Файл: Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие.pdf

механизмами сосредоточены в центральном посту управления (ЦПУ), который размещен в машинном отделении. На мостике судна расположен пост управления ГТЗА через ЦПУ.

Техника безопасности при эксплуатации турбин. Гарантией безопасной работы ГТЗА, механизмов и паропроводов, обслу­ живающих агрегат, является их хорошее техническое состояние. Перед нагреванием и пуском агрегата внимательно осматривают системы паропроводов, механизмы и арматуру, установленную на трубопроводах, турбине и редукторе. При этом необходимо строго соблюдать инструкцию завода-изготовителя и Правила техниче­ ской эксплуатации судовых паровых турбин по подготовке тур­ бины к действию, прогреванию, пуску и обслуживанию при экс­ плуатации. Так, при прогревании паропроводов соблюдаются все меры предосторожности, обусловливающие равномерный и плав­ ный прогрев труб во избежание нарушения фланцевых соедине­ ний, появления гидравлических ударов, трещин и разрывов, попа­ дания воды в проточную часть турбины и т. д.

Важное значение для создания нормальных условий работы персонала имеет поддержание необходимой температуры и венти­ ляции машинно-котельного отделения, особенно при плавании в южных широтах и тропиках. Система вентиляции должна быть исправной, полностью обеспечивать многократный обмен воздуха и поддерживать заданную температуру.

Методические указания к гл. Ill

Приступая к изучению котлов как генераторов пара, необходимо уяснить принципиальные основы назначения, устройства и действия котельной установки. Обратить внимание на то, что в состав современного котельного агрегата по­ мимо котла входят дополнительные элементы, такие, как воздухоподогреватель, водоподогреватель, устройство для создания дутья, которые повышают эконо­ мичность котельной установки.

Изучая простейшую схему парового котла, нужно усвоить принцип получе­ ния пара в котле, сущность циркуляции, различать три пространства в котле (водяное, паровое, огневое), знать что называется зеркалом испарения, поверх­ ностью нагрева. Необходимо уметь определить понятия: паропроизводительность, удельный паросъем, коэффициент полезного действия. Четко запомнить класси­ фикацию котлов по различным признакам.

При изучении § 9 следует уяснить разницу в конструкциях вертикально-во­ дотрубных и горизонтально-водотрубных котлов. Обратить внимание на беспер­ спективность двухпроточных котлов. Понять, что в водотрубных котлах можно эффективнее использовать теплоту за счет экранизации топок и более интен­ сивного движения воды.

Ознакомиться с устройством огнетрубного котла и проанализировать его преимущества и недостатки. Комбинированные котлы рассматривать как резуль­ тат попыток усовершенствования огнетрубных котлов.

Необходимо изучить приборы и вспомогательные устройства, которыми снабжается каждая котельная установка для нормальной эксплуатации. Сово­ купность приборов, устанавливаемых на котле, называется арматурой. Знать на­ значение каждого прибора и место его установки на котле.

При знакомстве с основами автоматического регулирования паровых котлов нужно обратить внимание на то, что лишь при наличии автоматики могут быть достигнуты в условиях длительной эксплуатации высокие показатели работы котельных судовых агрегатов.

68

При рассмотрении вопросов обслуживания судовых котлов необходимо усвоить основные правила их эксплуатации. Особое внимание нужно уделить мероприятиям по обеспечению безопасности персонала, обслуживающего котлы.

При изучении паровых котлов следует помнить, что главные котлы на флоте рыбной промышленности имеют ограниченное применение, вспомогательные же котлы распространены очень широко.

При изучении основных положений о турбинах (§ 11) необходимо вначале уяснить разницу между использованием энергии пара в поршневых машинах и турбинах. Понять принцип действия турбины как ротативного теплового двига­ теля. Четко представить разницу между активным и реактивным действием пара. Запомнить, что на лопатки активной турбины действуют центробежные силы масс частиц пара, т. е. что там используется только кинетическая энергия. Это сопровождается понижением скорости пара, давление же пара остается по­ стоянным, что ведет к неэкономичному использованию малоступенчатых турбин. На лопатки реактивной турбины действуют как активные, так и реактивные силы, т. е. силы, противодействующие вытеканию струи пара из межлопаточного пространства. Там используется и кинетическая и потенциальная энергия, что сопровождается падением как скорости, так и давления пара. Для более полного использования энергии пара строят активно-реактивные многоступенчатые тур­ бины.

Следует отметить, что более сложный, чем в поршневых машинах, с точки зрения преобразования энергии принцип работы турбины обеспечивает, однако, более простую конструкцию двигателя. Поэтому именно турбины являются сей­ час перспективными, так как поршневой принцип не позволяет создавать ма­ шины большой мощности с малыми габаритами и массой. На транспортных су­ дах с мощностью энергетических установок свыше 15—20 тыс. л. с. и на воен­ ных кораблях паровые турбины занимают монопольное положение.

На флоте рыбной промышленности паровые турбины в составе турбозубчатых агрегатов устанавливаются на крупнотоннажных плавбазах (плавбаза «Во­ сток», китобаза «Юрий Долгорукий»),

ГЛАВА IV

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ С ДВИГАТЕЛЯМИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ИГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ

§12. Принцип действия, классификация

иосновные характеристики судовых ДВС

Схема устройства и принцип действия двигателя. Двигатель внутреннего сгорания — это машина, которая преобразует тепло­ вую энергию, полученную в результате сжигания топлива внутри двигателя, в механическую работу. Двигатель, в цилиндре кото­ рого топливо воспламеняется под действием высокой температуры, получаемой во время сжатия воздуха, называется д и з е л е м . На флоте дизели получили наибольшее распространение.

