типа, в котором происходит деформация трубки при изменении давления, является геликоидальная или спиральная пружина. Нулевое значение шкалы прибора соответствует обычно значению атмосферного давления, т. е. прибор показывает манометрическое давление, но прибор может применяться и для измерения вакуума.
Измерители других типов. Мембраны или сильфоны могут использоваться для измерения манометрического давления (рис. 15.5). Смещение диафрагмы или сильфона передается с помощью шарнирного соединения к стрелке показывающего прибора или к цифровому преобразователю.
Пьезоэлектрический измеритель давления — это кристалл, который, подвергаясь сжатию, электризуется, а значение появляющегося при этом тока пропорционально давлению сжатия. Ток подается к преобразователям, шкала которых отградуирована в единицах давления.
15.2.	ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Температура измеряется с помощью приборов в градусах Цельсия (°C). Обычно это шкальные показывающие приборы для всех значений температур. Абсолютные температуры используются в теоретических вычислениях, включающих газовые законы (см. приложение 3).
Жидкостный стеклянный термометр (рис. 15.6). С помощью разтГичных жидкостей, применяемых в приборе этого типа, можно измерять температуры в различных диапазонах. Например, с помощью ртутных термометров — от —35 до +50°С, спиртовых — от —80 до +70°С. Для измерения температур с высокими значениями используются термометры с газовым наполнителем, которым обычно является азот с низким давлением.
Манометрический термометр с жидкостным наполнителем. В приборе используется металлический термобаллон и капилляр с трубкой Бурдона, заполненные жидкостью, благодаря чему обеспечивается достаточная прочность прибора и можно производить измерения в широких пределах. Например, при использовании ртути в качестве наполнителя обеспечивается диапазон измерений от —39 до +650°С. Трубка Бурдона может быть спиральной или геликоидальной формы и при увеличении температуры стремится выпрямиться. Смещение свободного конца трубки с помощью шарнирного соединения преобразуется в движение стрелки показывающего прибора.
Термометры с биметаллическим чувствительным элементом. Биметаллический измеритель состоит из соединенных вместе двух упругих разнородных металлических пластин. При изменении температуры неодинаковое удлинение двух металлических пластин вызывает изгиб или скручивание чувствительного элемента. В одном из термометров (рис. 15.7) используется геликоидальная биметаллическая пружина, один конец которой закреплен в корпусе измерителя. При изменении температуры, т. е. при охлаждении или нагреве пружины, происходит смещение ее свободного конца, который соединен со стрелкой показывающего прибора. В зависимости от вида металлов для биметаллической пластины определяется диапазон измерений термометра от —30 до +550°С.
Термоэлектрический измеритель. Термопара — это один из видов электрического термометра. Датчиками температуры пирометрических измерителей являются термопары, представляющие со-
4	3	2	I
Рис. 15.6. Жидкостный стеклянный термометр:
-1 — баллончик с жидкостью; 2 — шкала; 3 — стеклянная защитная оболочка; 4 — жидкость 254
Рис. 15.7. Биметаллический измеритель температуры:
/ — ось прибора; 2 — крепление пружины к осн; 3 — геликоидальная биметаллическая пружина; 4— крепление пружины к корпусу измерителя; 5—защитный корпус; 6 — подшипник; 7— стрелка; 8—шкала
бой два изолированных спаянных между собой с одного конца проводника из разнородных металлов. При изменении температуры горячего спая на свободных концах проводников возникает термоэ. д. с., значение которой зависит от температуры. Пирометрический измеритель температуры показан на рис. 15.8; термопара через соединительные или компенсационные провода подсоединена к милливольтметру, шкала которого отградуирована в единицах температуры. Термоэлектричество возникает в том случае, если существует разность температур горячего и холодного спая двух разнородных проводников. В зависимости от вида металла проводников определяется диапазон измерения прибора в пределах от —200 до + 140(ГС.
Терморезистор. Это электрический термометр, принцип действия которого основан на изменении сопротивления измерителя в результате температурного воздействия. В терморезисторе расположен полупроводник, который представляет собой сплав порошкообразных окислов меди, кобальта, никеля, марганца. Смесь спрессовывается и спекается при высокой температуре, а форма полупроводника зависит от способа его применения и может быть каплевидной, прутковой и др. Терморезисторы обычно помешаются в стеклянный или металлический защитный корпус. Две формы терморезистора показаны на рис. 15.9. Пропорционально изменению
Рис. 15.8. Пирометрический измеритель температуры:
1 — провод; 2 компенсационные провода; 3 — металлический защитный корпус; 4 — горячий спай; 5 — керамический изолятор; 6 измеритель температуры
255
Рис 15.9- Терморезнсторы в -стеклянном шарике (а) и в металлическом защитном колпачке (б):
1 — соединительные провода; 2 — терыорезнс-тор
температуры происходит изменение активного сопротивления полупроводника, значение которого может быть измерено с помощью электрической схемы, а шкала показывающего прибора отградуирована в единицах температуры. К достоинствам данных измерителей следует отнести их небольшие размеры и высокую чувствительность. Диапазон измерений находится в пределах от —250 до + 1500°С.
15.3.	ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И РАСХОДА ЖИДКОСТИ
Поплавковые измерители уровня. Они представляют собой обычно пустотелый шар или цилиндр, движение которого при изменении уровня жидкости передается на показывающий прибор. В качестве промежуточной передачи от поплавка к стрелке показывающего прибора используются механические рычажные системы. Поплавковые сигнализаторы в комплексе с электрическим контактором или прерывателем используются для включения и выключения насосов при крайних значениях уровня
Смотровое или измерительное стекло. Для измерения уровня жидкости в цистернах применяются смотровые стекла различных типов. Для измерения уровня воды в котлах используются водомерные стекла.
Пневмеркаторный измеритель уровня. Это извещатель, в котором для измерения уровня в танке используется ртутный манометр в сочетании с полусферическим раструбом и системой трубопроводов (рис. 15.10). Полусферический! раструб находится около днища танка и соединяется через трубопровод небольшого сечения с ртутным манометром. С помощью переключающего крана можно подключить один манометр к нескольким танкам, обычно к двум. К трехходовому крану подходят трубопроводы: от измерителя; подачи силового воздуха; выпуска воздуха из прибора в атмосферу. Если трехходовой кран поставить'в положение «Воздух», то система прибора заполняется сжатым воздухом. Затем трехходовой кран ставят в положение «Измерение»; при этом воздух по дается через трехходовой кран к ртутному манометру и через переключающий край — в один из танков, а давление воздуха, вытесняющего жидкость из трубки в танке, пропорционально уровню жидкости в нем. Это давление измеряется ртутным манометром со шкалой, отградуированной в единицах уровня. После проведения измерений трехходовой кран необходимо поставить в положение «Вентиляция».
256
рис. 15.10. Пневмеркаторный измеритель:
/ — танк № I; 2 — полусфернче ский колпак; 3 — танк № 2; 4 — избирательный кран; 5 — шкала; б — манометр; 7 — трубопровод вентиляции системы; 8 — трубопровод подачн сжатого воздуха;
9 — трехходовой кран
Рис. 15.11. Измерители расхода:
а — ротационный; б — с вертушкой; / — ведущий ротор; 2 — ведомый ротор; 3— корпус; 4 — привод к передаточному механизму показывающего прибора; 5 — спиральная вертушка; / — вход потока; II — выход потока
Количественные измерители расхода. Счетчики расхода служат для определения суммарного расхода жидкости за определенное время. Для измерения мгновенных значений расхода применяются расходомеры, принцип действия которых основан на прохождении определенного количества жидкости через поперечное сечение трубопровода при постоянной скорости потока.
В объемном нагнетателе за полный оборот пары роторов через измеритель проходит количество жидкости, которое равно объему
Рис. 15.12. Трубка Веитури:	Рис. 15.13. Дроссельный измеритель:
> - высота столбика жидкости, пропорцио- 1 — высота столбика жидкости, пропорци-нальная скорости потока; 2—манометр; 3— ональная скорости потока; 2—манометр; сужающаяся часть измерителя; 4 — централь- 3 — диафрагма; / — вход потока; //—выкая цилиндрическая часть измерителя или	ход потока
шейка; 5 — расширяющаяся часть измерителя;
I ~ вход потока; II — выход потока
9—1323
257
между роторами и корпусом (рис. 15.11.а). При этом суммарный расход жидкости будет пропорционален частоте вращения ротора и определяется по счетчику, который связан с прибором через механическую, шестеренчатую или магнитную передачу.
В измерителях расхода других типов определяется число оборотов вертушки в набегающем потоке (рис. 15.11, б), которое суммируется счетным механизмом, показывающим общий расход жидкости. Выходными звеньями вращающихся вертушек могут бытб механические счетчики или тахогенераторы, вырабатывающие ток, пропорциональный расходу жидкости в трубопроводе.
Скоростные измерители расхода. Трубка Вентури состоит из конической сужающейся приемной трубы, цилиндрической центральной и конической расширяющейся выходной труб (рис. 15.12). Принцип действия прибора основан на том, что перепад давлений пропорционален объемному расходу жидкости или газа.
Дроссельный измеритель. Состоит из диафрагмы с уменьшен
ным проходным сечением, которая устанавливается в потоке жидкости или газа. Проходное отверстие диафрагмы имеет прямую входную части и скошенную выходную (рис. 15.13). Принцип действия прибора основан на том, что перепад давлений до и после диафрагмы, измеряемый дифференциальным манометром, пропор-
ционален расходу жидкости или газа.
Следящий рамочный измеритель силы тока или напряжения. Приборы для измерения силы тока или напряжения выполняются со следящим рамочным чувствительным элементом. Конструктивно приборы могут выполняться различно, но принцип действия их одинаковый.
Рис. 15.14. Следящий рамочный Измеритель:
1 — стрелка; 2 — шкала: 3 — постоянный магнит; 4 — рамка с обмоткой; 5 — сердечник из мягкого чугуна; 6 — волосковая пружина; 7 — вертикальная ось
вращения
Следящий рамочный измеритель состоит из рамки с обмоткой, которая вращается между полюсами постоянного магнита (рис. 15.14). Две волосковые спиральные пружины используются для подвода тока к рамке. Ток, проходя по обмотке рамки, создает магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает вращающий момент, вызывающий смещение стрелки прибора пропорционально отклонению тока или напряжения. Прибор подключается к источнику постоянного тока, и поэтому необходимо следить за правильным подключением полюсов. При использовании источников переменного тока в схему прибора необходимо ввести выпрямитель.
258
15.4.	ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ, ВЯЗКОСТИ ТОПЛИВА, СОДЕРЖАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДЕ И КИСЛОРОДА В ВОЗДУХЕ
Тахометры. Принцип действия тахометров основан на преобразовании частоты вращения в механические или электрические выходные сигналы. В соответствии с этим получили распространение механические и электрические тахометры.
Механический тахометр. Это несложный по конструкции пор тативный прибор, который имеет широкое распространение для измерения частоты вращения.
Два груза с одинаковыми массами расположены на плоских пружинах, которые с одного конца прикрепляются к вращающемуся валу, а с другого — к скользящей втулке (рис. 15.15). Скользящая втулка через зубчатый сектор соединяется со стрелкой показывающего прибора. Изменение частоты вращения вала вызывает изменение центробежной силы грузов, которая уравновешивается силой поджатия цилиндрической и плоской пружин при перемещении скользящей втулки. Перемещение скользящей втулки пропорционально изменению частоты вращения и регистрируется по шкале прибора, которая отградуирована в единицах частоты вращения.
Электрические тахометры. Магнитоиндукционный тахометр состоит из алюминиевой чашки, которая вращается в магнитом поле изолированного чугунного статора (рис. 1516). В статоре под углом 90° одна к другой расположены две пары катушек индуктивности. Под действием электромагнитного поля одной пары катушек статора во вращающейся алюминиевой чаше индуктируются вихревые точки, создающие свое магнитное поле, благодаря которому появляется э. д. с. в другой паре катушек статора. Значение этой э д с. пропорционально частоте вращения и может быть измерено вольтметром, шкала которого отградуирована в единицах частоты вращения
Тахогенераторы — это электрические машины малой мощности постоянного или переменного тока. Выходными сигналами тахогенераторов являются э. д. с., пропорциональные частоте вращения ротора, которые измеряются вольтметрами со шкалой, отградуированной в единицах частоты вращения. Если э. д. с. с
9*	259
Рис. 15 15. Механический тахометр: / — приводной валик; 2 — скользящая муфта; 3 — груз; 4 — цилиндрическая пружина; 5 — плоская пружина; 6 — шкала; 7-стрелка; 8 —’механизм привода
Рис. 15.16. Магнитоиндукциониый тахометр:
1 — катушка индуктивности; 2 — статор; 3 — изоляция; 4 — подшипник; 5 — алюмн ниевая чашка; 6 — ^ал привода; / — напряжение питания переменного тока; II — напряжение на выходе
Рис. 15.17. Тахометры:
а — с индукционным датчиком; б —с емкостным датчиком; I— зубчатое колесо; 2—датчик с катушкой индуктивности; 3—преобра зователь сигналов; 4 — цифровой индикатор; 5 — обкладки конденсатора; 6 — вращающаяся пластина; 7 — приводной вал
обмоток ротора снимается с помощью контактных колец, то ток во внешней цепи будет переменным, а если с помощью коллектора, то ток во внешней цепи будет постоянным. Преимущества тахогенераторов состоят в том, что они имеют малые размеры и массу и что с их помощью возможна дистанционная передача сигналов. Благодаря этому можно широко использовать тахогенераторы при автоматизации различных процессов. В системах контроля выходное напряжение тахогенератора измеряется вольтметром, шкала которого отградуирована в единицах частоты вращения.
Преобразователи различных типов могут использоваться в сочетании с цифровыми индикаторами.
Тахометр с индукционным датчиком показан на рис. 15.17, а. Зубчатое колесо вращается около магнитного сердечника катушки и создает пульсирующий магнитный поток, под действием которого в катушке индуцируется переменная э. д. с. Импульсы э. д. с. с частотой вращения вала поступают на вход частотного преобразователя, а затем к частотомеру с цифровым индикатором или со шкалой, отградуированной в единицах частоты вращения.
Тахометр с емкостным датчиком" показан на рис. 15.17,6. Вращающаяся пластина, вращаясь между пластинами конденсатора, изменяет его емкость. Пульсирующие сигналы через частотный преобразователь поступают к частотомеру с цифровым индикатором.
Торсиометры. Измерители крутящего момента — это обычно электрические приборы.
Крутящий момент на валу можно определить из условия, что угол скручивания вала, между двумя его сечениями пропорционален приложенному крутящему моменту. Мощность на валу опре-
260
Рис. 15.18. Тензометрический торсиометр:
/ — питание постоянным током: 2 — показывающий прибор; 3 — кольца;
6 — тензометрический датчик
4 — щетки; 5 — вал.
деляется счетным блоком, к которому подводятся импульсы, характеризующие крутящий момент и частоту вращения вала.
Тензометрический торсиометр. Измеритель, в схему которого включены четыре тензометрических датчика, показан на рис. 15.18. Тензометры наклеиваются на вал и с их помощью можно измерять угол скручивания вала. Для подвода тока от источника питания и отвода результирующего тока в подвижной схеме применяются кольца со щетками, образующие электрические связи схемы. В одну диагональ мостовой схемы подведено постоянное напряжение, а в другую включен показывающий прибор — миллиамперметр, шкала которого отградуирована в единицах крутящего момента. Значения сопротивлений подбираются так, чтобы при отсутствии крутящего момента мостовая схема была уравновешена, т. е. ток в диагонали показывающего прибора отсутствовал. При появлении крутящего момента изменяются значения сопротивлений мостовой схемы, в ее диагонали появляется ток, пропорциональный приложенному крутящему моменту. Этот ток является выходным сигналом прибора.
Торсиометр с дифференциальным трансформаторным датчиком. Две корпусные отливки используются для изменения воздушного зазора сердечника в магнитной цепи прибора. Корпусные отливки крепятся на валу так, как показано на рис. 15.19, и соединены между собой тонкими стальными пластинами. Под действием крутящего момента соединительные пластины деформируются и
Рис. 15.19. Торсиометр с дифференциальным трансформаторным датчиком:
/ — упругие стальные пластины, 2 — сердечник нз мягкого чугуна; 3 — переменный воздушный зазор; 4 катушки дифференциального транс форматора
261
Рис. 15.20. Торсиометр с магнитоупругим измерителем:
/ — питание переменным током первичных катушек; 2 — кольцо № 1; 3 — выходной сигнал из вторичных катушек; 4— кольцо № 2; 5 — кольцо № 3; б —обмотка; 7 — кольца № 1 и
•	№ 3; 8 — кольцо № 2
корпусные отливки смещаются одна относительно другой. Дифференциальный измеритель состоит из первичных и вторичных обмоток катушек индуктивности, установленных на одной корпусной отливке, и чугунного сердечника, установленного на второй корпусной отливке. К первичным обмоткам катушек подводится напряжение от стабилизированного источника переменного тока, а со вторичных встречно включенных катушек снимается выходной сигнал t/вых- При среднем положении сердечника э. д. с., которые наводятся во встречных катушках, уравновешивают одна другую, т. е. t/вых =0. Размер зазора, т. е. среднее положение сердечника при Л1кр=0, регулируется микрометрическим винтом.
