Файл: Смирнов, О. Р. Надежность судовых энергетических установок.pdf

работающих в насадках, попаданием в пространство между винтом и насадкой твердых предметов и т. п. Отказы такого рода опасны тем, что для их устранения обычно требуется остановка судна.

Повышение надежности гребных винтов достигается проведением целого ряда конструктивно-технологических мероприятий, которые зависят от типа судна и режимов его работы, конструкции винта и материалов, из которых он изготовлен, технологии монтажа и т. п. Например, ресурс винтов значительно повышается при замене мест­ ного нагрева в случае их насадки на конус гребного вала и снятия с конуса гидропрессовым методом.

Один из наиболее эффективных методов повышения надежности гребных винтов — применение новых материалов, обладающих вы­ сокими прочностными и антикоррозионными свойствами. Кроме указанных нержавеющих сталей, в настоящее время созданы высо­ копрочные алюминиево-марганцовисто-железистые латуни (<гт Ss 25 кгс/мм2), никель-алюминиево-железистые бронзы (АЖ94-4), марганцовисто-железистая бронза «Нева» и др. При этом повышенная стоимость гребных винтов из высокопрочных и коррозионно-, эро­ зионно-стойких материалов, с экономической точки зрения, целе­ сообразна, так как повышенная надежность винтов и их меньшая масса, примерно на 20%, в короткий период окупают повышенные затраты.

Устранение кавитации гребных винтов способствует значитель­ ному повышению их надежности. Современные методы расчета поз­ воляют на стадии проектирования выбрать такие главные элементы винта, чтобы на основных режимах работы судна избежать возник­ новения кавитации. Если избежать кавитацию невозможно, то проек­ тируют винт, который работал -бы в так называемой второй стадии кавитации, когда замыкание кавитационных каверн происходит за пределами лопасти. Идея создания таких суперкавитирующих вин­ тов принадлежит академику В. Л. Поздюнину (1938 г.). Основным средством боробы с кавитацией является подача воздуха за кормовую оконечность судна. При попадании пузырьков воздуха в область повышенных давлений захлопывание каверн происходит медленнее в сравнении с кавернами, заполненными только паром. Подача воз­ духа позволяет существенно снизить эрозионные разрушения греб­ ных винтов, а иногда их полностью устранить.

Одним из средств повышения надежности ВРШ является совер­ шенствование уплотнений лопастей между их кормовым окончанием (комлем) и ступицей. На рис. 10, а показана конструкция уплотнения фирмы Эшер-Висс, предусматривающая компенсацию износа тру­ щихся поверхностей путем поджатия резинового уплотнительного кольца 1 пружиной 2.

На рис. 10, б изображена конструкция серийного уплотнения комля лопасти ВРШ, применяемая на БМРТ типа «Маяковский» [13]. Это уплотнение имеет три резиновых кольца 3, 4 я 5 различ­ ного профиля. Надежность таких уплотнений во многом зависит от качества резины, ее упругих свойств, износостойкости и скорости старения в условиях работы в морской воде и минеральном масле. Опыт эксплуатации показывает, что уплотнения торцового типа

50

(рис. 10, а) более надежны, чем уплотнения радиальные (рис. 10, б). Применение более совершенных конструкций уплотнений и более долговечных материалов в указанных средах позволит значительно снизить число отказов ВРШ, связанных с утечками масла и попада­ нием внутрь ступицы морской воды.

Кроме отказов, типичных для ВРШ и связанных с креплением и уплотнением комля лопасти, эти движители, так же как и другие винты, подвержены коррозионно-эрозионным разрушениям и другим отказам, рассмотренным выше. В связи с тем, что ВРШ получают все более широкое распространение, в том числе и на крупнотоннажных судах, повышение их надежности является весьма актуальнойзада-

Рис. 10. Уплотнение комля лопасти ВРШ: а — торцовое; б — радиальное.

чей. При этом следует иметь в виду, что применение ВРШ дает воз. можность использовать более простые и более надежные нереверсив. ные двигатели и передачи.

Следует указать еще на одно преимущество ВРШ — в результате их применения сокращается тормозный путь. Ряд аварийных ситуа­ ций, особенно при эксплуатации крупнотоннажных судов, происхо­ дит из-за недостаточной эффективности движителей при торможении судна. Большая инерция этих судов увеличивает их выбег и опас­ ность столкновения. Например, танкер водоизмещением приблизи­ тельно 200 тыс. т с ВФШ при скорости 17 уз после перехода на задний ход будет иметь выбег, равный почти 5 км, а время до полной оста­ новки составит около 20 мин [31]. Использование ВРШ и других движителей, регулируемых по шагу, например крыльчатых, позво­ ляет уменьшить выбег и опасность столкновения.

К основным типам движителей транспортных судов морского флота при условии правильно выбранных материалов, соответствую­ щей конструкции и технологии изготовления и монтажа можно предъ­ явить требование безотказной работы в течение четырехлетнего меж­ ремонтного периода.

