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

При работе дизелей, особенно на частичных нагрузках, проис­ ходит заброс масла в выпускные коллекторы, его накопление и дви­ жение масляных капель вверх по газовыпускному трубопроводу. Для исключения возможности воспламенения этого масла, внутри трубопровода устанавливают маслоуловители, отводящие масло из системы. На случай возникновения пожара в газовыпускной системе для его эффективного тушения следует предусматривать подвод пара или углекислоты к искрогасителям и другим элементам системы, опасным в пожарном отношении.

Система сжатого воздуха* Эта система предназначена для пуска главных и вспомогательных двигателей, подачи воздуха в пневмо­ цистерны и к тифону, продувания кингстонов, работы пневмоинстру­ ментами, а также для специальных и технологических целей. От на­ дежности пусковых и реверсивных устройств двигателей во многом зависит маневренность судна и безопасность плавания, а от исполне­ ния специальных целей, которые определяются назначением судна, может зависеть выполнение его основных задач. С повышением энер­ говооруженности судов значение систем сжатого воздуха возрастает.

Чтобы получить сжатый воздух, обычно применяют компрессоры поршневого типа с приводом их от электродвигателя (электроком­ прессоры). Реже для этой цели служат компрессоры с дизельным приводом (дизель-компрессоры). По Правилам Регистра СССР на морских судах неограниченного плавания должно быть не менее двух независимых компрессоров.

Сжатый воздух хранят на судне в баллонах. Для пуска главных и вспомогательных двигателей применяют отдельные пусковые бал­ лоны. Давление воздуха в этих баллонах после их заполнения обычно принимают равным 3,0 МПа. Для пуска главных двигателей в каждом машинном отделении должно быть не менеедвух баллонов, а для пуска вспомогательных двигателей — не менее одного баллона на каждый двигатель.

На рис. 18 показана принципиальная схема системы сжатого воздуха дизельной установки морского судна. В главный двигатель 1 пусковой воздух подается из баллонов 2, которые заполняются элек­ трокомпрессорами 12. Эти же компрессоры служат для заполнения баллонов 10, воздух из которых используется для пуска вспомога­ тельных двигателей 6 и баллонов 9. Из баллонов 9 воздух расходуется на тифоны 8, заполнение пневмоцистерн 4 питьевой и мытьевой воды, специальные нужды и продувание кингстонов 5. Первоначальное за­ полнение баллонов при отсутствии на судне электроэнергии может производиться ручным компрессором 11. На магистралях, идущих к тифонам и другим потребителям, стоят редукционные клапаны 7. После компрессоров установлен влагомаслоотделитель 13, в котором сжатый воздух очищается от примесей воды и масла. На магистралях и баллонах установлены предохранительные клапаны 3, обеспечи­ вающие безопасность их эксплуатации.

Из перечисленных элементов наименее надежны компрессоры. Типичными отказами для компрессоров являются поломки клапанов и поршневых колец, повышенный износ и задиры рабочих втулок

69

цилиндров. По данным [43.], среднее время между переборками ком­ прессоров на судах с дизельными установками Т <=&1 год.

Одним из наиболее тяжелых отказов в системах сжатого воздуха являются взрывы масляных отложений и паров масла в трубопрово­ дах. Несмотря на применение влагомаслоотделителей 13 и специаль­ ных блоков осушки и очистки сжатого воздуха (на рис. 18 не пока­ заны) масло частично остается в системе и при некоторых условиях (быстрое открытие клапана и удар воздушной волны в тупиковых участках и др.) возникает так называемая компрессионная вспышка

масла. В результате происходит мгновенное повышение давления, что иногда приводит к разрушению некоторых элементов системы и оборудования, расположенного вблизи места вспышки. Такие отказы наиболее часто наблюдаются в системах сжатого воздуха высокого давления (20—50 МПа).

По данным наших исследований, одним из эффективных средств борьбы с такими отказами является установка в тупиковых и других опасных участках системы специальных расширителей сжатого воз­ духа, резко снижающих давление ударной волны.

Наиболее полно проблема борьбы с компрессионной вспышкой решается при установке компрессоров с самосмазывающимися порш­ невыми уплотнениями [91 ]. В этом случае сжатие воздуха в компрес­ сорах происходит в чистых от масла цилиндрах, что исключает его попадание в систему. Следует отметить, что наличие чистого от масла сжатого воздуха также повышает надежность обрудования, где он используется.

70

Наиболёё частыми отказами в электрокомпрессорах типа ЭК-Ю-1 й дизель-компрессорах ДК-2 и ДК-10 являются поломки пружин клапанов механизма воздухораспределения. Длительные испытания компрессоров ЭК-Ю показали [7], что средний ресурс клапанов не превышает 250 ч и лимитируется работоспособностью пружин. За­ мена материала марки Х18Н10Т стальной проволокой, применяемой для изготовления пружин, на более прочную проволоку из стали Х15Н9Ю повышает ресурс пружин более чем в два раза.

Поломка пружин в случае продолжения работы компрессора со сломанной пружиной приводит к повышению скорости клапана и увеличению силы его удара о седло, что в свою очередь иногда вы­

баллонов, в которых хранится запас сжатого воздуха, и трубопроводов. Для предохранения балло­

нов от коррозии, которая особенно опасна при высоком давлении, на внутреннюю поверхность баллонов наносят антикоррозионные лако­ красочные покрытия.

Для возможности правильной эксплуатации систем баллоны

бесшовных труб. Высокую надежность обеспечивают трубопроводы из биметаллических труб.