При изменении воздушного зазора, т. е. при смещении сердечника из среднего положения под действием Л1кр, происходит перераспределение э. д. с. в выходных обмотках пропорционально AfKP и появляется выходной сигнал t/вых- Мощность на валу определяется счетным блоком, к которому подводится Мкр и импульс по частоте вращения вала, а соответствие снятой с прибора мощности и действительной регулируется с помощью настроечного микрометрического винта.
Торсиометр с магнитоупругим измерителем. Три кольца с катушками индуктивности расположены вокруг вала и не соприкасаются с ним (рис. 15.20). Принцип действия измерителя основан на изменении магнитной проницаемости металла вала при его деформации. Магнитный поток катушек индуктивности кольца № 2, к которым подводится переменный ток от стабилизированного источника напряжения, замыкается на полюса через воздушный зазор и металл вала.
Если вал не нагружен, то магнитная проницаемость его металла одинакова во всех направлениях, магнитный поток распределяется симметрично относительно полюсов колец № 1 и № 3 и ток в катушках № 1 и № 3 отсутствует. Если вал нагружен, то в 262
нем возникают усилия растяжения и сжатия, направленные под углом 45° к его оси, вызывающие рост магнитной проницаемости металла в 'направлении сжатия и уменьшение — в направлении растяжения. Вследствие этого в катушках колец № 1 и № 3 индуцируется э. д. с., пропорциональная Л4кр. Импульсы, пропорциональные AfKp и частоте вращения вала, можно направить в счетный блок, с помощью которого будут произведены вычисления и направлен сигнал к показывающему прибору, шкала которого отградуирована в единицах мощности.
Измеритель вязкости. Регулирование вязкости топлива осуществляется во всех установках, в которых происходит распыливание и последующее сжигание топлива. При увеличении температуры уменьшается вязкость топлива и наоборот. При изменении расхода топлива на машину, если оно берется из одного расходного танка, изменяется и его вязкость, которую необходимо поддерживать постоянной для осуществления качественного распыливания топлива.
Принципиальная схема измерителя вязкости показана на рис. 15.21. С помощью небольшого шестеренчатого насоса топливо прокачивается через трубку с небольшим сечением — капилляр. При этом перепад давлений топлива в капилляре, имеющем постоянные конструктивные данные, будет однозначно характеризовать динамическую вязкость топлива. Этот сигнал поступает к дифференциальному манометру, шкала которого отградуирована в единицах вязкости. Перепад давлений может служить входным сигналом в системах автоматического регулирования вязкости путем изменения подогрева топлива.
Кислородный анализатор. Часто при работе людей в ограниченных пространствах необходимо определить содержание кислорода в воздухе. В системах инертных газов танкеров используются выпускные газы тепловых машин, содержание кислорода в которых не должно превышать 5% по контрольным измерениям. Принцип работы измерителя может быть основан на свойстве кислорода изменять напряженность магнитного поля при прокачке через него пробы газов.
В измерителе используется проволочная рамка с обмоткой, вращающаяся в магнитном поле. Присутствие кислорода в пробе газов изменяет напряженность магнитного поля, вызывая вращение рамки. Сила тока, необходимая для выравнивания рамки, будет пропорциональна содержанию кислорода в пробе газов. Структурная схема кислородного анализатора показана на рис. 15.22. Проба проходит через фильтр, в котором удаляются крупные механические примеси, затем через водяной сепаратор, трехходовой кран и дроссельный клапан. Проба газа после прохождения в цепи следующего сепаратора и фильтра поступает в камеру измерения, а часть газов перепускается при этом в выпускной трубопровод. Дроссельный клапан необходим для регулирования количе-
263
Рис. 15.21. Измеритель вязкости:
1 — капиллярная трубка; 2 — трубопроводы к дифференциальному измерителю; 3 — шестеренчатый насос; / — вход потока топлива; // — выход потока
Рис. 15.22. Кислородный анализатор:
1 — сепаратор; 2 — трубка для осушения; 3 — настройка перераспределения потоков по выходящим пузырькам; 4 — корпус прибора; 5 — измерительная камера; 6 — фильтр; 7 — сепаратор; 8 — регулировочный клапан потока; 9 — трехходовой кран для прокачки нейтральным газом или воздухом; 10 — стабилизатор давления; 11 — фильтр; 12 — трубопровод инертного газа
Рис. 15.23. Измеритель содержания нефтепродуктов в воде:
1 — звуковая сигнализация; 2 — показывающий прибор; 3 — трубопровод сброса нефтепродуктов в сливной танк; 4 — фотоэлектрический измеритель; 5 — ультрафиолетовая лампа; 6 — камера измерения; 7 — контрольный прибор; 8—-входной трубопровод из танков; 9 — проходные клапаны; 10 — трубопровод слива в танк; 11—трубопровод слива за борт
264
ства газов, проходящих через измерительную камеру. Трехходовой клапан предназначен для предварительной прокачки прибора нейтральным газом или воздухом из атмосферы для настройки прибора. При прокачке воздухом из атмосферы указатель должен показать содержание кислорода, равное 21 %.
Система контроля содержания нефтепродуктов в воде. При достижении концентрации в соотношении от 15 до 100 частей нефтепродуктов на миллион частей воды с помощью этой системы обеспечивается сброс воды в сливной танк. Благодаря использованию измерителя системы обеспечивается необходимая точность измерений и по его сигналу при увеличении концентрации масла в воде выше допустимой нормы срабатывает система светозвуковой сигнализации.
Принцип действия прибора основан на флуоресценции масляных включений при облучении их ультрафиолетовыми лучами. Флуоресценция объясняется способностью молекул накапливать световую энергию, что приводит к увеличению длины световой волны.
Структурная схема измерителя содержания нефтепродуктов в воде показана на рис. 15.23. Ультрафиолетовая лампа, входящая в состав измерителя, вызывает свечение масляных включений, что приводит к увеличению фото-э. д. с. При увеличении фото-э. д. с. до определенных пределов происходит срабатывание системы световой и звуковой сигнализации, благодаря чему переключаются каналы и поток направляется в сливной танк судна.
15.5.	ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
С помощью регулирующего устройства или системы должно обеспечиваться восстановление параметра при его отклонении от заданного значения. Это может быть выполнено благодаря применению ручного или автоматического регулирования, что в свою очередь определяется структурным составом регулирующей схемы. Практически для всех форм регулирования используются замкнутые круговые схемы. Функциональная схема регулирования состоит из следующих последовательно соединенных элементов: объект регулирования, измеритель, сравнивающее или счетное устройство, регулятор. Все это составляет замкнутый цикл регулирования (рис. 15.24, а). В схеме функционально отражается принцип автоматического регулирования по замкнутому циклу, если элементы соединены последовательно и регулирующее воздействие осуществляется без вмешательства человека. Если функции одного из элементов схемы выполняются оператором, то в этой схеме отражается принцип ручного регулирования по замкнутому циклу.
Как видно из схемы, при замкнутой системе регулирования осуществляется регулирующее воздействие по отклонению пара-
265
Рис. 15.24. Система автоматического регулирования:
а — функциональная схема; б — структурная схема; ОР— объект регулирования; И — измеритель; — счетное или сравнивающее устройство; 3 — уставка задания; Р — регулятор, П — преобразователь импульсов; СУ — счетное или сравнивающее устройство; ИО — регулирующий или исполнительный орган
метра на выходе. Структурная схема замкнутой системы регулирования показана на рис. 15.24,6. С помощью чувствительного элемента или измерителя производится непрерывное измерение значения регулируемого параметра на выходе из объекта регулирования и подается сигнал к преобразователю. Выходной сигнал из преобразователя подается к счетному или сравнивающему устройству. В сравнивающее устройство вводится также сигнал заданного значения параметра, по которому при сравнении его с сигналом действительного значения параметра определяется зна
чение регулирующего воздействия на систему. При рассогласова-
нии заданного и действительного значений параметра на выходе из сравнивающего устройства появляется сигнал, который подается к регулятору. В регуляторе в зависимости от способа регулирующего воздействия вырабатывается соответствующий сигнал, пропорциональный значению отклонения. Этот сигнал поступает к исполнительному органу, который в зависимости от увеличения или уменьшения сигнала оказывает на систему регулирующее воздей
ствие в сторону восстановления заданного значения параметра.
Рабочая среда, применяемая в преобразователе, регуляторе и исполнительном органе, зависит от их функциональных особенностей.
По виду используемой энергии элементы делятся на механические, пневматические, гидравлические и электрические. От вида используемой энергии зависят и конструктивные особенности используемых преобразователей, регуляторов и исполнительных органов.
15.6.	ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Пневматические преобразователи. В этих преобразователях широкое распространение получили распределители типа сопло-заслонка, работающие по принципу дросселирования. Статическое равновесие преобразователя определяется его схемой (рис. 15.25). При перемещении заслонки- от сопла увеличивается количество выпускаемого в атмосферу воздуха и уменьшается значение рВЬ1Х, а с уменьшением зазора в управляющем устройстве сопло-заслонка значение рвых будет увеличиваться. Значение рвых изменяется про-266
порционально перемещению заслонки и изменению значения параметра. Перемещение заслонки весьма незначительно, поэтому между измерителем и преобразователем вводятся рычажные или шарнирные связи. При использовании пневматических преобразователей и рычажных связей увеличивается значение статической ошибки, которая будет больше, чем в системе, работающей по прин
Рис. 15.25. Пневматический импульсный преобразователь:
1 — точка опоры; 2 — дроссель постоянного сечення; 3 — сопло; 4 — к измерителю;
5 — заслонка
ципу открыто — закрыто.
Повысить точность поддержания параметра можно введением в преобразователь сильфонной обратной связи, воздействующей на заслонку в сторону, обратную действию измерителя (рис. 15.26). Сигнал действительного значения параметра воздействует на один конец рычажной заслонки, преодолевая при этом затяжку пружины регулирующего устройства, по которой определяется заданное значение сигнала. На другой конец рычажной заслонки передается воздействие от сильфонной обратной связи и сопла. Если под действием измерителя заслонка приближается к соплу, то значение Рвых увеличивается. Увеличивается при этом и давление воздуха в сильфоне обратной связи, благодаря чему возникает противодействие перемещению заслонки к соплу, что приводит к ограниченному перемещению заслонки относительно сопла, т. е. обратная связь отрицательная. Равновесие системы наступает при изменении рвых на меньшее значение. Статическая ошибка преобразователя может регулироваться смещением точки опоры рычажной заслонки.
Пневматические преобразователи применяются для увеличения мощности или расширения диапазона измерений выходного сиг-
Рис. 15.26. Пневматический преобразователь с обратной связью:
/ — сопло; 2 — рычажная заслонка; 3— сильфон обратной связи; 4 — точка опоры; 5 — настроечный вннт; 6 — трубопровод выходного сигнала от измерителя
267
0-
Рис 15.27. Индикаторная передача сигналов:
1 — питание переменным током; 2 — сель-снн-датчик; 3— статор; 4— ротор; 5— сель-син-приеминк индикаторный
цепей,
нала при дистанционном управлении работой механизмов и систем. Пневматические преобразователи также используются в устройствах, в которых производятся математические операции с сигналами: сложение, вычитание, деление. Такие устройства называются сумматорами или передающими вычислителями.
Электрические преобразователи. Принцип действия простых электрических систем основан на изменении сопротивления элект-изменяются напряжение или сила
тока. Эти изменения регистрируются показывающими приборами, шкала которых отградуирована в соответствующих единицах измерения.
В преобразователях других типов используется изменение разности потенциалов, которое после усилителя подается к реверсивному электродвигателю, снабженному показывающим прибором; при новом установившемся режиме работы системы разность потенциалов равна нулю.
Схема использования электродвигателя переменного тока в следящей системе показана на рис. 15.27. Оба ротора электродвигателя замкнуты на одну силовую сеть. Обмотки статоров соединены по схеме «звезда», и когда оба ротора находятся в одинаковом положении, то э.д.с. статоров равны и противоположно направлены, а ток в цепи синхронизации отсутствует. Если при работе системы регулирования изменится положение ротора сельсин-датчика, то э. д. с. будут равны, но сдвинуты по фазе. В цепи статоров появятся уравнительные токи и ротор индикаторного сельсин-приемника переместится синхронно с ротором сельсин-датчика. Смещение ротора индикаторного сельсин-приемника регистрируется показывающим прибором.
Силовая уравновешивающая схема может использоваться в качестве преобразователя (рис. 15.28). При изменении входного сигнала рЕХ происходит деформация приемного сильфона и смещение сердечника магнитной системы приемного устройства, что вызывает изменение магнитного поля блока измерения. В результате этого изменится значение тока на выходе из усилителя. Этот ток поступает к катушкам индуктивности рычажной обратной связи, появляется усилие, ограничивающее смещение сердечника при изменении рвх, что вызывает ограниченное изменение выходного сигнала преобразователя при новом установившемся режиме работы.
268
Рис. 15.28. Схема силового баланса электронного преобразователя:
1	источник переменного тока; 2 — генератор колебаний и усилитель; 3 — электромагнит;
-/ патрубок для передачи переменного давления рвх от измерителя; 5 — рычаг; 6 — точка опоры; 7— электромагнит: 8— действие усилия обратной связи; 9— выходной сигнал
Гидравлические преобразователи. Одним из типов гидравлических преобразователей является гидравлический телемотор, приводящий в действие рулевое устройство. Описание и принцип работы этого преобразователя были рассмотрены в гл. 12.
15.7.	ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Выходной сигнал из преобразователя поступает на выход регулирующего элемента, который должен обеспечить корректирующее воздействие для восстановления заданного значения параметра. На самом деле с момента внесения возмущения наблюдается некоторое запаздывание при первом измерении изменения регулируемого параметра и последующем преобразовании этого первого измерения в элементах системы регулирования. Наблюдается задержка во времени срабатывания регулятора. По сумме запаздываний и задержек определяется полное запаздывание в срабатывании системы регулирования, а также колебательный характер переходного процесса, когда параметр в процессе регулирования отклоняется в обе стороны от заданного значения.
Для более быстрого восстановления параметра при наличии явления запаздывания регулирующая система должна работать с некоторым перерегулированием. При работе системы должно •обеспечиваться устойчивое поддержание заданного значения параметра с небольшими отклонениями в пределах заданных норм.
Регулирующее воздействие. Двухпозиционное регулирование по принципу открыто — закрыто происходит следующим образом.
В этих простых регулирующих системах возможны только два крайних'положения выходного звена регулятора — максимальное или минимальное. Если, например, регулятор управляет клапаном, регулирующим температуру, то клапан будет или полностью от-
269
Рис. 15.29. Двухпозиционное регулирование или регулирование по принципу «открыто — закрыто»:
/ — закрыто; 2 — открыто; 3 — действительное значение параметра: 4 — заданное значение параметра; 5 — положение клапана
Рис. 15.30. Динамические характеристики пропорционального регулирования: /—действительное (замеренное) значение параметра; 2 -- статическая ошибка: 3— заданное значение параметра; 4—положение клапана; А — закрыто, Б — открыто
крыт, или полностью закрыт. Динамические характеристики регулятора и системы показаны на рис. 15.29. Когда заданное значение температуры выше, чем установившееся, то клапан будет закрыт. Но, так как система обладает запаздыванием в срабатывании, то это приводит к увеличению температуры, которая при определенных обстоятельствах может достигнуть максимальных значений, а затем уменьшается ниже заданного значения. Клапан снова откроется, прекратится уменьшение температуры и снова начнется ее увеличение. Эта форма регулирования может применяться в тех случаях, когда в переходном процессе допускаются значительные отклонения параметра от заданного в обе стороны.
Пропорциональное воздействие. Это метод непрерывного регулирования, при котором обеспечивается пропорциональное изменение выходного сигнала регулятора при изменении регулируемого параметра. Рассмотрим, например, работу клапана, который имеет 10 промежуточных положений по ходу между положениями «открыто» и «закрыто». На рис. 15.30 показаны динамические харак-; теристики изменения температуры и положения клапана в процессе регулирования при условии, что диапазон регулирования температуры находится в пределах от 40 до- 50°С. Диапазон пропорционального регулирования определяется изменением значения регулируемого параметра при полном ходе регулирующего органа. Если, например, при полном ходе клапана температура изменилась на 10°С от первоначальной температуры 50°С, то диапазон пропорционального регулирования системы составляет 20%. Для пропорциональных регуляторов характерно наличие статической ошибки на новых установившихся режимах работы. Под статической ошибкой понимают разность между установившимся на новом режиме значении параметра по отношению к заданному значению.
270
Интегральное воздействие. Этот метод регулирующего воздействия используется обычно в сочетании с пропорциональным регулированием для устранения статической ошибки. Интегральное воздействие проявляется в том, что регулятор воздействует на регулирующий орган пропорционально интегралу, т. е. по сумме отклонений регулируемого параметра во времени, до тех пор, пока имеется отклонение от заданного значения. В системах регулирования обычно устанавливается элемент для изменения степени интегрального воздействия, т. е. настройки системы в действии.