Топливная система На рис. 11 показана принципиальная схема топливной системы, предусматривающая возможность работы глав-

ного двигателя на мазуте и на дизельном топливе *. В последнем случае двигатель работает при пуске, перед остановкой и на манев­ рах. Наличие двух видов топлива усложняет систему и увеличивает число элементов. Она состоит из топливоперекачивающего насоса 1, клапанных распределительных коробок 2, танков дизельного топ­ лива 3 и мазута 4, насосов 5, двух сепараторов для мазута и одного для дизельного топлива 7 со своими подогревателями 6 и насосами 8, расходных цистерн мазута 9, 10 и дизельного топлива 11, циркуля­ ционной цистерны 12, расходной цистерны котельного топлива 13, подкачивающих насосов 14, подогревателя 15, фильтров 16, вискози­ метра 17, насоса высокого давления 18, подающего топливо к форсун­ кам главного двигателя. Кроме перечисленных элементов, система имеет арматуру, трубопроводы, приборы и автоматику. Ряд элемен­ тов объединяется в агрегаты.

Как видно из схемы, с точки зрения надежности, в системе резер­ вированы по схеме замещения клапанные коробки 2, насосы 5 и 14, сепараторы 7 с подогревателями 6 и насосами 8. По схеме постоянно включенного резерва могут работать цистерны 9 а 10 и фильтры 16. Такая развитая схема резервирования ряда основных элементов спо­ собствует повышению надежности системы. Цистерна 12 предназна­ чена для приема избытков топлива, подаваемого к форсункам, его фильтрации и подогрева при циркуляции (кратность циркуляции я=Л,5—2). Благодаря этому исключается возможность попадания па­ ровых пузырей во всасывающую полость насоса, что повышает на­ дежность его работы.

Возможность перевода двигателя на дизельное топливо при отказе каких-либо элементов подогрева, подачи и очистки тяжелого топлива повышает эксплуатационную надежность рассматриваемой системы, (рис. 11).

Как уже указывалось, большое число отказов в топливных си­ стемах установок с некоторыми малооборотными дизелями (Бурмейстер и Вайн, Зульцер, МАН и др.) приходится на топливные на­ сосы, форсунки, трубопроводы и другие элементы высокого давления, т. е. на ту часть системы, которая входит в комплектацию двигателя.

По данным [22], на 15 судах с двигателями Бурмейстер и Вайн 7ДКРН 74/160 установлено 47 случаев трещин в корпусах форсунок, 48 случаев зависаний игл форсунок и 711 случаев других отказов топливной аппаратуры. В табл. 6 приведены данные времени между моточистками механических форсунок и их переборками на двига­ телях указанного типа. Как видно, среднее время между переборками форсунок составляет приблизительно 635 ч, т. е. в среднем один раз в месяц форсунки должны перебираться.

Требования к комплектации рассматриваемых систем во многом определяются свойствами высоковязких топлив марок ДМ и мазута 40, применяемых для малооборотных дизелей. Высокая вязкость ука-

1 При рассмотрении вопросов надежности систем дизельных установок с мало­ оборотными двигателями использованы некоторые рациональные схемы комплек­ тации, разработанные В. В. Масловым [53].

53

занных топлив, достигающая 40° ВУ60, требует установки специаль­ ных подогревателей в емкостях, где хранится топливо, и перед очи­ стительными устройствами. Из-за содержания в этих топливах меха­ нических примесей (до 1%) и асфальто-смолистых веществ в виде пленок, сгущений и других образований необходима установка вы­ сокоэффективных самоочищающихся сепараторов и системы филь­ тров. Недостаточная степень ■очистки вызывает нарушение работы прецизионных пар топливной аппаратуры и приводит к ее отказам.

Наиболее часто у сепараторов топлива и масла (для унификации и уменьшения числа ЗИП на одном судне обычно применяют одина­

стве топливоперекачивающих насосов винтовые насосы негерметич­ ного типа, которые малочувствительны к наличию в топливе меха­ нических примесей и обладают высокой надежностью в рассматри­ ваемых условиях эксплуатации. Кроме того, эти насосы при необ­ ходимости можно использовать для перекачки балластных вод, что позволяет отказаться от установки в соответствующих танках спе­ циального насоса грязного балласта.

Повышение эксплуатационной надежности форсунок может быть достигнуто путем применения вместо механической гидравлической системы запирания иглы распылителя топлива. Опыт эксплуатации форсунок с гидравлическим и гидромеханическим запиранием иглы показывает, что время между переборками можно довести до 1200— 1500 ч [22], т. е. увеличить в 2—2,5 раза по сравнению с временем между переборками при использовании механических форсунок (см. табл. 6).

Как уже упоминалось (см. § 4), одним из эффективных методов повышения надежности систем СЭУ, в том числе и топливной, яв­ ляется их агрегатирование. В зависимости от степени агрегатирова­ ния топливная система может состоять из нескольких агрегатов: подачи топлива, сепарации, охлаждения форсунок и др. Имеющийся опыт эксплуатации агрегатированных топливных систем показы*

54