В качестве примера на рис. 19 по обобщенным нами статистиче­ ским данным приведена вероятность безотказной системы сжатого воздуха высокого давления специального судна на ходовом режиме. Кривая Рс1 (t) показывает вероятность безотказной работы системы по отношению к отказам первой группы класса I; Р с3 (t) — вероят­ ность безотказной работы по отношению к отказам третьей группы того же класса; Рс0 (t) — вероятность безотказной работы системы по отношению к отказам всех групп.

Из графика видно, что вероятность Рс1 (t) после 1000-ч работы системы постепенно повышается, т. е. отказов этой группы стано­ вится меньше. Это объясняется тем, что с течением времени более легкие отказы первой группы переходят в более тяжелые отказы дру­

71

гих групп. Вероятность безотказной работы системы по отношению к отказам третьей группы через 1000 ч работы примерно равна 0,5, а по отношению ко всем отказам такая вероятность наступает после 500 ч работы системы.

Сравнительно низкая безотказность системы в основном объ­ ясняется большим числом отказов компрессорных машин высокого давления. Обеспечение необходимого уровня надежности системы достигается путем многократного резервирования компрессоров по схеме замещения, восстановления отказавших элементов, улучшения конструкции компрессоров и применения для их изготовления более прочных материалов.

Электростанция,, Назначение судовой электростанции состоит в генерации электрического тока необходимых параметров и его рас­ пределении между потребителями электроэнергии на всех режимах работы судна.

Из всех видов энергии электрическая является наиболее удобной для применения в самых разнообразных технических средствах и бытовыми потребителями. Современные суда отличаются высокой степенью электрификации общесудовых систем и механизмов, вспо­ могательного оборудования энергетической установки, средств ав­ томатизации, управления и связи и бытовых нужд. Кроме указан­ ных потребителей, электростанция также обеспечивает энергией все специальные потребители, которые определяются назначением судна.

Электростанция выполняет ряд самостоятельных задач различ­ ного значения и является сложной многоцелевой системой. Основ­ ными элементами судовой электростанции являются: источники электрической энергии (первичные двигатели и генераторы тока), распределительные устройства (главный распределительный щит — ГРЩ и ряд распределительных щитов у отдельных потребителей) и электрическая сеть.

Большинство судовых потребителей использует переменный ток напряжением 230 или 400 В с частотой 50 Гц. Для потребителей, использующих постоянный ток, устанавливают преобразователи переменного тока в постоянный.

Применение в качестве основного переменного тока объясняется тем, что синхронные генераторы и электродвигатели (асинхронные, короткозамкнутые) переменного тока просты по своей конструкции, имеют более высокий к. п. д., меньшую массу и меньшую стоимость и более надежны, чем генераторы и электродвигатели постоянного тока. Осветительная сеть переменного тока может иметь более низкое напряжение, чем силовая сеть, что повышает безопасность в условиях судовой эксплуатации.

В ДУ для привода генераторов преимущественно используются среднеоборотные четырехтактные двигатели. Наряду с ними в ряде установок применяют привод генераторов от главных двигателей и передач (навешенные генераторы), от валопровода (валогенераторы) и паровых турбин, работающих на паре утилизационных и вспомо­ гательных котлов.

72

Наиболее частыми отказами двигателей генераторов являются повышенный нагрев, задиры, выплавление, а иногда выкрашивание вкладышей рамовых, мотылевых и головных подшипников, питтингование и поломка шестерен передачи от коленчатого вала к распре­ делительному, повышенный износ клапанов и седел механизма газо­ распределения, нарушения в работе регуляторов частоты вращения.

В паровых турбинах, приводящих генераторы, наблюдаются отказы, связанные с вибрацией ротора и его проседанием вследствие износа подшипников и задевания бандажа о корпус. Это вызывает поломку лопаток, повышенный износ уплотнений, а следовательно, утечку пара, нарушение вакуума в конденсаторе и повышение давле­ ния в турбине. Большинство указанных отказов связано с наруше­ нием правил технической эксплуатации, некоторые отказы вызваны ошибками монтажа.

Восстановление двигателей после перечисленных отказов воз­ можно при наличии на судне соответствующих запасных частей (вкла­ дышей подшипников, клапанов, уплотнительных колец и др.). Опыт эксплуатации показывает, что во многих случаях задержка восстановления двигателей вызвана отсутствием на судне соответ­ ствующего комплекта ЗИП, что иногда даже приводит к простою судов.

Как упоминалось, наиболее надежными в эксплуатации являются генераторы переменного тока; для генераторов постоянного тока в связи с наличием коллекторов и токосъемного устройства с графи­ товыми щетками характерен ряд отказов вследствие износа этого устройства.

Кроме того, наличие в машинном отделении (МО) продуктов этого износа — угольной пыли, которая оседает на оборудовании и ухудшает условия обитаемости, требует установки специальной

изоляции, нарушениями в работе схемы возбуждения, выплавле­ нием подшипников скольжения и заклиниванием подшипников каче­ ния и др. Причиной отказа могут быть нарушения правил технической эксплуатации, например недопустимая перегрузка генераторов. Су­ довые электростанции имеют сложную разветвленную по всему судну сеть, включающую коммутационные, распределительные и переклю­ чающие устройства. Ряд отказов может быть вызван неисправно­ стями этих устройств.

Электростанции являются восстанавливаемыми системами. Однако выполнение ремонта требует снятия напряжения. Поэтому отказ одного элемента может повлечь временное отключение ряда других элементов, находящихся на одном участке сети с отказавшим. Это, естественно, снижает общую надежность системы.

Одной из основных задач при проектировании электростанции является выбор оптимальной структурной схемы с минимальным числом элементов, обеспечивающих необходимый уровень надеж­ ности. Следует учитывать, что на каждом режиме число работающих элементов может быть различным. В качестве примера на рис. 20

7 3