Воздействие по производной. Если в системе наблюдается длительная по времени задержка в процессе восстановления заданного значения регулируемого параметра, то вводится регулирующее воздействие
Рис. 15.31. Принцип регулирования параметров:
1 — ПИД-регулирование; 2 — заданное значение; 3 — ПИ-регулирование; 4 — П-регулирование; 5—нагрузка; / — статическая ошибка; П — изменение нагрузки
по производной. Оно может соче-
таться с пропорциональным и интегральным воздействиями. Диф-
ференциальное, или скоростное, воздействие заключается в том,
что значение сигнала на выходе из регулятора изменяется пропорционально скорости изменения регулируемого параметра. Значительное регулирующее воздействие может осуществляться за короткий промежуток времени даже при небольших изменениях регулируемого параметра. Воздействие по скорости изменения параметра может сочетаться со всеми другими видами регулирующих воздействий.
Характер и качество переходных процессов при различных сочетаниях регулирующих воздействий показаны на рис. 15.31. Как видно из графика, регулирующее воздействие и качество регулирования резко улучшаются при сочетании интегрального и дифференциального регулирующих воздействий. Регулирующее воздействие определяет и название регулятора: пропорциональный (11-регулятор), интегральный (И-регулятор), дифференциальный (Д-регулятор), трехимпульсный регулятор — обозначается как ПИД-регулятор, а двухимпульсный обычно обозначается как ПИ-регу-лятор. С помощью регулятора может быть обеспечено непрерывное или позиционное регулирование параметра в зависимости от назначения -и конструкции регулирующей системы. Эти два типа регулирования описаны в § 15.9.
271
15.8.	РЕГУЛЯТОРЫ
Регулятор может быть расположен или в месте измерения параметра, или в ЦПУ. Из-за того что при дистанционном управлении работой механизмов и систем сигнал должен быть передан быстро и без искажений, в систему регулирования включаются различные преобразователи. Задача регулятора заключается в том, чтобы независимо от изменения нагрузки поддерживалось заданное значение параметра. Если с помощью системы регулирования при изменении нагрузки поддерживается заданное значение параметра с нулевой статической ошибкой, то такая система считается астатической. Если каждому значению нагрузки в пределах заданной статической ошибки соответствует свое значение регулируемого параметра, то такая система является статической. Регулятор, в котором используются все три вида регулирующего воздействия, называется трехимпульсным регулятором.
На рис. 15.32 показана схема пневматического трехимпульсно-го регулятора. Различное сочетание регулирующих воздействий будет определять закон перемещения заслонки и изменение давления на выходе. Если при дифференциальном воздействии регулирующий клапан открывается, а при интегральном воздействии закрывается, что достигается изменением проходных сечений соот
ветствующих регулирующих клапанов, то останется только пропорциональное регулирующее воздействие. Как видно из схемы, если пропорционально изменению регулируемого параметра с помощью измерителя будет перемещена заслонка к соплу, то соответственно увеличится и значение рВЫх, что определит начало выбега регулирующего органа по закону пропорционального воз
действия. При увеличении рвых
Рис. 15.32. Пневматический ПИД-ре-гулятор:
/ — клапан изменения степени интегрального воздействия: / — клапан изменения степени дифференциального воздействия; 3 — сильфон интегрального воздействия;
4 — сильфон дифференциального воздействия; 5 —заслонка; 6 —к измерителю; 7 — сопло; 8 — дроссель
увеличится давление в сильфоне интегральной обратной связи, что вызовет обратное смещение заслонки от сопла, уменьшение рВых и скорости перемещения регулирующего органа. Начало работы сильфона отрицательной интегральной обратной связи будет определять составляющую пропорционального выбега регулирующего органа, и дальнейшее перемещение регулирующего органа продолжается по закону интегрального регулирования. Степень дифференциального регулирующего воздействия определяется изменением проходного сечения регулирующего клапана. Например, если клапан измене-
272
5
6
Рис. 15.33. Электронный ПИД-регулятор:
/ резисторы регулирующего моста; 2 — регулирующий мост; 3 — питание переменным током; 4 — входной потенциометр; 5—поступление входного сигнала от измерителя; 6— при вод к регулирующему органу; 7 — электродвигатель; 8 — выходной потенциометр; 9 — уравновешивающий мост; 10— резистор интегральной связи R-. II — конденсатор дифференциальной связи; 12 резистор уравновешивающего моста: 13 — конденсатор интегральной связи; 14 — резистор дифференциальной связи R-. 15 — выходной сигнал; 16— усилитель
ния степени дифференциального воздействия открыть, то степень этого воздействия будет увеличиваться и даже при небольшом изменении регулируемого параметра можно получить большие по значению изменения рвых, так как связь оказывает дополнительное воздействие на заслонку в сторону действия измерителя.
Электронный трехимпульсный регулятор показан на рис. 15.33. Регулирование выходного сигнала производится в результате суммирующего воздействия трех импульсов. При любом изменении регулируемого параметра происходит изменение положения движка входного потенциометра и изменение напряжения на входе в усилитель, т. е. нарушается равновесие мостовой схемы, в результате чего происходит поворот ротора выходного управляющего электродвигателя и движка выходного потенциометра. Равновесие мостовой схемы будет восстановлено тогда, когда произойдет выравнивание напряжений на входе в усилитель двух плеч мостовой схемы. В этом случае сигнал на выходе из усилителя будет равен нулю.
Смещение движка выходного потенциометра будет продолжаться до тех пор, пока имеется отклонение от заданного значения. Но, через определенный постоянный промежуток времени после начала выбега по пропорциональному закону регулирования появится ток в цепи делителя /? и конденсаторе интегральной обратной связи — начнется воздействие на регулируемый параметр по интегральному закону регулирования и, как указывалось выше, передвижение движка выходного потенциометра будет продолжаться до тех пор, пока имеется рассогласование напряжений двух плеч мостовой схемы. Выбег по интегральному и дифференциаль-
273
щение регулирующего клапана
Рис. 15.34. Пневматический регулирующий клапан:
/ — мембрана; 2 — цилиндрическая пружина; 3— указатель положения клапана; 4 — клапанный шток; 5— двухседельчатый клапан; / — вход сжатого воздуха
Рис. 15.35. Клапанный позиционер:
/ — сигнал от регулятора; 2 — сильфон; 3—пружина; 4 — сопло; 5 — дроссель. 6 — трубопровод к мембране регулирующего клапана; 7 — шток; 8 — заслонка
ному воздействиям будет определяться постоянными времени, образованными делителями R и конденсаторами, входящими в соответствующие цепи. Регулирование будет осуществляться со статической ошибкой, если регулятор оказывает только пропорциональное регулирующее воздействие. Дифференциальное регулирующее воздействие появится тогда, когда появится ток в цепи делителя и конденсаторе дифференциального воздействия. С помощью электродвигателя выходного потенциометра одновременно производится переме-I другого исполнительного ор
гана.
Регулирующий орган. Выходной сигнал регулятора поступает к регулирующему органу, с помощью которого система работает на новом установившемся режиме при заданном значении параметра. Таким регулирующим органом может быть клапан, электродвигатель, заслонка или жалюзи для вентилятора, электриче
274,
ский контактор. В судовых системах для перераспределения потоков применяются клапанные или золотниковые трехходовые регулирующие органы — смесители.
Пневматический регулирующий клапан. Наиболее распространенная конструкция пневматического клапана показана на рис. 15.34. Клапан состоит из двух частей — пневматического усилителя и двухседельчатого клапана разгруженного типа. В конструкцию усилителя входит мембрана с жестким центром, благодаря чему увеличивается мощность сигнала, подающегося на клапан. Смещение диафрагмы приводит к перемещению клапанного штока и клапана.
Движению диафрагмы противодействует сила сжатия пружины, из-за чего смещение клапана ограничивается при изменении выходного сигнала регулятора. При изменении выходного сигнала регулятора от минимального до максимального значения клапан сместится на длину полного хода.
Клапан данного типа устанавливается на соответствующем трубопроводе и обычно применяется в системах прямого действия. При увеличении давления воздуха клапан закрывается, а при уменьшении давления открывается. Движению диафрагмы противодействует сила сжатия пружины, с помощью которой клапан открывается или закрывается в зависимости от изменения давления воздуха, действующего на диафрагму.
Клапан может быть односедельчатым или двухседельчатым и иметь различное конструктивное исполнение. Двухседельчатые клапаны сложнее по конструкции, однако не имеют тех недостатков, которые присуши односедельчатым клапанам (односторонняя нагрузка), поэтому односедельчатые клапаны широко применяют для больших проходных сечений и больших перепадов давлений. Клапанные регулирующие органы работают по принципу дросселирования потока.
Если для перемещения клапана из-за наличия значительных сил трения.и односторонней нагрузки необходимо прилагать большие усилия, то применяется клапанный позиционер (клапанный усилитель с жесткой обратной связью). Схема клапанного позиционера показана на рис. 15.35. Сигнал от регулятора поступает к сильфону измерителя позиционера, с помощью которого изменяется положение заслонки относительно сопла. При этом изменяется давление воздуха, поступающего к диафрагме регулирующего органа. Сжатый воздух подводится к позиционеру через дроссель постоянного сечения, который ограничивает максимальный выход воздуха в атмосферу. При смещении диафрагмы изменяется положение регулирующего органа и смещаются заслонки при движении клапанного штока в сторону, обратную действию измерителя — действие жесткой обратной связи. Благодаря этому обеспечивается пропорциональная зависимость при перемещении клапана от изменения значения сигнала на входе в позиционер.
275
Усилитель мощности. Сигнал, поступающий от регулятора к исполнительному органу, может быть пневматическим, электрическим или гидравлическим. Поэтому усилители могут быть пневматическими, гидравлическими или электрическими.
Электрические сигналы регуляторов обычно имеют небольшое напряжение или силу тока. Пневматические сигналы также малы по мощности, из-за чего возникает необходимость введения усилителя сигналов. Для этого используются пневматические и гидравлически усилители. Например, если сигнал, поступающий от регулятора, пневматический, то может применяться усилитель, который был рассмотрен в § 15.8.
Гидравлические усилители применяются в тех случаях, когда имеются большие потоки и перепады давлений или если для перемещения регулирующих органов необходимы большие усилия. Принципы гидравлического регулирования с использованием гидравлических усилителей применяются в конструкциях некоторых типов рулевых машин, как это рассмотрено в гл. 12.
15.9.	СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Регулирование уровня воды в котле. Современные водотрубные котлы имеют высокие давления пара и температуры, значительную паропроизводительность при относительно небольшом количестве циркулирующей воды. Поэтому важным условием безаварийной работы котла является поддержание заданного уровня воды в барабане. При колебаниях расхода пара котла изменяется уровень воды в барабане и для восстановления уровня необходимо подавать в барабан питательную воду. Этим определяется сложность системы регулирования, ее структура и количество измерительных элементов.
Когда котел находится под нагрузкой, то при резком ее увеличении в нем устанавливается более высокий уровень воды, чем в том случае,, когда нагрузка котла отсутствует. Это объясняется тем, что из-за наличия в циркулирующей воде паровых пузырьков происходит увеличение объема, занимаемого одной и той же массой циркулирующей воды. При резком увеличении нагрузки, т. е. при увеличении расхода пара из котла, давление пара уменьшится, а следовательно, уменьшится и температура парообразования. Из-за этого начнется интенсивное парообразование во всей массе циркулирующей в котле воды (явление «вскипания воды»), что вызовет резкое повышение уровня воды в барабане (явление «набухания уровня). Система регулирования уровня, в которой используется импульс, пропорциональный только значению уровня для изменения подачи питательной воды, называется одноимпульс-ной.
276
В начальный период при резком увеличении нагрузки котла уровень возрастает из-за явления «набухания», а затем резко снижается из-за значительного расхода пара (явление «просадка уровня»).
Из-за опасности резкого уменьшения уровня, вызванного явлениями «набухания» и «просадки уровня» в регулирующую систему вводится второй измерительный элемент, пропорциональный нагрузке котла. От значения давления питательной воды зависит скорость ее поступления в котел, т. е. скорость и время, в течение которого восстанавливается заданное значение уровня. Поэтому необходимо ввести третий измеритель, пропорциональный скорости потока питательной воды.
Трехимпульсная система регулирования показана на рис. 15.36. В систему введены элементы, пропорциональные уровню, нагрузке и скорости потока питательной воды. Сигналы, пропорциональные нагрузке и скорости водяного потока, поступают к дифференциальному реле, по выходному сигналу которого определяются два крайних положения регулятора и сумматора (передающего вычислителя). В сумматор также поступает сигнал, пропорциональный действительному значению уровня в барабане. В зависимости от изменений между заданным и истинным значениями уровня, между
Рис. 15.36. Система регулирования уровня воды в котле:
1 — переключатель управления «ручное — автоматическое»; 2— ПИ-регулятор; 3 — дифференциальное реле; 4 — преобразователь импульса по потоку питательной воды; 5 — водорегулирующий клапан; 6— трубопровод питательной воды; 7 — уровень воды, 8 — нм пульсиый преобразователь по уровню воды в котле; 9 — трубопровод выпуска пара от котла; 10— импульсный преобразователь по нагрузке
значениями нагрузки и скорости водяного потока определяется открытие питательного клапана для восстановления заданного значения уровня.
При внезапном увеличении нагрузки котла в результате
Рис. 15.37. Система регулирования давления пара:
/ — трубопровод от главного паропровода; 2 — клапан подачи пара; 3 — трубопровод сброса пара; 4 — клапан сброса излишков пара; 5 — уставка задания; 6 — ПИ-регуля-тор; 7 — импульсный преобразователь (пропорционально давлению пара); 8 — паропровод к вспомогательным механизмам; Z — диапазон давлений выходного сигнала регулятора; II— диапазон сигнала к клапану подачи лара; III — мертвая зона; IV — диапазон сигнала к клапану сброса излишков пара
277
явления «набухания» уровень в барабане резко увеличивается, но масса циркулирующей воды будет уменьшаться из-за наличия нагрузки. В этом случае импульс, пропорциональный снижению уровня, отсутствует, а преобладающим импульсом, вызывающим регулирующее воздействие, будет импульс, пропорциональный нагрузке котла. Несмотря на наличие явления «набухания уровня», в котел будет подаваться питательная вода. Поэтому при последующем спаде уровня действительный уровень в барабане не уменьшится ниже предельно допустимого, благодаря чему не произойдет аварийного повреждения котла. При постепенном изменении нагрузки преобладающим импульсом будет импульс, пропорциональный действительному изменению уровня. Если же изменится скорость поступающей в котел воды, то раньше, чем произойдет падение уров-ния в барабане, от импульса, пропорционального скорости водяного потока, получит корректирующее воздействие питательный клапан.
Регулирование давления пара в паропроводе. Давление пара, поступающего для различных вспомогательных механизмов, может поддерживаться постоянным при введении в систему клапанов сброса излишков пара и подачи дополнительного пара в паропровод. Если регулятор управляет работой обоих клапанов, то такая система называется равносигнальный диапазон регулирования.
Структурная схема регулирования показана на рис. 15.37. Импульс, пропорциональный давлению пара в паропроводе, подается к преобразователю, который увеличивает его по мощности для дистанционной передачи сигнала. От преобразователя сигнальный импульс поступает на ПИ-регулятор и при отклонении регулируемого давления от заданного значения к обоих клапанам подается корректирующий сигнал. В процессе регулирования давления работает только один извклапанов, второй в это время будет закрыт и в диапазоне регулируемого давления будет момент, когда оба клапана будут закрыты (мертвая зона, см. рис. 15.37). Если же давление в трубопроводе выше заданного, то процесс регулирования осуществляется только через стравливающий клапан, а если ниже заданного — только через клапан подачи пара.
Система равносигнального диапазона регулирования может применяться только в том случае, если выходной сигнал регулятора можно разделить на зоны, обеспечивающие нормальную работу клапанов.
Регулирование температуры перегретого пара высокого давления. Благодаря этому регулированию предотвращаются аварийные повреждения металлических частей турбин.
Один из способов регулирования показан на рис. 15.38. Как видно из схемы, пар после первой ступени пароперегревателя может частично проходить через пароохладитель, где его температура будет уменьшаться. Этот пар затем поступает во вторую ступень пароперегревателя. Импульс, пропорциональный температуре 278
рис. 15.38. Система регулирования температуры перегретого пара:
ПИ Д-регулятор; 2 — уставка задания;
— измерительный преобразователь; 4 — вторая ступень пароперегревателя; 5 — клапан обвода парового охладителя; 6—клапан подачи пара к охладителю; 7 — пароохладитель; 8 — паровой барабан; 9 — измерительный преобразователь (пропорционально расходу пара); 10 — первая ступень пароперегревателя; 11—переключатель управления «ручное — автоматическое» ; 12 — суммирующее реле
пара после второй ступени, по-ступает к преобразователю, а затем к ПИД-регулятору, который работает по принципу отклонения действительной температуры от заданной. При на-
личии отклонения на выходе из регулятора появляется сигнал, который подводится к суммирующему реле. К суммирующему реле также подводится сигнал, пропорциональный расходу пара,— это второй сигнал, поступающий к сумматору. Выходной сигнал суммирующего реле при использовании равносигнальной системы регулирования подается к клапану подачи пара в пароохладитель и байпасный контур. Происходит пропорциональное перераспределение расходов пара между пароохладителем и линией перегрева. При изменении условий работы эти два элемента могут обеспечить достаточно качественное регулирование температуры. Если, например, при резком изменении нагрузки требуется увеличить или
уменьшить температуру пара, то с помощью измерителя расхода будет определено значение изменения и отрегулировано количество пара, проходящего через пароохладитель, в соответствии с необ-
ходимыми изменениями температуры.