Устройство дизеля схематически показано на рис. 39. Ци­ линдр 7, закрытый сверху крышкой 4, установлен на станине 9, закрепленной на фундаментной раме 16. С помощью рамы двига­

69

шневого пальца 6 соединен с шатуном 8. Другой конец шатуна соединен с мотылевой шейкой 10 коленчатого вала, который со­ стоит из колена (кривошипа) и рамовых шеек 12. Колено образо­ вано двумя щеками И и мотылевой шейкой 10. Рэмовыми шей­ ками коленчатый вал укладывается в рамовые подшипники 13 фундаментной рамы. Механизм, образованный шатуном и коленча­ тым валом, называется кривошипно-шатунным. Он служит для

Рис. 39. Схема устройства двигателя внутреннего сгорания.

преобразования возвратно-поступательного движения поршня в ци­ линдре во вращательное движение коленчатого вала.

Рассматривая рис. 39, легко убедиться, что перемещение пор­ шня (например, вниз) приводит к повороту коленчатого вала. Коленчатый вал имеет фланец 14, к которому присоединен вал потребителя энергии двигателя, т. е. вал гребного винта, элек­ трогенератора или насоса.

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания состоит в следующем. Через впускной клапан 1 в цилиндр попадает воз­ дух, а через топливный клапан, называемый форсункой 2, пода­ ется топливо (см. рис. 1). Топливо в цилиндре сгорает, образу­ ются газообразные продукты сгорания с высокими температурой

70

и давлением. При горении топлива происходит преобразование хи­ мической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгора­ ния. Высокое давление продуктов сгорания приводит в движение поршень. При перемещении поршень через кривошипно-шатунный механизм поворачивает коленчатый вал и вал приводного меха­ низма (например, гребного винта), т. е. производит полезную ме­ ханическую работу. Одновременно с движением поршня объем цилиндра над поршнем увеличивается и находящиеся в нем газы расширяются; давление, температура, а следовательно, и тепло­ вая энергия их уменьшаются. Таким образом, происходит преобра­ зование тепловой энергии продуктов сгорания в работу поршня и коленчатого вала.

После расширения в цилиндре газы выпускаются в атмосферу через клапан 3. Затем процессы впуска воздуха, подачи топлива, горения, расширения и выпуска газов повторяются.

В двигателе внутреннего сгорания преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию газов и преобразование теп­ ловой энергии в работу происходит внутри цилиндра двигателя. По этой причине такие двигатели получили наименование двига­ телей внутреннего сгорания (ДВС). Надобность в преобразовании возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала вызвана тем, что большинство привод­ ных механизмов требует вращательного движения. Для более рав­ номерного вращения на коленчатом валу часто устанавливают ма­ ховик 17.

На рис. 39 приведена схема одноцилиндрового двигателя. Обычно применяют многоцилиндровые двигатели, состоящие из ряда одинаковых цилиндров и общего коленчатого вала.

О с н о в н ы е к о н с т р у к т и в н ы е х а р а к т е р и с т и к и д в и ­ г а т е л я — это диаметр цилиндра и ход поршня. Под диаметром цилиндра D понимается его внутренний диаметр. Путь поршня от в. м. т. до н. м. т. составляет ход поршня S, который равен двум

радиусам кривошипа:

S = 2R.

Когда поршень находится в в. м. т., между его верхней поверх­ ностью и нижней поверхностью крышки цилиндра остается неко­ торый объем, называемый объемом камеры сгорания Ѵс. При пе­ ремещении от в. м. т. до н. м. т. поршень описывает объем, назы­ ваемый рабочим объемом Ѵр.

Объем, заключенный между поршнем и крышкой цилиндра, когда поршень находится в н. м. т., называется полным объ­ емом Ѵа:

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгора­ ния (сжатия) называется степенью сжатия е

71

Степень сжатия показывает, что сколько раз сжимается воз­

Для работы двигателя необходимо обеспечить определенную последовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжатие воздуха, подачу топлива и горение, расширение продук­ тов сгорания и удаление отработавших газов. Этот ряд последова­ тельно протекающих в цилиндре процессов, обеспечивающих не­ прерывную работу двигателя, называется р а б о ч и м ц и к л о м . Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называ­ ется т а к т о м .

1-й такт 2-й такт 3-и такт й-й такт

Рис. 40. Схема работы четырехтактного двигателя.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре

совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала,— д в у х т а к т н ы м и .

Схема работы четырехтактного двигателя показана на рис. 40.

1-й такт— впуск воздуха в цилиндр (наполнение). Поршень движется вниз. Принудительно открывается находящийся в крыш­ ке цилиндра специальный впускной клапан а. При движении пор­ шня вниз через проходное сечение клапана в цилиндр поступает воздух. Для обеспечения максимального наполнения цилиндра све­ жим зарядом воздуха впускной клапан открывается с опереже­

на протяжении угла 220—250° п. к. в. Если воздух поступает в ци­ линдры двигателя непосредственно из атмосферы (двигатели с а т ­

72