Регулирование процесса горения. Одно из требований при автоматическом регулировании сжигания топлива заключается в поддержании в заданных пределах соотношения воздух-топливо. Благодаря этому обеспечивается качественное сгорание топлива, т. е. сгорание с минимальным избытком воздуха и без образования сажи. Для регулирования соотношения воздух-топливо в системе должны производиться измерения текущих расходов топлива и
воздуха.
Система регулирования, обеспечивающая быстрое срабатывание при внесении возмущения, показана на рис. 15.39. Сигнал, пропорциональный давлению пара, поступает на ПИ-регулятор, где сравнивается с заданным значением. При наличии отклонений результирующий сигнал подводится к суммирующему реле.
К суммирующему реле также подводится сигнал, пропорциональный расходу пара. На выходе из сумматора, в котором сигналы складываются или вычитаются, появляется сигнал, пропор-
279
Рис. 15.39. Система регулирования процесса горения в котле:
/ — клапан регулирования потока топлива; 2, 5, 18 — переключатели управления «ручное — авто’ магическое»; 3, 7, 17 — ПИ-регуляторы; 4 — селектор малых значений сигнала; 6 — суммирующее реле; 8 — измерительный преобразователь, пропорционально расходу пара; 9 — трубопровод выхода пара из котла; 10—измерительный преобразователь пропорционально давлению пара; // — уставка задания; 12 — трубопровод подвода воздуха к котлу; 13— измерительный преобразователь пропорционально расходу воздуха; 14 — ручное регулирование; 15 — реле соотношения воздух — топливо; 16 — селектор больших значений сигнала; 19 — привод к регулируемым шиберам вентилятора; 20 — измерительный преобразователь пропорционально расходу топлива; 21 — трубопровод подачи топлива к форсункам
циональный изменению топливопо-дачи котла. Значение этого сигнала сравнивается с заданиями двух предельных регулирующих звеньев, установленных в цепях топливо- и воз-духорегулирования. При изменении нагрузки в том случае, если происходит некачественное сжигание топ
всегда связано с избыточной топливоподачей, с
лива, а это почти
помощью селекторов высокого или низкого значения сигналов обе
спечивается необходимое изменение топливо- и воздухоподачи. При
этом предотвращается плохое качество сжигания топлива и наличие сажи в выпускных газах. Задающий сигнал подводится к регулятору топливоподачи через селектор малого значения сигнала, в котором он сравнивается с сигналом, пропорциональным расходу воздуха. Если задающий сигнал имеет малое значение, но он приводит в действие топливорегулирующий клапан, а если большое, то он блокируется в селекторе малого значения сигнала. Задающий сигнал в этом случае подводится к селектору большого значения
сигнала, а от него — к регулятору напора воздушного вентилятора. Если задающий сигнал имеет большое значение, то, проходя через селектор больших значений сигнала, он вызывает изменение воз-
душного напора вентилятора, а если сигнал имеет малое значение, то он блокируется. Необходимое соотношение воздух — топливо обеспечивается пропорциональным изменением сигнала, характеризующего воздухоподачу.
Регулирование температуры охлаждающей воды. Эффективная работа двигателей внутреннего сгорания во многом определяется точностью поддержания температуры охлаждающей воды. Так как при маневровых операциях возникают колебания температуры в больших по емкости и сложных по конструкции системах, то их устойчивая работа может быть достигнута при установке не менее чем одного регулятора.
280
Рис. 15.40. Сис/ема каскадного и равносигнального регулирования температуры охлаждения воды:
/—циркуляционный насос; 2, 4 — трубопроводы выхода и входа забортной воды; 3—охладитель; 5 — трубопровод выхода пара; 6 — подогреватель; 7 — репитер регулятора; 8, 10 — измерительные преобразователи температуры на входе и выходе; 9— главный двигатель; 11—уставка задания; 12 — расширительная цистерна; 13 — главный регулятор; 14, /5—клапаны регулирования подачи пара и забортной воды
В системе регулирования (рис. 15.40) используется сочетание каскадного и равносигнального регулирования. Сущность каскадного регулирования заключается в том, что выходной сигнал главного регулятора используется для автоматического поддержания заданного параметра через регулятор-репитер. К регулятору-репитеру также поступает сигнал, пропорциональный температуре охлаждающей воды на входе в двигатель, который сравнивается с сигналом, поступающим от главного регулятора. При наличии отклонения результирующий сигнал будет подаваться к двум регулирующим клапанам равносигнальной системы регулирования. Если температура охлаждающей воды двигателей внутреннего сгорания повышается, то с целью увеличения степени ее охлаждения открывается клапан подачи забортной воды к охладителю. Если температура охлаждающей воды уменьшается, то клапан подачи забортной воды закрывается. Оба регулятора — главный и регулятор-репитер — это идентичные приборы и по закону физического воздействия они являются ПИ-регуляторами.
Другой метод регулирования предусматривает использование только одного измерительного элемента (рис. 15.41). С помощью трехпроточного клапана, установленного на трубопроводе охлаждающей воды, обеспечивается подключение обводного контура водоохладителя. Водоохладитель прокачивается нерегулируемым потоком забортной воды. Сигнал, пропорциональный температуре охлаждающей воды на выходе из двигателя, поступает к ПИ-регу-лятору. В регуляторе этот сигнал сравнивается с заданным значением и при наличии рассогласования появляется выходной сиг-
281
Рис. 15.41. Система регулирования температуры охлаждающей воды с использованием одного измерительного элемента:
1,2 — трубопроводы входа и выхода забортной воды 3— главный двигатель; 4 — измерительный преобразователь температуры; 5 — расширительная цистерна; 6 — уставка задания; 7 — регулятор; 8 — регулятор клапана охлаждающей воды; 9 — трехпроточный клапан; 10 — циркуляционный
иасос
нал, который поступает к трехпроточному регулируемому клапану.
Если температура начнет повышаться, то меньшее количество воды будет перепускаться, минуя охладитель, увеличится расход воды через охладитель и температура будет уменьшаться. Система несложная, но orta может применяться только после всестороннего анализа условий работы установки и возможного изменения габаритных размеров при комплектации установки оборудованием.
15.10.	ЦЕНТРАЛИЗАЦИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Понятие «автоматическое регулирование» включает в себя проведение измерений, контроль и регистрацию изменений параметров, централизацию регулирования, подачу сигналов для управления и защиты. Все суда определенного класса автоматизации имеют приборы централизации общего дистанционного управления. Современные установки оборудованы центральными постами управления (ЦПУ), откуда осуществляется контроль за всеми регулирующими воздействиями. ЦПУ размещается в отдельном помещении, расположенном в маслинном отделении, благодаря этому возможно осуществить в ЦПУ кондиционирование воздуха для улучшения условий работы приборов и оператора.
При использовании дистанционного регулирования можно осуществлять контроль за большим числом важных параметров. Система комплектуется приборами централизации, благодаря которым можно быстро получить необходимую информацию. В панелях индикации часто используются мнемосхемы. Это линейное отображение систем или деталей оборудования," которое включает светозащитную сигнализацию и кнопочные переключатели, обеспечивающие регулирующее воздействие и контроль в определенных точках схемы и элементах систем. Изменение температуры в целях осуществления быстрых регулирующих воздействий, особенно температуры выпускных газов цилиндров, регистрируется на мнемосхеме двигателя. На мнемосхеме показывается расположение клапанов с регистрацией их в положениях «открыто» и «закрыто», работа насосов регистрируется световой сигнализацией и т. д.
282
Групповой контроль определенных систем и механизмов является неотъемлемой частью общей системы регулирования судна.
Основное назначение ЦПУ — осуществление дистанционного контроля и введение регулирующих воздействий при обнаружении отклонений в работе механизмов и систем. Регулирующие воздействия будут вводиться в результате анализа обширной информации, поступающей в ЦПУ, которая значительно больше информации, получаемой оператором по приборам непрерывного визуального контроля. Все это объединяется трактами непрерывных измерений и системами автоматической предупредительной сигнализации в ЦПУ, которые срабатывают с выдержкой по времени и позволяют следить за определенными параметрами при превышении ими пределов допустимых значений. Превышение значений определяется по значению рассогласования, т. е. по отклонениям действительного значения параметра от заданного при установившемся режиме. При этом срабатывает звуковая и световая сигнализация, на цифровом печатающем устройстве регистрируется значение и время выбега. В тракте коммутации и аналого-цифровых преобразований преобразуются измерения в различные виды информации, которая выдается автоматически или по запросу. Структурная схема тракта логических преобразований и системы защиты и автоматической предупредительной сигнализации показана на рис. 15.42.
Рис. 15.42. Система автоматической предупредительной сигнализации и зашиты /—дистанционный пост сигнализации в комнатах отдыха (ДПС-1); 2 — дистанционный пост сигнализации в каютах механиков (ДПС-2); 3— дистанционный пост сигиалнзацнн в каюте старшего механика (ДПС-3)-. 4 - звуковая сигнализация (ЗС); 5 — дистанционный пульт Управления на мостике (ДПУ-мостик); б— дистанционный пульт управления в машинном отделении (ДПУ-машина); 7 — табло световой сигнализации (ТСС); Я — показывающий прибор с выборочным переключателем (ПП); 9 —кнопочный переключатель (КП); 10— табло Цифровой индикации (ТЦИ); 11— устройство регистрации параметров (УРП); /2 — цифровой аналоговый преобразователь (ЦАП); 13—показывающий прибор непрерывных измерений (ПП); 14 — устройство регистрации выбегов (УРВ); /5 — цифровой дискретный преобразователь (ЦДП); /6—блок коммутации и аналогово-цифровых преобразований (БКАЦП); 17 — блок коммутации дискретной информации (БКДИ); 13 — силовой распределитель (СР)
283
Дистанционные пульты управления. Основным недостатком современных регулирующих систем является то, что используемое надежно работающее оборудование дистанционных пультов управления (ДПУ) длительное время остается без ухода. Для обеспечения безопасности судна действующее оборудование ДПУ должно удовлетворять следующим требованиям.
1.	Регулирование с мостика. С мостика должно осуществляться управление главной машиной, при котором по приборам можно следить за основными параметрами установки.
2.	Центральный пост управления в машинном отделении. Из ЦПУ должно осуществляться легкое и доступное управление всеми главными и вспомогательными механизмами.
3.	Системы защиты и обнаружения пожара. С помощью этих систем, независимо от места расположения оборудования, должна обеспечиваться исчерпывающая информация о работе оборудования и подаваться предупредительные сигналы, которые поступают в ЦПУ, ДПУ, выносные пульты управления и на мостик. С помощью быстродействующей системы обнаружения пожара и защиты через ДПУ должны обеспечиваться соответствующие защитные воздействия, при этом детектор обнаружения пожара, обладающий возможностью регулирования механизмов в критических ситуациях, должен быть вынесен за пределы машинного отделения.
4.	Аварийная энергия. С помощью запасных аварийных электрических машин должна обеспечиваться подача электроэнергии в критических ситуациях. Обычно это осуществляется путем автоматического пуска надежно работающего дизель-генера-тора. При этом должна быть обеспечена автоматическая синхронизация и распределение нагрузки.
Регулирование с мостика. Управление из ЦПУ обычно осуществляется квалифицированным оператором. Но при проведении подготовительных операций и наличии последовательной цепи отклонений от норм нормальной эксплуатации возникают ситуации, которые в короткий промежуток времени не могут быть учтены оператором ЦПУ. Это вызывает необходимость вмешательства с мостика в процессы управления из ЦПУ. Поэтому регулирование с мостика должно осуществляться быстро и представлять собой систему, воздействующую в обход управлению из ЦПУ и обеспечивающую внесение изменений в управление логически верно и последовательно. Регулирование с мостика должно обеспечивать защиту и безопасную эксплуатацию всех элементов установки.
Система регулирования паротурбинной установки с мостика показана на рис. 15.43. Программирование процессов и их регулирование во времени гарантируют, что через соответствующий период времени произойдет изменение логической последовательности действий. Например, это может быть увеличение паропроиз-
284
водительности котла, включение циркуляции смазочного масла через турбину и открытие паровой продувки турбин. Регулируются во времени такие процессы, как открытие или закрытие клапанов, регулирование которых должно производиться замедленно во избежание аварийных ситуаций, или действия, с помощью которых можно производить регулирование других систем. Защита и безопасность контуров зацеплений, например, при уменьшении частоты вращения вала редуктора в результате увеличения нагрузки или при уменьшении давления смазочного масла могла бы осуществляться программированием подводимой мощности и регулированием во времени процесса остановки турбин. С помощью избирательного переключателя «вперед — назад» сигналы должны адресоваться к регулятору соответствующего клапана, при этом осуществляется перестановка клапана и изменяется подача пара. Когда переходят на маневровый режим, то переключение соответствующих устройств должно обеспечить открытие клапана заднего хода избирательного переключателя «вперед — назад», прекращение отбора пара и т. д. Если турбина была остановлена, то система с целью предотвращения деформации ротора должна обеспечить автоматическую продувку ротора паром с интервалами во времени. Обратный сигнал по частоте вращения вала должен корректировать действительную частоту вращения в соответствии с заданием главного пульта управления.
Система регулирования с мостика частоты вращения главного двигателя показана на рис. 15.44. Регулирование может осущест-
Рис. 15.43. Система регулирования паротурбинной установки:
/ — регулятор заднего хода, 2, 4 — пусковое клапаны; 3 — ручное управление; 5 — регулятор переднего хода; 6 — регулятор частоты вращения; 7 - управление из ЦПУ. й — управление с мостнка; 9 — выборочный переключатель; '10 программа работы и Регулирование во времени; 11 — ограничения по безопасности и защйТе, 12 —» «вперед назад»
Рис. 15.44. Система регулирования с мостика частоты вращения вала двигателя: /— действительная частота вращения; 2— двигатель; 3 — распределительный вал; 4—рейка топлнволодачи; 5 — воздухораспределитель; 6— пусковой воздух; 7 — управляющий механизм; в—ручное управление; 9 — регулятор; 10— программа работы; II — ограничения по безопасности; 12 — выборочный или селекторный переключатель, 13 — регулирование с мостика.
14 — управление нз ЦПУ
285
влиться с любого поста управления командным сигналом, который проходит по программе и регулируется во времени. Если возникает ошибочное воздействие, то различные приборы, обеспечивающие защиту, должны выдавать входные сигналы, которые предотвращают пуск или остановку двигателя. Затем единичный программированный сигнал проходит к сервомотору распределительного вала, совмещая его положение в соответствии с заданием.
Логическое устройство принимает следующий сигнал, с помощью которого двигатель обеспечивается воздухом. Сигнал также проходит через регулятор, с помощью которого двигатель обеспечивается топливом при пуске и последующей работе.
После подачи обратного сигнала, пропорционального частоте вращения, прекращается подача пускового воздуха и с помощью регулятора изменяется частота вращения вала двигателя.
Сигнал, пропорциональный частоте вращения вала двигателя, должен передаваться на показывающие приборы обоих постов управления.
Система регулирования с мостика шага винта показана на рис. 15.45. Шаг винта и частота вращения вала двигателя обычно регулируются одновременно отдельным рычагом (комбинатором). Регулируемый по значению через комбинатор сигнал передается селектором к регулятору двигателя, и механизм привода изменяет шаг винта. Сигналы, пропорциональные шагу винта и частоте вращения двигателя, регистрируются показывающими приборами в обоих постах управления.
Рулевой привод регулируется с мостика и оборудуется автоматическим и ручным управлением. Структурная схема автоматической рулевой системы показана на рис. 15.46. С помощью ПИД-ре-гулятора при отклонении судна от курса обеспечивается получение выходного сигнала, который приводит в действие рулевое устройство. На рис. 15.46 показаны функциональные связи и устройства, которые входят в состав системы. С помощью обратной связи между рулем и усилителем (насос переменной подачи) прекращается перекачка жидкости, когда система придет в положение равновесия.
Усилия, действующие на судно снаружи, изменяют действительное значение курса, но при этом изменяется положение обратной связи по отношению к регулятору и следует корректирующее воздействие.
Это воздействие со стороны регулятора для предотвращения чрезмерного поворота руля должно быть правильно согласовано с изменением внешних условий.
Регулирование силовой электрической сети. Судовые электростанции оборудуются средствами автоматизации, с помощью которых могут последовательно выполняться следующие операции:
пуск основного агрегата;
синхронизация и подключение запущенного агрегата к шинам;
286
рис. 15.45. Система регулирования с мостика шага винта:
/ — топливные насосы; 2 — регулятор нагрузки;
— действительная частота вращения вала двигателя; 4 — регулятор частоты вращения; 5 — ручное регулирование; б — управляющий механизм; 7 — механизм регулирования шага; g __ действительный шаг винта; 9 — ЦПУ в машине; 10— пост управления на мостике; 11— разделитель сигналов; 12 — заданное значение частоты вращения; 13 — заданное значение шага винта
Рис. 15.46. Автоматическая рулевая система:
/ — заданный курс; 2 — регулятор; 3— штурвал; 4— ручное управление; 5 — телемотор; 6— преобразователь; 7 — телемотор-прнемннк; 8— приемный механизм; 9 — насос переменной подачи; 10 — усилитель; //—усилие на входе; 12 — обратная связь; 13 — механизм привода; 14 — рулевой привод; 15 — баллер; /6—судно; 17 — компас; 18— действительный курс;
19 — усилие на выходе
Рис. 15.47. Автоматическое распределение нагрузки дизель-генераторов (ДГ)г / снятие нагрузки с ДГ № 2; 2 — отключение от сети; 3 — возврат в горячий резерв; 4 — ввод под нагрузку ДГ № 1; 5 — пуск ДГ № 2; 6 — синхронизация с сетью; 7— подключение в сеть; 8 - ввод под нагрузку; 9— снятие нагрузки с ДГ № 3; 10 — отключение от сети; 11 постановка в горячий резерв; 12 — пуск ДГ № 3; /3 — синхронизация с сетью; 14 — подключение в сеть; 15 — ввод Под нагрузку; 16 — механизм выбора отключения днзель-генератора
287
распределение нагрузки между генераторами переменного тока; защита от механических и электрических перегрузок силовой сети и агрегатов;
снятие нагрузки, остановка и поддержание горячего резерва;
отключение неответственных потребителей нагрузки при превышении потребляемой мощности и их обратное подключение, когда это окажется возможным.
Схема функциональных связей между элементами системы показана «на рис. 15.47. Система регулирования включает три агрегата по 250 кВт. В зависимости от общей нагрузки сети определяется количество пущенных и подключенных к шинам агрегатов. Если нагрузка уменьшится до значения, когда нет необходимости в параллельной работе агрегатов, то один из них будет отключен от сети, остановлен и поставлен в горячий резерв. Если же нагрузка в сети будет превышать допустимую, а дополнительный агрегат не будет пущен, то сработает светозвуковая сигнализация и произойдет автоматическое отключение неответственных потребителей.
16.	МАТЕРИАЛЫ
Знание свойств материалов в практической эксплуатации необходимо каждому механику. Это позволяет ему правильно выбрать и применять материалы с учетом их свойств.
16.1.	СВОЙСТВА И ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
Свойства металлов выявляются в результате испытаний.
Предел прочности при растяжении. Это один из главных показателей, который характеризует способность металла противостоять нагрузкам на растяжение в Процессе его эксплуатации. Такие показатели, как напряжение, деформация, временное сопротивление растяжению, предел текучести и сопротивление разрыву, характеризуют свойства металла при его нагружении.
Вязкость. Характеризует способность материала необратимо поглощать энергию при их пластической деформации.
Хрупкость. Это свойство материала, при котором он подвергается излому без заметной пластической деформации. Прочные материалы могут одновременно быть и хрупкими.
Пластичность. Это показатель, который характеризует способность материала необратимо деформироваться под действием приложенной нагрузки.
Эластичность. Характеризует способность материала восстанавливать первоначальную форму или размер после деформаций под действием нагрузок.
Упругость. Это свойство материала восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил.
Твердость. Это показатель, характеризующий способность металла противостоять пластическим деформациям, которые возникают при вдавливании в него шарика или вершины алмазной пирамиды.
Материалы подвергаются различным испытаниям для определения их свойств. Наиболее часто в характеристиках измерений используются такие понятия, как напряжение или деформация. Напряжение — это усилие, воздействующее на единицу площади материала. Деформация — это изменение формы материала под
Ю—1323	289
воздействием усилий. Если к материалу приложены усилия сжатия, то в нём возникают напряжения сжатия. Если же к материалу приложены усилия растяжения, то в нем возникают напряжения растяжения. Если усилие, которое приложено к материалу, стремится сдвинуть слои материала один относительно другого, то в материале возникают напряжения, которые называют касательными напряжениями.
Испытание на растяжение. При испытаниях на растяжение материал проверяют на прочность и вязкость. Образец специальной формы, имеющий стандартные размеры, зажимают в захватах испытательной машины и подвергают воздействию все увеличивающейся нагрузки, в результате чего происходит деформация образца. Зная первоначальную длину образца £,ь для каждого значения нагрузки определяем новую длину Т2. Удлинение образца определяется размером Т2—Относительная деформация, или удлинение, определяется как отношение удлинения Т2—Li под действием нагрузок к первоначальной длине образца L\ и характеризует линейное растяжение образца.
При дальнейшем воздействии нагрузки удлинение образца продолжается до тех пор, пока не будет достигнут предел текучести материала. Если нагрузка будет устранена, пока напряжение в металле не достигнет предела текучести, то металл приобретет свою первоначальную форму. Удлинение образца под действием различных нагрузок может изображаться графически, как это показано на рис. 16.1. Если напряжения увеличиваются выше предела текучести, то в результате изменения поперечного сечения образца появится шейка разрыва. Значение максимально допусти-
Рнс. 16.1. Диаграмма «напряжение — деформация»:
1 — напряжение текучести материала; 2 — максимальные напряжения растяжения; 3 — точка текучести нлн предел эластичности;
4 — разрушение
Рис. 16.2. Диаграмма «напряжение — деформация* с неявно выраженной точкой текучести материала:
/ — линия, соответствующая 0,1% удлинения;
2 — найденная точка предела напряжений при растяжении; 3 — максимальные усилия растяжения; 4 — разрушение
290
мого напряжения для материала называется пределом прочности на растяжение.
В диапазоне до достижения предела текучести удлинение образца прямо пропорционально напряжению и, следовательно, удлинение при изменении напряжения на единицу своего значения напряжение .
постоянно, т. е.— ------=const. Это отношение называется мо-
удлинение
дулем упругости материала.
Напряжение, при котором проявляется явление текучести материала, определяется пределом текучести. В тех случаях, когда значение предела текучести выражено неопределенно, вводится значение откорректированного предела, который можно определить, если провести линию, параллельную характеристике «Напряжение— удлинение» со сдвигом на 0,1% от значения максимального удлинения при разрыве и до пересечения этих линий. Точка пересечения этих линий определяет значение напряжений предела текучести (рис. 16.2).
Запас прочности характеризует работоспособность материала и определяется как отношение предела прочности материала при растяжении к его рабочему напряжению. Запас прочности всегда должен быть больше единицы:
предел прочности при растяжении
запас прочности =----------------------------------> 1.
рабочее напряжение
Испытание на ударные нагрузки. Это испытание проводится для определения способности материала противостоять разрушению при ударе. Для этого проводится проба Шарпи, т. е. ударные испытания на маятниковом копре. Испытывается образец в виде плитки прямоугольного сечения с V-образным вырезом в центре одной из сторон. Образец устанавливается в горизонтальной плоскости так, чтобы вырез находился с нижней части и был расположен в вертикальной плоскости (рис. 16.3). Во время проведения испытаний удары наносятся в сечении, где имеется выемка с противоположной стороны, и так продолжается до разрушения материала. Удар наносится ударни
ком или молотом, закрепленным на конце поворотного маятника.
Испытание на твердость. При испытаниях на твердость определяется способность материала противостоять пластическим деформациям при вдавливании твердого стального шарика или точечного алмаза в течение опре-
Рис. 16.3. Схема установки для испы тания на ударную вязкость:
1 — вырез; 2 — ударник; 3 — образец
деленного времени в поверхность материала под действием определенной нагрузки. Число твердости
10*
291
при этом обычно определяется по шкале Бринелля или пирамиде Виккерса, в зависимости от размера отпечатка после вдавливания шарика или конуса.
Испытание на удлинение. Удлинение — это медленная пластическая деформация материала при растяжении под действием постоянной нагрузки. При испытаниях на удлинение применяется такой же образец, который использовался при испытаниях на растяжение. К образцу прикладывается постоянная нагрузка и температура образца поддерживается постоянной. При этом в течение длительного промежутка времени производятся точные измерения увеличения длины образца. Испытания проводят для различных нагрузок. В результате испытаний определяется скорость удлинения образца и предельные нагрузки.
Испытания на усталость. При испытаниях на усталость происходит разрушение образца вследствие изменения состояния материала под действием многократно повторяющихся нагрузок. Значения напряжений, возникающих под воздействием этих нагрузок, должны быть меньше, чем предел прочности материала при растяжении. Специально изготовленный образец закрепляется с одного конца и приводится во вращение электродвигателем. Свободный конец образца подвергается воздействию знакопеременных нагрузок с помощью шарика, находящегося в специальном приспособлении. При этом во вращающемся образце возникают переменные напряжения растяжения и сжатия. Установка работает до разрушения образца, при этом учитывается число знакопеременных циклов. Значения нагрузки и число знакопеременных циклов фиксируются и испытанц^ многократно повторяются. В результате этого будут определены предельные усталостные напряжения, или предел усталости материала.
Испытания на изгиб. При испытаниях на изгиб происходит деформация материала, характеризующаяся искривлением его оси под действием внешней силы. Опытный образец подвергается испытанию на изгиб на угол до 180° до появления трещин на поверхности образца.
Испытания без разрушения образца. Для решения вопроса о применении материалов проводятся различные испытания без разрушении образца. При подобных испытаниях можно обнаружить дефекты материала, но не определяются его свойства.
Для выявления поверхностных трещин используются различные виды проникающих жидкостей, но с их помощью невозможно выявить микротрещины. Для обнаружения микротрещин может быть использовано ультрафиолетовое облучение, с помощью которого вызывается флуоресценция проникающей жидкости. Для обнаружения трещин может использоваться метод последовательного нанесения красок; сначала наносят красную проникающую краску с последующей очисткой поверхности, а затем выполняют покры-
292
тие белой краской, на которой проявляются следы проникающей красной краски, т. е. обнаруживаются дефекты на поверхности.
Рентгенографический метод с использованием рентгеновских лучей, при помощи которых в темноте производится фотографирование металла, наиболее часто применяется для обнаружения внутренних дефектов. Изображение покажет различные изменения в толще металла, такие, например, как газовые раковины, твердые включения и т. д.
В ультразвуковой дефектоскопии используются ультразвуки высокой частоты в диапазоне безопасных для человека волн, которые отражаются от граничной поверхности внутри металла. Отраженные волны могут быть отображены на экране осциллографа. При этом определяется наличие дефектов и их расположение в толще металла.
16.2.	МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Кратко рассмотрим сплавы, которые наиболее часто употребляются в технике. У большинства металлов имеются добавки, от которых зависят свойства металлов и их целевое применение. Свойства, качественный состав и использование некоторых наиболее часто применяемых металлов приведены в табл. 16.1.
Сталь. Сталь это сплав углерода с железом. Для улучшения свойств стали и обеспечения однородности структуры в больших массах металла вводятся различные примеси. При добавлении к стали марганца в количестве до 1,8% улучшаются механические свойства металла. При введении кремния в количестве от 0,5 до 3,5% увеличивается прочность и твердость стали. При введении никеля от 3,0 до 4,0% улучшается зерновая структура металла, увеличивается прочность и повышается сопротивление металла эрозии. При добавлении в сталь хрома улучшается зерновая структура и увеличивается прочность, а также возрастает сопротивляемость металла эрозии и коррозии. Для получения нержавеющей стали в нее вводят от 8,0 до 18% никеля и хрома. При введении молибдена в небольших количествах увеличивается прочность и термоустойчивость стали. При введении в сталь в небольших количествах ванадия увеличивается общая твердость и усталостная прочность металла. При введении в сталь от 12 до 18% вольфрама и до 5% хрома сильно повышаются противоизнос-ные свойства стали.
Металлы для заливки подшипников. Обычно это оловянистые сплавы с небольшим содержанием свинца, меди и сурьмы. На основе соединения свинца и сурьмы получают более прочные сплавы. Эти спЛавы имеют небольшой коэффициент трения, поэтому используются для заливки подшипников.
293
Материал	Состав, %	Напряжение, вызывающее деформацию 0,2%, МПа
Морская латунь	70Cu; 29Zn; ISn	170
Алюминий	Почти чистый	20
Алюминиевая ла-	76Cu; 22Zn; 2А1	139
тунь		
Латунь	70Cu; 30Zn	115
Литейный чугун (серый)	3.25С; 2.25S1; 0,65Mn; остальное Fe	180
Медь	~lG0Cu (почти чистая)	48
Медно-никелевый	70(ju; 30Ni	170
сплав		
Специальная сталь	88Cu; lOSn; 2Zn	139
Монель-металл	68Ni; 29Cu, остальное Fe, Mn	380
Фосфористая бронза	91,5Cu; 8Sn; 0,5P	376
Нержавеющая сталь	18Cr; 8Ni; 0,12C; остальное Fe	170
Сталь	Q,23C; IMn; 0,5Si; осталь ное Fe	235
Таблица 16.1
Предел прочности при растяжении, МПа	Относительное удлинение при разрыве, %	Модуль упругости, МПа	Число твердости по Бринеллю	Предел усталости, МПа	• Применение материалов
					
408	35	103	100	127	Трубные доски и трубки для конденсаторов
55	55	73	15	31	Базовый металл для легких сплавов
378	55	НО	75	96	Трубные доски и трубки для конденсаторов и теплообменников
324	67	115	65	106	Подшипники промежуточных валов
310	5	120	200	НО	Крышки цилиндров и втулки
216	48	117	42	117	Базовый металл для многочисленных сплавов
417	42	153	90	147	Выпускные газовые патрубки
286	18	97	85	100	Клапаны и подшипниковые вкладыши
610	28	181	160	170	Клапаны и крылатки насосов
424	65	111	190	112	Подшипники и пружины
460	40	195	180	260	Клапаны и материал для лопаток турбин
470	22	207	130	230	Фундаменты, станины двигателей внутреннего сгорания и другие конструкционные изделия
16.3.	НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Неметаллические материалы широко применяются в технике. Благодаря хорошим антикоррозионным свойствам неметаллические материалы применяются в основном как защитное покрытие металлов. В большинстве случаев в качестве неметаллических материалов используются органические соединения: синтетические или натуральные.
Пластические массы, или пластики, это органические материалы, которые могут изменять свою форму после нагрева и последующей прессовки. Термопластические материалы и термостойкие облицовочные материалы — два основных вида пластиков; причем новейшие виды пластиков не совсем точно соответствуют своему названию. Термопластические материалы, из которых наиболее перспективны поливинилхлорид и нейлон, размягченные при нагревании, могут принимать любую заданную форму, которая сохраняется после охлаждения. Термостойкие облицовочные материалы обычно получают в тепловых печах, где исходное сырье при нагревании претерпевает химические изменения, а затем полученный материал затвердевает; к таким материалам следует отнести бакелит, эпоксидные составы и полиэстеры.
Важными положительными свойствами пластических материалов являются их хорошие антикоррозионные свойства, хорошее электрическое и термическое сопротивление, но они плохо противостоят высоким температурам. Для улучшения или изменения свойств пластических материалов используются различные добавки и наполнители; например, для улучшения прочностных свойств используют фибергласс. Асбестовое полотно увеличит теплостойкость, а слюда иногда добавляется в пластик для увеличения электрического сопротивления материала.
Пенопласт получают выделением газовых составляющих из основного материала, при этом увеличивается объем материала и получается пористая структура. Такие пластики обладают хорошей прочностью и хорошими изоляционными свойствами. Большинство пенопластов имеет незначительную плотность и обладают какими-то специальными свойствами, например огнестойкостью.
Асбест. Это минерал, который выдерживает очень высокие температуры и хорошо противостоит воздействию пара, бензина, парафина, масла и топлива. Благодаря этим свойствам асбест можно использовать в качестве прокладочных и набивочных материалов для различных соединительных и сальниковых устройств. Во многих случаях благодаря использованию асбеста удается избежать аварийных повреждений механизмов и устройств.
Хлопок. Это натуральный волокнистый материал, который нашел широкое применение для армирования резины. В чистом виде используется в качестве набивочных материалов некоторых типов.
295
Упрочненный стеклопластик. Его получают соединением в различных сочетаниях волокнистых материалов и жидкого стекла, а в качестве отвердителя используется резина. После затвердевания получают прочный и химически стойкий материал, который имеет широкое распространение при проведении ремонтных работ.
Бакаут. Это дерево твердых пород, материал которого используется для набора дейдвудных втулок. Бакаут хорошо работает при смдзке забортной водой, но при этом происходит его некоторое набухание.
Нейлон. Это синтетический полимерный материал, устойчивый по отношению к агрессивным химическим средам и проявлению эрозии, обладает хорошей упругостью. Широко используется для вставок в отверстия плит, для гнезд клапанов, для покрытия трубопроводов забортной воды с внутренней стороны.
Фтористые полимеры. Это пористые химически инертные и теплоустойчивые полимеры. Фторопласт имеет небольшой коэффициент трения и часто используется в подшипниках, более широко применяется в подшипниках с сухим трением закрытого типа. Находит применение для изготовления манжет и направляющих колец. При пропитке полимера графитом обеспечивается хорошая работа подшипников в условиях сухого трения.
Поливинилхлорид. Это химически инертный пластик на виниловой основе, который используется при изготовлении труб, в трубопроводных работах и т. д. В пластичной форме используется как изоляционный материал для кабельных покрытий и при проведении ремонтных работ.
Смола. По своим свойствам это твердые, хрупкие вещества, нерастворимые в воде. Наиболее часто применяются при проведении ремонтных работ с использованием других полимеров. Термин «смола» часто неправильно используется для обозначения некоторых синтетических пластиков. Эпоксидные смолы обладают хорошей текучестью и способностью затвердевать при комнатной температуре. Смолы устойчивы по отношению к маслам и морской воде. Прочность, твердость и способность длительное время не подвергаться деструкции позволяют использовать данные материалы для ремонта машин, лебедок и т. д.
Резина. Каучук, из которого получаю? резину, это древесный сок, который при затвердевании образует эластичный материал, стойкий по отношению к воде, но разрушающийся под действием пара и масел. Сама резина широко используется в качестве прокладочного материала для трубопроводов пресной и забортной воды, а некоторые марки резины используются в подшипниках, имеющих водяную смазку. Если резину подвергнуть вулканизации, при которой содержание серы в резине увеличивается, то при этом получается твердый эбонит, который широко применяется для изготовления уплотнительных поршневых колец питательных водяных насосов. Синтетические щетки, например, из неопрена 296
или из нейтральной резины применяются в тех случаях, когда на них могут воздействовать масла, слабые химические вещества или повышенные температуры.
16.4.	СОЕДИНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ И ИХ ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
Любое механическое оборудование состоит из нескольких соединенных между собой деталей. Соединение двух деталей может производиться при помощи заклепок, болтов или сваркой.
Каждый способ соединения деталей имеет свои преимущества и недостатки и применяется с учетом условий последующей эксплуатации детали и ее конструктивного исполнения.
При пайке различных металлов применяются различные припои. Металлические припои имеют точку плавления ниже, чем у соединяемых металлов. Пастообразные припои концентрируют тепло в месте пайки, т. е. в месте, где находится расплавленный металл. После охлаждения металлы оказываются спаянными.
Для соединения металлов сваркой их подгоняют и прижимают один к другому с большим усилием. Кроме того, для достижения высоких температур, при которых возможна сварка, необходимо нагреть металл газовым факелом или электрической дугой. Сваркой обычно соединяют одинаковые металлы.
Газовой сваркой называют процесс получения неразъемных соединений, при котором для нагрева кромок соединяемых деталей используют теплоту факельного сгорания ацетилена и кислорода. Дуговой сваркой называют процесс, когда для расплавления кромок используется электрическая дуга. Наиболее часто при дуговой сварке электрическая дуга возникает между сварочным электродом и деталью. Под воздействием электрической дуги происходит местный нагрев кромок свариваемых деталей, их оплавление и сварка при охлаждении. Дуговой разряд возможен только при определенных соотношениях между напряжением и силой тока. С помощью сварочного трансформатора регулируется сила тока в зависимости от толщины свариваемого металла. Для сварки применяют электрод из родственного металла, покрытый слоем флюса для защиты зоны сварки от воздействия воздуха.
Коррозия. Коррозия — это разрушение металла в результате химической или электрохимической реакции, которая возникает при определенных условиях. Благодаря знанию физической сущности протекающих при коррозии процессов можно замедлить или предотвратить разрушение металла.
Во время коррозии чугун и сталь окисляются и приобретают свое химически устойчивое окисленное состояние. Это окисление или ржавление может возникнуть везде, где имеется кислород и влага. Причем дальнейшее окисление у многих металлов продол
297
жается уже под образовавшейся окисной пленкой. Некоторые металлы имеют пассивную окисную пленку, но если она нарушена, то коррозия продолжается дальше. К таким металлам относятся алюминий и хром. Для предотвращения коррозии на поверхность металлов наносят слой защитного покрытия, в качестве которого применяется другой металл, например олово или цинк, или используются краски, или наносится слой пластика.
Процесс электрохимической коррозии протекает обычно между двумя разнородными металлами, которые находятся в электролите (токопроводящей жидкости). Электрический ток между двумя металлами будет протекать до тех пор, пока имеется разность потенциалов. Проходя через электролит, ток переносит металл с анода (положительного электрода) к катоду (отрицательному электроду). При этом образуется коррозионная или гальваническая раковина, иэ-за чего возникает необходимость принятия мер защиты против электрохимической коррозии. Коррозионные раковины могут возникать между соприкасающимися частями некоторых металлов. В результате появляются точечные раковины, или выкрашивания, т. е. возникает эффект, который называют питтинг-коррозия. При длительном воздействии в результате точечной коррозии образовываются раковины, из-за которых могут возникнуть аварийные повреждения деталей. Это является результатом проникающей коррозии. Для предупреждения электрохимической коррозии применяют систему протекторной защиты. Влияние питтинг-коррозии и проникающей коррозии может быть уменьшено путем подбора соответствующих металлов, например можно использовать медные сплавы или наносить защитные покрытия.
Эрозия — это точечное выкрашивание металла в результате абразивного или гидравлического износа. Так, например, из-за воздействия морской воды могут происходить эрозионные разрушения материалов. При этом с увеличением скорости течения воды уменьшается опасность возникновения и развития питтинг-корро-зии, но увеличивается общая возможность разрушения поверхности даже для сплавов на основе меди. Там, где на поверхности имеются неровности и шероховатости, образуются турбулентные завихрения и из-за воздействия воды возникают эрозионные разрушения поверхности металла. Это явление часто проявляется при прохождении воды через трубные доски'теплообменных аппаратов. При тщательном выборе материалов можно уменьшить влияние эрозии.
Катодная защита. Благодаря катодной защите можно резко уменьшить или полностью устранить разрушение металла. Это достигается установкой протекторов или применением обратных по току электрических систем. В протекторной защите в качестве активных разрушающихся анодов используются такие металлы, как алюминий, цинк, которые, будучи установленными на основном металле и являясь более активными, будут разрушаться в
298
первую очередь. Системы токовой компенсации получают питание от корабельной силовой сети и включают в конструкцию схемы постоянный анод, выполненный из сплавов, обладающих большим коррозионным сопротивлением, например из платинированного титана.
Цинковые или алюминиевые протекторы, выполненные в виде блоков или плит, плотно крепятся к стали или к чугуну. В процессе эксплуатации необходимо следить за состоянием протекторной защиты, обеспечивая плотное соединение протектора с основным металлом, который не должен закрашиваться или перекрываться другими частями. Метод токовой компенсации практически невозможно использовать для защиты главных и вспомогательных машин, т. е. там, где изменяется подача забортной воды, так как в этом случае возникает проблема постоянного регулирования тока и напряжения в защитной цепи. Однако этот метод часто используется для защиты от коррозии наружного корпуса.
17.	ВАХТЕННАЯ СЛУЖБА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ
•	17.1. ОРГАНИЗАЦИЯ И НЕСЕНИЕ ВАХ1ЕННОЙ СЛУЖБЫ
В МАШИННОМ ОТДЕЛЕНИИ
Для круглосуточной непрерывной работы морского судна необходима четкая организация службы технической эксплуатации. Еще недавно для этой цели применялась хорошо организованная система вахтенной службы. Но из-за введения автоматизации, а затем систем централизованного и дистанционного контроля и управления произошли существенные изменения в традиционной организации вахтенной службы. Организационная структура машинной команды, несение условной вахтенной службы и методы организации работы с использованием дистанционных постов управления рассматриваются в данной главе.
Машинная команда. Старший механик подчиняется персонально только капитану и несет полную ответственность за удовлетворительную работу всех механизмов и устройств судна, а также является главным советником и консультантом по всем вопросам, связанным с технической эксплуатацией судна. Обычно старший механик вахты не несет.
Второй механик отвечает за поддержание в надлежащем техническом состоянии главного двигателя и всей машинной установки, а также руководит работой остальных механиков. На некоторых судах второй механик несет вахту.
Третий и четвертый механики, как правило, являются вахтенными механиками или входят в состав вахты с выполнением определенных обязанностей. Каждый механик может нести персональную ответственность за техническое состояние определенной группы механизмов и систем, например котлов или генераторов.
Пятый и шестой механики или все. механики ниже четвертого классифицируются как младшие механики или стажеры. Они дополнительно входят в состав вахты и работают в составе дневной ремонтной бригады или могут работать вместе с рефрижераторным механиком.
Электромеханик входит в состав команды только на крупнотоннажных судах или по предписанию компании. Во всех остальных случаях исполнение обязанностей электромеханика возлагается на одного из механиков.
Машинные отделения в зависимости от назначения судов укомплектовывают различным оборудованием, из-за чего приходится
300
изменять состав вахтенной службы. Например, кочегар обслуживает вспомогательный котел при стоянке судна в порту. В рейсах же кочегар работает в ремонтной бригаде. В состав машинной команды дополнительно может быть введен кладовщик, а на танкерах— помповый машинист, который отвечает за техническое обслуживание и работу грузовых насосов. В зависимости от технической оснащенности машинного отделения в состав вахты могут, например, входить пожарник, смазчик и т. д., которые оказывают помощь при всех работах, проводимых на вахтах.
Организация вахтенной службы. Система вахт, принятая на судах, включает 4-часовой период работы с 8-часовым отдыхом. Таким образом 12-часовой период на судне разбит на три вахты: О—4; 4—8; 8—12 ч. Слово «вахта» определяет промежуток времени работы при персональной ответственности за выполняемую работу.
Количественный состав вахты определяется старшим механиком. Во многом состав вахты зависит от типа судна, типа главной энергетической установки и степени автоматизации, квалификации и практического опыта обслуживающего персонала, а также от условий плавания судна, например от силы ветра, оборудования РЛС, международных и местных правил плавания и т. д.
Вахтенный механик как руководитель вахты с технической точки зрения подчиняется старшему механику и отвечает за безопасную и эффективную работу оборудования и всей машинной техники для обеспечения безопасности мореплавания.
Несение вахтенной службы. Вахтенный механик, младший механик и один-два рядовых члена экипажа образуют состав вахты. Каждый член экипажа, несущий вахту, должен хорошо знать и исполнять свои обязанности, знать правила техники безопасности, приемы и методы борьбы за живучесть установки на машинных постах. Он должен знать принцип работы системы поиска и обнаружения пожаров, уметь различать сигналы и по ним определять очаги пожара, должен уметь принимать меры по предупреждению и тушению пожаров, оповещать о возникновении очагов пожара и знать все пути эвакуации людей из машинного отделения.
С заступлением на вахту производится проверка и запись в машинном журнале всех основных параметров работы судовой электростанции и всей машинной установки. Вахтенный механик может также записать замечания, приказания или распоряжения в графе «Особые отметки», относящиеся к работе главного двигателя и вспомогательных механизмов. Вахтенный механик должен не допускать работы механизмов в режиме перегрузки или, если перегрузка необходима, она должна быть ограничена по времени. В машинный журнал записывают значения уровней в основных танках хранения топлива, уровня воды в сливном танке, в балластных танках и т. д., а также уровень воды в судовых льялах. В журнал также записывается работа различных устройств, с по
301
мощью которых обеспечивается надежная работа оборудования. Через определенные интервалы времени должен осуществляться обход персоналом работающего оборудования главной энергетической установки, вспомогательных механизмов и рулевого устройства. При этом вносятся изменения в режимы работы механизмов и систем, регистрируются и устраняются отказы в работе и аварийные ситуации, все это фиксируется в вахтенном журнале и об этом докладывается в установленном порядке. Во время обхода*замеряется уровень воды в льялах, производится осмотр всех судовых систем для определения того, нет ли в них протечек, проверяется исправная работа контрольно-измерительных приборов.
На мостик должна поступать вся необходимая информация об основных параметрах работы энергетической установки и о всех действиях по сохранению требуемой скорости судна и направления движения. Если при переходе на маневровый режим или для увеличения надежности в работе вводится ручное управление энергетической установки, то состав вахты может быть увеличен.
Уверенное и четкое исполнение своих обязанностей персоналом вахты составляет основное условие обеспечения надежной работы оборудования. Но, кроме этого, персонал вахты должен проводить работы по профилактическим осмотрам и ремонтам оборудования согласно планам. Любые действия рядового состава должны производиться под руководством командного состава и не должны касаться работы главной машины и работающего оборудования.
В течение вахты следует проверять, измерять и регистрировать основные параметры главных и вспомогательных машин. Это может производиться визуально или путем автоматической записи аналоговой и дискретной информации «а специальном печатающем устройстве. Образец страницы машинного журнала для энергетической установки с малооборотными дизелями показан в формах 17.1 и 17.2.
Часы и минуты фиксируются в первом вертикальном столбике, и так как судно при движении пересекает различные часовые пояса, то продолжительность вахты может быть больше или меньше 4 ч. Расход топлива рассчитывают исходя из эффективной мощности энергетической установки, и при учете топлива, имеющегося в бункере, определяется дальность плавания. В журнале отмечается наличие масла в лубрикаторах и регулируется расход цилиндрового масла на одну индикаторную силу. Проверяется и регистрируется уровень масла в танке циркуляционного масла, допустимое снижение уровня с учетом расхода масла на работающий двигатель. Если уровень увеличивается, то это свидетельствует о протечках воды в циркуляционное масло, при этом необходимо произвести поиск и устранение неисправности. При равномерном распределении мощности по цилиндрам температура выпускных газов дизеля должна быть в допустимых пределах. От-
302

Общее	Общий расход:	Общий:
время:	а) тяжелое
б) дизельное
	08.00 12.00	04.00 08.00	00.00 04.00	ю ю Ф» о о о о о	16.00 20.00	(Л кэ о о о о	вахта			
							Часы			1	Главный двигатель
							Минуты			
							Счетчик		Частота вращения 1	
							п, об/мин			
							Счетчик		Топливо	
							Расход			
							Другие сорта топлива			
							Запасной танк	иняоад	Цилиндровое масло 1	
							Расходная цистерна			
							Расход по счетчику			
							Мостик управления			
							Из машины			
							Задание хода с мостика			
							Положение рукоятки поста управления			
							-	Температура выпускных газов, °C		
							к>			
										
							w			
										
							*			
							сл			
							о			
							м			
							се			
о
§
•о
tO£
Общее время:	— о N3 00 О о О о	04.00 08.00	00.00 04.00	ю кэ Ф» о о о оо	16.00 20.00	О ьэ оо о о	Вахта			
							Часы			
Общий:							Минуты			
							Вход			Температура охлаждающей воды цилиндров, °C
							-			
							м			
										
							фь			
							СП			
							О			
							м			
							00			
							Вход		Температура масла опорноупорного подшипника, °C	
							Выход			
							Температура топлива на входе в подогреватель и выходе, °C	1			
							ВХОД выход	горячая вода		
							вход выход*	морская вода		
							Вакуум, %			
							Температура испарения °C			
							Соленость *			
							Счетчик расхода			
							Расход по счетчику			
							Время подачи топлива			
							Температура питательной воды, °C			
___________________Окончание формы 17.1 Главный двигатель__	I Испарительная установка	I Котел
ФОРМА 17.2
Турбонагнетатели главного двигателя
—							Температура,			°C				
	Выпускных газов X X				।	воздуха				смазочного масла				Охлаждающей воды	
Вахта	* о	вход 3		ВЫХОД		№ 1		№ 2		№ 1		№ 2		№ 1	Ns 2
		№ 2		№ 2		Ef		Ef		Ef		Ef	ВХОД	ВХОД
С	№ 1		№ 1		1 ВХОД	о га	вход	о X га	вход	X 3 га	вход	о X га	ВЫХОД	выход
12.00 16.00														
16.00 20.00														
20.00 24.00														
00.00 04.00														
04.00 08.00														
08.00 12.00				1										
Продолжение формы 17.2
Турбонагнетатели главного двигателя							Уровень танков тяжелого топлива		Рулевая машина		Температура. °C				Давление пускового возду- 1 ха, МПа	1
Вахта	Давление, МПа, воды				Давление наддува, МПа	Обратное давление, МПа									
	охлаждения турбин		холодильников				отстойный	расходный	№ 1	№ 2	масла упорного подшипника	1	масла дейдвудного устройства	забортной воды	машинного отделения	
	№ 1	№ 2	№ I	№ 2											
12.00 16.00															
16.00 20.00															
20.00 24.00															
00.00 04.00															
04.00 08.00															
08.00 12,00															
305
клонение значений температур, давлений охлаждающей воды и масла допускается в пределах проектных значений согласно протоколу сдаточных испытаний на различных режимах топливоподачи. Звуковая сигнализация, которая подается при повышении температуры охлаждающей воды сверх допустимого значения, должна срабатывать заблаговременно.
Периодически записывают различные параметры системы турбонаддува главного двигателя. Высокооборотные турбины должны иметь надежную смазку. Турбокомпрессор охлаждается водой, проходящей через водяную полость корпуса турбины. Охлаждение сжатого воздуха применяется для увеличения массового заряда воздуха, поступающего в цилиндры дизеля. Если охлаждение поступающего в цилиндры воздуха недостаточно, то уменьшается массовый заряд воздуха, уменьшается мощность дизеля, ухудшается сгорание и возникает дымный выпуск.
В журнал записывают значения уровней и температур топлива для танков тяжелого топлива и для обоих отстойных и расходного танков, температуру опорно-упорного подшипника, забортной воды и т. д. Для работающих дизель-генераторов записывают в машинном журнале значения температур выпускных газов, охлаждающей воды, давления и температуры смазочного масла. Особо следует отметить ведение учета общего времени работы механизмов, так как от этого зависит срок переборки механизма. Другие вспомогательные механизмы и установки, такие как теплообменники, испаритель, котел, установка кондиционирования воздуха, рефрижераторная установка и т. д., имеют параметры контроля, которые также фиксируются в журнале. За прошедшие сутки на 12 ч текущего дня составляется общая сводка по расходу тяжелого топлива, дизельного топлива, смазки, питательной воды котлов. Работа провизионных камер регистрируется в разделе «Замечания» и записывается по итогам за вахту.
Если журнал заполнен полностью, то его отсылают в пароходную компанию для регистрации и использования по назначению.
Вопрос о средней скорости судна и максимально возможной скорости зависит от режимов работы цилиндров главного двигателя, а нагрузка цилиндров определяется по различным контролируемым параметрам, по показывающим приборам, особенно в тех случаях, когда на винт работают неЬколько двигателей. При этом в журнал записываются параметры работы редуктора.
Для турбоходов главными параметрами будут параметры, характеризующие работу котла и турбины. Для котла регистрируются такие параметры, как давление пара, давление воздуха, подаваемого для сгорания топлива, температура топлива и др. Для турбины фиксируется температура опорно-упорного подшипника, давление и температура пара, вакуум в конденсаторе и др. Все записи должны соответствовать действительным значениям параметров.
308
Если возникла необходимость предпринять действия, которые могут повлиять на скорость судна, его маневренность, мощность энергетической установки и другие параметры, влияющие на безопасность мореплавания, то об этом необходимо доложить в первую очередь на мостик и только после получения разрешения с мостика можно принимать соответствующие меры.
Обо всех вынужденных изменениях в режимах работы и последовательности выполняемых действий должен быть предупрежден старший механик. Это может происходить при аварийном повреждении механизма или при появлении признаков, предшествующих серьезной аварии, т. е. немедленные самостоятельные действия механиков допускаются при наличии угрозы безопасности судну и членам экипажа. По окончании вахты производятся последние записи значений параметров и запись о сдаче — приеме вахты новой сменой за подписью вахтенного механика.
17.2. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ СЛУЖБЫ ПРИ НАЛИЧИИ СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
Если судно построено на определенный класс автоматизации, то дежурный механик систематически должен обходить действующее оборудование. Это должен выполнять один из трех вахтенных механиков, который работает сутки через двое. Во время дежурства он совершает обход работающего оборудования один раз за 4 ч, начиная с семи или восьми часов утра.
Обходы оборудования являются процессом условного несения вахты и предназначены для внимательного осмотра работающего без постоянного наблюдения оборудования. При этом выявляют отклонения от нормальной программы работы или неустойчивая работа механизмов и систем и вносятся соответствующие изменения в режимы работы. Записи по установленной форме могут быть сделаны за несколько посещений. На период между обходами система сигнализации и защиты переключается на каюту дежурного механика или дистанционные пульты комнат отдыха. При срабатывании системы сигнализации и защиты на мостике можно получить информацию о месте срабатывания, что поможет принять необходимое решение.
Во время обхода должны быть зафиксированы необходимые показания приборов. Такие обычные операции, как перекачка топлива, балласта и т. п. должны быть выполнены днем, но их можно выполнять и в другое время. При этом дежурный механик несет ответственность за выполнение этих работ.
309
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ДИЗЕЛЯ
Индикаторная мощность. В результате сгорания топлива в цилиндрах дизель развивает мощность, которая передается на вал. Развеваемая в цилиндрах мощность частично используется для привода вращающихся масс дизеля. Эта мощность измеряется механическим индикатором и ее часто называют индикаторной мощноствю. Полезную мощность дизеля называют тормозной, или эффективной. На небольших дизелях ее можно измерить посредством присоединения к валу обычного тормоза. Отсюда и такое название.
Типовые индикаторные диаграммы'Для двух- и четырехтактных дизелей показаны на рис. 1. Площадь диаграммы представляет собой работу, выполненную за одни цикл в цилиндре, с которого снималась диаграмма. Площадь диаграммы можно измерить планиметром или путем применения правила средних ординат. При этом площадь делят по длине диаграммы и для получения средних высот. Затем эти средине высоты вычисляют с учетом масштаба пружины индикатора и по ним определяют среднее индикаторное давление в цилиндре, которое можно использовать для определения работы, совершенной в цилиндре:
работа	среднее	площадь ход
за 1 цикл = индикаторное X поршня х поршня .
давление (р,)	(Д)	(L)
Чтобы измерить мощность, необходимо определить значение проделанной работы, т. е. вычислить число рабочих ходов за одну секунду. У четырехтактных дизелей за один оборот вала совершается ’/2 рабочих хода (иг), а у двухтактных — один.
Мощность, развиваемая в одном цилиндре, будет равна piALm. Для многоцилиндрового дизеля это выражение еще нужно умножить на число цилиндров.
Пример. Индикаторная диаграмма, снятая с шестицилиидрового двухтактного дизеля, показана на рис. 2. Масштаб пружины (константа) индикатора равна 65 кПа/мм. Ход поршня и диаметр соответственно равны 1100 мм и 410 мм. Частота вращения вала дизеля 120 об/мин. Чему равна индикаторная мощность дизеля?
Делим диаграмму на 10 равных частей и внутри каждой части проводим посередине ординату.
сумма средних ординат
Средняя высота диаграммы =------------------------------=
число частей в диаграмме
129
10
= 12,9 мм.
Среднее индикаторное давление р,=средняя высота диаграммы X масштаб пружины= 12,9X65 = 838 кПа. Индикаторная мощность дизеля Ni=piALmi= 1100	41(Р	120	„	„
=Р;1.ЛМХчисло цилиндров = 838,5 ——-----^6'  X 6 = 1461 ,28 кВт.
Эффективная мощность. Для измерения крутящего момента иа вале дизеля обычно пользуются торсиометром (см. гл. 15). Зная крутящий момент и частоту вращения, можно определить мощность иа валу дизеля, которая равна про-
изведению крутящего момента вала на частоту его вращения.
Пример. Крутящий момент на валу дизеля составляет 320 кН-м при частоте вращения вала ПО об/мин. Определить мощность иа валу дизеля. Мощность определяем по формуле
Ne = 320 • 2л
ПО
60
3686,14 кВт.
310
рис. 1- Индикаторные диаграм- а) мы дизелей:
а — двухтактного; б — четырехтакт- g. кого; 1 — сгорание топливной смеси; § 2 — расширение газов; 3 — выпуск £ тазов и продувка; 4 —сжатие воэду- 5 ха: 5 — атмосферная линия; 6—вса- и -сыванне воздуха; 7 — выпуск газов ~
о
Объем цилиндра
и
Из-за потерь мощности вследствие трения между подвижными деталями дизеля эффективная мощность всегда меньше индикаторной.
Отношение эффективной мощности к индикаторной представляет собой механический к.п.д. дизеля:
Ци = N е[ N i.
Передача мощности от вала дизеля к винту происходит лишь с небольшими потерями на линии валов, в подшипниках. При вращении винта возникает продольное усилие в вале, которое передается на упорный подшипник и называется упором винта. В результате этого судно передвигается с определенной скоростью. Коэффициент полезного действия винта характеризует эффективность преобразования мощности винта:
упор винта X скорость хода к. п. д. винта =-----------------------------.
мощность на валу дизеля
Одной из геометрических характеристик винта является его шаг. Шаг винта — это расстояние, которое лопасть будет проходить вперед за один оборот винта, если не будет скольжения лопасти относительно воды. Шаг винта иногда имеет разные значения в различных точках вдоль лопасти. Поэтому в расчетах пользу
311
ются средним значением шага. Скольжение винта представляет собой частное от деления разности- между теоретически пройденным расстоянием (теоретической скоростью судна) и фактически пройденным расстоянием (фактической скоростью судна) на теоретически пройденное расстояние (теоретическую скорость судна). Скольжение винта измеряется в процентах.
Теоретическая скорость представляет собой произведение шага винта иа его число оборотов. Фактическая (действительная) скорость определяется по пути судна, пройденному в единицу времени. Возможно, что скольжение винта будет иметь отрицательное значение, например при сильном течении или ветре, которые помогают передвижению судна вперед.
Пример. Судно, следовавшее между двумя портами, прошло 2400 морских миль за восемь дней. За рейс вал дизеля совершил 820 000 оборотов. Шаг винта — 6 м. Вычислить скольжение винта в процентах.
820 000 X 6	„„„ _
Теоретическое расстояние =--------—------= 2656,59 морских миль.
1852
теоретическое расстояние —
_	•	—действительное расстояние X100
Скольжение винта =--------------------------------------------------- =
теоретическое расстояние
(2656,59 — 2400) х 100
2656,59
= 9,66%.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ И РАСХОДА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЕЙ
Определение мощности. Мощность, развиваемая дизелем, используется иа преодоление сопротивления судна и на его передвижение с определенной скоростью. Мощность, потребляемую на перемещение судна, если известны водоизмещение и скорость, можно приближенно определить используя метод адмиралтейского коэффициента п.
Общее сопротивление судна Rt можно определить из выражения
Rt = pSvn,
где р — плотность воды, кг/м3; S — смоченная поверхность корпуса судна, м2; v — скорость, уз.
Смоченная поверхность примерно равна длине судна в квадрате, а водоизмещение равно длине судна в кубе. Смоченная поверхность примерно равна водоизмещению (D 2/3).
Для большинства грузовых судов с малооборотными и среднеоборотными двигателями коэффициент п можно принять равным двум. Плотность р принимают постоянного значения, так как почти все суда плавают в морской воде.
Общее сопротивление Rt=D2^3v.
D2'3v3
Мощность винта —RtvzsD 2Ru2~D 2!3V3 или —const. Этот коэффициент имеет постоянное значение и называется адмиралтейским.
Пример. Судно водоизмещением 15 000 т имеет скорость 14 уз. Адмиралтейский коэффициент (С) равен 410. Вычислить мощность, развиваемую двигателем. Имеем:
£>2'3V3	(15 000)2/3-143	___
Ne =-------—-----------------= 4070 кВт.
е С	410
Определение расхода топлива. Расход топлива дизелем зависит от развиваемой им мощности. Описанный выше метод определения мощности можно исполь-312
зовать для определения расхода топлива. Расход топлива представляет собой количество топлива, израсходованного в единицу времени, например, тоии в сутки.
Удельный расход топлива представляет собой количество топлива, использованного в единицу времени для выработки единицы мощности, т. е. кг/кВт-ч. Расход топлива соответствует выработанной мощности; мощность
£>2/3цЗ
Ne = С '
£>2/3е-з
поэтому расход топлива за сутки пропорционален ——— или коэффициент рас-
О
D?/3vt
хода топлива (удельный расход) равен ----------------------------—- .
расход топлива за сутки (В)
Коэффициент расхода топлива имеет постоянное значение для конкретного судна, подлежащего постройке, в зависимости от скорости, водоизмещения и других параметров, т. е. коэффициент расхода топлива
D2^	D$3V\
равен--------------------------—- =------—-------.
расход топлива за сутки (В1)
Здесь индексы / и 2 соответствуют различным условиям, т. е.
Вх	/ Di \2/з / Vi \3
В2	\ &2 /	\ v2 /
Применительно к условиям данного рейса или для конкретного расстояния расход топлива за сутки, умноженный на число суток рейса, равен расходу топ-BL
лива за рейс или ------- расходу за рейс или за все пройденное расстояние суд-
t>-24
ном (£).
Если условия часто меняются в течение рейсов или иа каком-либо участке пути, тогда:
Расход топлива за рейс 1	L\ v2
Расход топлива за рейс 2 В2 L2
В. / Di V/з/ Vi \3 и из ранее выведенного выражения	----= (------ -------
В2 \ D2 ]	\ v2 )
Расход топлива за рейс 1	\3 v„
получим: ---------------------------=-------I — I-----------.
Расход топлива за рейс 2	£>|/3 \ v2) L2
Отсюда можно вывести основное выражение
Расход топлива за рейс 1	/ D j \2/3 / vj \2 Lx
Расход топлива за рейс 2	\ D2 ) \ v2 / L2 ’
Пример. Судно водоизмещением 12 250 т сжигает 290 т топлива, скорость судна равна 15 уз, длина пути 2850 морских миль.
Требуется определить количество расходуемого топлива (BJ за рейс (£ = = 1800 морских миль) при скорости 13 уз н водоизмещении судна £>1 = 14 200 т.
Решение
В; . / Di \2/з /	\2 £д Bi / 14 200\2/з / 13 \2 1800
В2 ~ \ D2 ) \ v2 J L2 ~ 290 ~ \ 12 250/ \ 15 J 2850 ’
B1= 1,103-0,75-0,63-290= 151,14 t.
313
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
В указатель включены основные технические термины, встречающиеся в книге. Они сгруппированы в рубрики и подчиненные им подрубрики. Порядок размещения материала алфавитный пословный («слово за словом»). Знаки тире заменяют повторяющиеся начальные слова= Цифры — номера страниц.
Аварийное*оборудование:
гравитационные шлюпбалки 177
пожарный насос с дизельным приво-
дом 175
спасательная шлюпка 176
спасательный плот 178, 179
Аварийный задний ход судна пон турбинной установке 63 Автоматическая рулевая система 287 Автоматическое распределение нагрузки дизель-ген ера тор а 287» 2$8 Аккумуляторные батареи:
выбор 244. 245
рабочие характеристики 245
свннцово кислотные 243, 244
обслуживание н эксплуатация 245, 246
щелочные 244
Ареометр 246
Асбест 2р5
Бакаут 296
Барометр 251
Валоповоротное устройство турбины 62
Валоповоротиый механизм дизеля 36
Валопроводы 181—184
Валы 184
Вахтенная служба 301—309
Вентили 111
Вентиляция 160, 161
схема веитнляцнн машинного отделения 161
Водомерные стекла 76—78
Водонепроницаемые двери 172, 173
Возгорание сажистых отложений в проду
вочных ресиверах 21
Воздушный регистр 82, 83
— эжектор 93. 94
Впрыскивание топлива 23, 24
аккумуляторная система 23—24
с помощью индивидуальных насосов 23
Вспомогательная паровая установка 74
Гарнитура котлов 75, 76
Генераторы переменного тока 233—237
питание переменным током 236, 237
распределительная система 235, 236
— смешанного возбуждения 230
Гребной винт:
адмиралтейский коэффициент 313
кавитация 188
коэффициент полезного действия 312
крепление 185
мощность 313
принцип действия гайкн «Пилигрим»
186
регулируемого шага 186—188
скольжение 312
упор 311, 312
цельнолитой 185
Грузовое устройство 165, 167, 168
кран для перегрузки генеральных гру-
зов 167, 168
работа спаренными стрелами 167
Грязевая коробка ИЗ
314
Двигатели переменного тока 240—243 техническое обслуживание 242—243
Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения 238, 239 ------ последовательного возбуждения 238, 239 Двухконтурные паровые котлы 73 Двухтактный дизель, устройство и попе-речиый разрез 17 Двухтактный цикл 12—14 Деаэратор 89, 96, 97
Диафрагмы активных турбин 55
Дизели «Пнлстик» 44—46
— фирмы «Зульцер» 42—44
Дизель «ДОксфорд» 41—42
Дистанционные пульты управления 284
Измеритель вязкости топлива 263, 264
Измеритель давления пьезоэлектрический 252
Измерители расхода жидкости: дроссельный 257, 258 количественные 257. 258 скоростные 257. 258
Измеритель содержания нефтепродуктов в воде 264, 265
Измеритель температуры биметаллический 254, 255 ----пирометрический 255
Измеритель уровня пневмеркаторный 256. 257 ---- поплавковый 256 Индикатор механический 18 — содержания паров в картере 35 Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля 311 Испытания металлов: без разрушения образца 292, 293 изгиб 292 растяжение 290 твердость 291. 292 ударные нагрузки 291 удлинение 292 усталость 292
Катодная защита металла 298, 299
Качка судна:
бортовые управляемые рулн 170, 171 стабилизирующие цистерны 171, 172
Кислородный анализатор 263—265
Клннкетные задвижки 112
Клапаны: автоматические для поддержания уровня масла в картере 122 быстрозапориые 114 взрывобезопасный картера дизеля 34. 36 невозвратные 111, 112 пневматический регулирующий 274, 275 предохранительные цилиндров дизелей 34, 35. 121 регулирующие подачу топлива в цилиндры дизелей 25
Клапанные коробки 114
Компенсаторы для трубопроводов 114» 115
Компрессоры воздушные 119
— двухступенчатые 119—121
Конденсатный насос 93
Конденсатор питательной системы котла 91
вспомогательный 91, 92
регенеративный 91, 93
Конденсационный горшок 113, 114
Кондиционирование воздуха:
двухканальная система 159
одноканальная система 159
система непосредственного охлаждения воздухоохладителя 160
Конструкция стенок топки котла 71
Коррозия металла 297—299
Круговая диаграмма распределения двухтактного дизеля 13 ------четырехтактного дизеля 12 Котлы Кохрана огнетрубные 72
— Фостер Уиллер водотрубные 68—71
Люковые закрытия типа «Мак-Грегор»
168. 169
Маневрирование турбины 63
Манометр 251
Машинная команда 300. 301
Машинный журнал 249
Мегаомметр 249
Мембраны, см. «Снльфоиц»
Металлы для заливки подшипников 293
Методы продувки цилиндров дизелей 20
Мощность дизелей:
индикаторная 310. 311
определение 312
эффективная 310, 311
Муфта Эластичная для турбин 61—62
Муфты гидравлические 37
— устанавливаемые между дизелем и редуктором 36—37
— электромагнитные 38
Навигационные огни 248, 249
Нагреватели для подогрева тяжелого топлива 125
Насосы:
объемные 102
осевые 104, 105
полный положительный напор на вса-
сывании 101. 102
поршневые ЮЗ, 104
принцип работы 100
принципиальная схема перекачки жидкости 191
роторные 103, 104
центробежные 105—109
Насосы рулевых машин, см. «Рулевые машины»
Нейлон 296
Обслуживание котлов 85, 86
приготовленне к растопке 85
растопка 85, 86
Обслуживание турбины при работе судна на полном ходу к перед прибытием в порт 64
Обслуживание механизмов судовых энергетических установок 10 — питательной системы 39
Общие указания по обслуживанию дизелей 46
Огнетушители, см. «Пожарная безопасность»
Опасность поражения электрическим током 250
Операции перед пуском дизелей 46—47
— при пуске дизеля 47
Опреснительные установки:
двухступенчатый испаритель-расширитель 127 кипящий испаритель 126 процесс кипения воды 126 мгновенного парообразования 127г 128 обслуживание 128
Осушительная и балластная системы 115 Охладитель дренажных конденсатов 95 Охлаждение дизелей: забортной водой 30—31 замкнутая система 29—30
Охлаждение рефрижераторных трюмов: неполадки в системе холодильного агента 157, 158 оборудование рефрижераторного трюма 155 охлаждение рефрижераторных контейнеров 157 система непосредственного охлаждения провизионных кладовых 156
Палубные механизмы: привод гидравлический 163 — паровой 162 эксплуатация 168 электропривод 163
Паровые турбины активные 48, 49 ----заднего хода 51 ----разновидности, связанные с названием фирм или с именами их изобретателей 50, 51 -------- реактивные 49. 50 -----промежуточный подогрев пара 50 Парогенераторы 73, 74 Питательная вода для котлов 83» 84 обработка 84, 85 примеси 84 требования 83. 84
Питательный насос 97, 98
Питательные системы котлов: вспомогательная 90 закрытая 88, 89 открытая 87, 88
Подача воздуха к котлу 80
— топлива в двухтактных дизелях 21 ---- к котлу 81
Подогреватель питательной воды высокого давления 98. 99 Подруливающее устройство носовое 173, 174 ----с дистанционным управлением с мостика 174 Пожары, см. Пожарная безопасность Подшипники: дейдвудные 183 кормовые 184 опорные 182, 183 турбин 57 упорные 181, 182 Позиционер клапанный 274 Полимеры фтористые 296 Преимущества и недостатки двух- и четырехтактных дизелей 40. 41 Преобразователи: гидравлические 269 пневматические 266—268 электрические 268, 269
Прогревание турбины 62, 63
Продувка н наддув дизелей 19 Пожарная безопасность: автоматические водораспыливающне системы 215—217 безопасность труда при судовых работах 226, 227 борьба с пожаром 210 водонапорная пожарная система 213, 215
генераторы инертного газа 219, 220
315
датчик дыма 209
— теплоты 210
дыхательные аппараты 225, 226
классификация пожаров 208
обнаружение пожара 209
огнетушители, обслуживание и испытание 213
— порошковые 213, 214
— содово-кислотные 211, 212
— углекислотные 211, 214
— химические н механические пенные 211. 212
пожаруая тревога 210
пределы воспламеняемости горючих смесей 224
противопожарная подготовка команды 224. 225
распыли ва ющая головка (спринклер) 216
система пеиотушеиня спринклерная и орошения 217
---эжекцноииая 217
—«Галой» 221
стационарные углекислотные установки 218. 219
тушение пожара в грузовых трюмах 224
------жилых помещениях 222, 223
------машинных отделениях 223
установка для получения инертного газа 220, 221
Пусковой реостат двигателя постоянного тока 240
Рабочие лопаткн турбины 52, 53
Распределительная коробка системы трубопроводов 113 ---- постоянного тока 230
Расход топлива дизелем 313, 314
Реверсирование среднеоборотных дизелей 39. 40, 47
Регулирование:
воздействие интегральное 271
—	по производной 271
—	пропорциональное 270
— регулирующее 270
давления пара в паропроводе 278
процесса горения топлива в котле 279, 278
процессов управления энергетической установкой с мостика 284—288
силовой электрической сети 286—288
система регулирования паротурбинной установки 285
---трехимпульсиая 277, 278
—	— частоты вращения вала дизеля 285
—	— шага внита 286, 287
температуры перегретого пара 278, 279 — охлаждающей воды дизелей 280—282 теоретические основы 265, 266
уровня воды в котле 276—278
Регулирующий орган 274, 275
Регуляторы: пневматические 272 электрические 273 частоты вращения вала дизеля 33 механические 33, 34 электрические 35
Редуктор зубчатый для турбин 60. 61
Редукторы для уменьшения частоты вращения дизелей 38 Резина 296
Ротор турбины 52
Рулевые машины: аксиально-поршневые насосы 192. 193 насосы переменной подачи 191. 192
опробование 205—207
привод с гидравлическими плунжерами 197
радиально-поршневой иасос «Хнл-Шоу» 191
с двумя независимыми системами привода 204—207
с двухплунжерным приводом 198
с роторным лопастным приводом 202
с четырехплуижериым приводом 1J99—
телемотор 194
требования 189
электрическая система дистанционного управления 195—197
электрическое управление Вард-Леонар-да 203, 204
Свойства металлов 289, 290
Сгорание топлива в котле 81—83
Сепаратор центробежный для очистки топлив и масел 139
непрерывная работа 141. 142
периодическая работа 141
процесс кларификации 140
— пурификации 140
сепарация смазочного масла циркуляционных систем дизелей 142, 143 тарелки барабана 141
техническое обслуживание 142 устройство и принцип работы барабана 140
Сепараторы для очистки балластных и льяльных вод 128	*
требования к очистке откачиваемой за борт воды 128. 129
устройство 129. 130
Сильфоны 252. 253
Система автоматической предупредительной сигнализации н защиты 283
— защиты турбины 59. 60
— контроля частоты вращения генератор-двигатель (Вард-Леонарда) 247
— обработки пресной воды 117, 118
—	пуска дизелей 31
—	смазки турбины 57
—	спуска конденсата из турбин 57
Системы пресной и забортной воды 117
Смазочные масла:
антикоррозионные свойства 138
деэмульсацноиная способность 137
картерное масло 139
кислотность 137
масла для зубчатых передач 138
нагарообразующие свойства 137
турбинное масло 38
цилиндровое масло для дизелей 139
Смола 296
Сопла турбины 55, 56
Сравнение двухтактного и четырехтактного циклов 17
Сталь 293
Стеклопластик 296
Схема газотурбинного наддува 19
— подачи и подготовки топлива для дизелей иа судне 22
— параллельной работы двух генераторов постоянного тока 232
— распределительной системы электроэнергии переменного тока 235
------электроэнергии постоянного тока 231
— устройства котла 66
Схемы реверса дизелей 39
Тахометры:
магиитоиндукцноииые 260
механические 259
316
электрические 259
Теплообменники, работающие на выпускных газах дизелей 73
Теплообменные аппараты 95. 96
Термореэистор 255, 256
Термометры 254
Типы котельных форсунок 82
Тифон 179. 180
Топлива:
коксовый остаток 136
плотность 135
содержание серы 136
температура вспышки 136
— застывания 137
— помутнения 137
цетановое число 137
Топливный насос высокого давления 24
Торсиометры 18, 260—263
с магнитоупругнми измерителями 262,
263
с дифференциальным трансформатор-
ным датчиком 261
тензометрические 261
Требования к электрооборудованию 228
Трубка Бурдона 252
Трубы 110
Трюмно-балластная система 116
Турбонагнетатель 19
Тяга в котлах 80, 81
Уплотнительные устройства н система уплотнения турбин 55» 56
Уравновешивание осевого усилия в реактивной турбине 54 уравновешивающий поршень, устройст во 54
Усилитель мощности 276
Установка для биологической очистки сточных вод 132, 133
•--сжигания мусора 133, 134
—	— химической обработки сточных вод 130, 131
Установки с малооборотиыми дизелями 7 со среднеоборотными дизелями и редукторам 7—9
—	паротурбинные 8—!)
—, расположение механизмов энергетической установки контейнеровоза 8—9 Устройство активной турбины 53
— двухкорпусиой турбины 51
Фильтры грубой очистки топлив и масел 143, 144 — тонкой очистки-------144, 145
Форсунка дизеля 25—27
Характеристики электрических машин 228.
229
Хлопок 295
Холодильники:
трубчатого типа 123, 124
пластинчатого типа 123, 124
обслуживание- 124. 125
осмотр и ремонт 125
Холодильные установки:
испарители 151. 152
клапан регулирования потока холодильного агента 153
компрессоры 149—151
конденсаторы 151
маслоотделитель 153
осушители холодильного агента 153
принцип работы 146. 147
терморегулирующнй вентиль 153 холодильные агенты и хладоносители 147—149
Центральный пост регулирования параметров энергетических установок 282—283 Цикл двухтактного дизеля 12 — дизеля с расходящимися поршнями 14
Четырехтактный дизель, устройство и поперечный разрез 14, 15 — цикл дизеля 11
Швартовное устройство 164
Эжекторы 109
Якорное устройство 164, 165
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие........................................................... 5
1.	Суда н их энергетические	установки................................ 6
1.1.	Суда . . . *................................................. 6
1.2.	Энергетические установки..................................... 7
2.	Дизели........................................................... 11
2.1.	Принцип работы.............................................. 11
2.2.	Устройство.................................................. 14
2.3.	Приборы для измерения мощности.............................. 18
2.4.	Процесс газообмена.......................................... 19
2.5.	Топливная система........................................... 21
2.6.	Смазочная система .......................................... 27
2.7.	Охлаждение.................................................. 29
2.8.	Система пуска............................................... 31
2.9.	Контрольные приборы и приборы аварийно-предупредительной сигнализации ....................................................... 33
2.10.	Муфты и редукторы.......................................... 36
2.11.	Некоторые типы морских дизелей............................. 40
2.12.	Техническое обслуживание................................... 46
3.	Паровые турбины и зубчатые передачи.............................. 48
3.1.	Принцип работы.............................................. 48
3.2.	Устройство турбин........................................... 52
3.3.	Зубчатый редуктор........................................... 60
3.4.	Техническое обслуживание.................................... 62
4.	Котлы............................................................ 65
4.1.	Принцип работы.............................................. 65
4.2.	Водотрубные котлы........................................... 67
4.3.	Огиетрубные котлы........................................... 72
4.4.	Прочие конструкции котлов .................................. 73
4.5.	Гарнитура котла..................."......................... 75
4.6.	Процесс сгорания топлива.................................... 80
4.7.	Водоподготовка.............................................. 84
4.8.	Техническое обслуживание.................................... 85
3.	Питательные системы котлов....................................... 87
5.1.	Открытая питательная система................................ 87
5.2.	Закрытая питательная система................................ 88
5.3.	Вспомогательная питательная система......................... 90
5.4.	Элементы питательной системы................................ 91
6.	Насосы и системы трубопроводов.................................. 100
6.1.	Принцип работы иасосов...................................   100
6.2.	Типы иасосов............................................... 102
318
6.3.	Элементы системы трубопроводов................................ ПО
6.4.	Осушительная и балластная системы. Системы пресной и заборной воды......................................................... П5
7.	Вспомогательные механизмы......................................... ПО
7.1.	Воздушные компрессоры........................................ 119
7.2.	Теплообменные аппараты....................................... 122
7.3.	Опреснительные установки..................................... 126
7.4.	Сепараторы для очистки балластных и льяльных вод............. 128
7.5.	Обработка сточных вод и сжигание	мусора...................... 130
8.	Топлива, смазочные масла и их обработка.......................... 135
8.1.	Физико-химические показатели топлив и масел.................. 135
8.2.	Очистка топлив и масел центробежными сепараторами............ 139
8.3.	Фильтрация топлив и масел.................................... 143
9.	Рефрижерация, кондиционирование воздуха и вентиляция............. 146
9.1.	Принцип работы холодильной установки. Холодильные агенты и хладоиосители.................................................   146
9.2.	Элементы холодильной установки.............................. 149
9.3.	Охлаждение рефрижераторных трюмов и неполадки в системе холодильного агента............................................. 154
9.4.	Кондиционирование воздуха.................................... 158
9.5.	Вентиляция................................................... 160
10.	Палубные механизмы н устройства	корпуса.......................... 162
10.1.	Привод палубных механизмов.................................. 162
10.2.	Швартовное, якорное и грузовое устройства.................. 164
10.3.	Люковые закрытия........................................... 168
10.4.	Системы стабилизации качки.................................. 170
10.5.	Водонепроницаемые двери.................................... 172
10.6.	Оборудование для безопасности мореплавания.................. 173
11.	Валопроводы и гребные винты...................................... 181
11.1.	Валопроводы................................................. 181
11.2.	Гребные винты ............................................. 184
12.	Рулевые машины................................................... 189
12.1.	Требования к рулевым машинам................................ 189
12.2.	Насосы...................................................... 191
12.3.	Системы управления.......................................... 194
13.	Пожарная безопасность и борьба с пожарами иа судах............... 208
13.1.	Общие положения и организация противопожарной службы на судах ........................................................... 208
13.2.	Противопожарное	оборудование............................... 211
13.3.	Стратегия тушения	похсаров.................................. 221
13.4.	Безопасность труда при судовых работах	.	226
14.	Электрооборудование ...........................................   228
14.1.	Требования к электрооборудованию........................... 228
14.2.	Генераторы постоянного тока................................. 229
14.3.	Генераторы переменного тока................................ 233
14.4.	Двигатели постоянного тока................................. 237
14.5.	Двигатели переменного тока.................................. 240
14.6.	Аккумуляторные батареи...................................... 243
14.7.	Система регулирования частоты вращения генератор-двигатель (Вард-Леонарда).................................................. 246
14.8.	Генератор аварийного питания и навигационные	огни.......... 248
14.9.	Измерение сопротивления изоляции и	электроопасность........	249
15.	Контрольно-измерительные приборы и регуляторы.................... 251
15.1.	Приборы для измерения давления............................. 251
319
15.2.	Приборы для измерения температуры............................. 254
15.3.	Приборы для измерения уровня и расхода жидкости............... 256
15.4.	Приборы для измерения параметров работы двигателей, вязкости топлива, содержания нефтепродуктов в воде и кислорода в воздухе...................................................... 259
15.5.	Теоретические основы регулирования............................ 265
15.6.	Преобразователи............................................... 266
15.7.	Характеристика системы регулирования.......................... 269
15.8.	Регуляторы.................................................... 272
15.9.	Системы регулирования эксплуатационных параметров судовых энергетических установок....................................... 276
15.10.	Централизация регулирования.................................. 282
16.	Материалы........................................................... 289
16.1.	Свойства и испытания материалов............................... 289
16.2.	Металлы и сплавы.............................................. 293
16.3.	Неметаллические материалы..................................... 295
16.4.	Соединение металлических деталей и их защита от коррозии . . .	297
17.	Вахтенная служба и обеспечение работы оборудования.................. 300
17.1.	Организация и несение вахтенной службы в машинном отделении 300
17.2.	Особенности организации службы при наличии системы централизованного управления......................................... 309
Приложение 1. Измерение мощности дизеля................................. 310
Приложение 2. Определение мощности и расхода топлива дизелей.......	312
Предметный указатель.................................................... 314
П роизводственное издание
Д. А. ТЕЙЛОР основы судовой техники
Предметный указатель составил Л. П. Филиппов
Переплет художника В. Я. Баркова
Технический редактор | Н. Б. Усанова | Корректор-вычитчнк Л. В. Ананьева Корректор В. А. Спиридонова
ИБ № 3248
Сдано в набор 04.05.87. Подписано в печать 22.10.87. Формат 60X88'/i6- Бум. тип. № 2. Гар ннтура литературная- Офсетная печать. Усл. печ. л. 19,6. Усл. кр.-отт. 19,78. Уч.-нзд= л. 22,15.
Тираж 22 000 экз. Заказ № 1323. Цена 1 р. 30 к.
Изд. № 2—3—3/10 № 3234.
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ», 103064, Москва, Басманный туп.. 6а
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, 101898, Москва, Центр, Хохловский пер., 7.