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

показана одна из возможных принципиальных схем судовой электро­ станции [70], состоящей из трех дизель-генераторов 1, 2 я 11 одина­ ковой мощности, трех ГРЩ 5, 10 и- 13, шести вторичных распреде­ лительных щитов (ВРЩ) 3, 4, 7, 9, 14 и 15, связей (С) 6, 8 я 12 между ГРЩ и сети 16. Схема построена таким образом, что энергия к потребителям может поступать одновременно от всех трех дизельгенераторов (ДГХ, ДГ2 и ДГ3), 1, 2, И , в чем может возникнуть

необходимость, например, на аварийном режиме; от любых двух ДГ, например на ходовых режимах, и от одного ДГ, что обычно соответ­ ствует для транспортных судов стояночным режимам без грузовых операций. Как видно, на каждом режиме число работающих элемен­ тов будет различно, и выходные параметры (вырабатываемая мощ­ ность) будут отличаться.'

Требуемая надежность электростанции обеспечивается соответ­ ствующей структурой принципиальной схемы, резервированием, обычно по схеме замещения (мощность резервного генератора по Правилам Регистра СССР должна быть не менее мощности основного генератора), определением оптимальных сроков проведения профи­ лактических работ, наличием необходимого количества ЗИП и др.

74

В случае выхода Из строя электростанции, например, затопления МО, электроэнергия, необходимая для поддержания живучести судна, генерируется аварийным дизель-генератором, установленным выше палубы переборок и имеющим независимые от установки си­ стемы, обеспечивающие его работу.

Вспомогательная парогенераторная установка,, Вспомогательная парогенераторная установка предназначена для производства пара необходимых параметров и обеспечения им потребителей пара и тепла на всех режимах работы судна. Некоторые потребители — турбины, насосы, эжекторы и другие — используют пар как источ­ ник кинетической или потенциальной энергии, другие потребители — различные теплообменные аппараты (подогреватели топлива, воды, масла и др.) — используют пар как источник тепловой энергии (для потребителей тепловой энергии иногда устанавливают водогрейные котлы). На морских судах с дизельными и газотурбинными двига­ телями применяют вспомогательные парогенераторные установки, которые могут состоять из вспомогательных, утилизационных и ком­ бинированных котлов. Основными элементами этих установок, кроме котлов, являются питательные и топливные насосы, нагнета­ тели воздуха, подогреватели питательной воды и топлива, фильтры, теплые ящики, сепараторы и др.

Если в ДУ имеется несколько главных двигателей, то возможна установка нескольких утилизационных котлов (УК), причем при условии независимой работы каждого двигателя каждый УК должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод. Дымовые трубопро­ воды вспомогательных котлов (В К) и газовыпускные трубопроводы главных и вспомогательных двигателей для обеспечения надежной работы не объединяются.

Если в СЭУ имеются паровые механизмы, то предусматривается генерация перегретого пара, параметры которого для вспомога­ тельных котлов определяются параметрами пара, на которые рас­ считаны механизмы и другие потребители. Например, вспомогатель­ ная парогенераторная установка промысловой базы «Восток» для обеспечения потребителей рыбозавода генерирует перегретый пар повышенного давления рк == 2,8 МПа, tK = 370° С. Для утилиза­ ционных и комбинированных котлов параметры пара определяются температурой газов, поступающих в котлы после двигателей и газо­ вых турбин.

Утилизационные котлы являются одновременно глуши­ телями и искрогасителями. В них можно снизить шум выпуска на 20 дБ. При сухом искроулавливании УК задерживают 60—80% твердых частиц, содержащихся в отработавших газах. На хлопковозах, танкерах, лесовозах и других судах, перевозящих грузы, опасные с точки зрения воспламенения, дополнительно устанавли­ вают влажные искрогасители, гасящие все раскаленные частицы. Это имеет важное значение для уменьшения вероятности опасных отказов в эксплуатации.

Современные вспомогательные парогенераторные установки обо­ рудованы комплексной системой автоматизации и защиты, обеспе-

75

чиваюгцей автоматическое поддержание необходимой паропроизводительности, давления пара в паровой магистрали и уровня воды в котле или сепараторе. Предусматривается также светозвуковая сигнализация при аварийном состоянии установки, а также дистан­ ционное управление питательными насосами в случае выхода из строя автоматики. Применение комплексной системы автоматизации обеспечивает эксплуатацию установок на всех режимах без участия обслуживающего персонала.

Наибольшее число отказов во вспомогательных парогенераторных установках приходится на котлы. К таким отказам относятся:

— вспучивание водогрейных трубок радиационной поверхности топки вследствие отложений накипи, масла и других веществ и нару­ шения теплообмена;

— нарушение плотности вальцовочных соединений в трубных досках из-за чрезмерного утонения стенки трубок при их вальцовке, кольцевых и продольных надрывов в колокольчиках, забоин и цара­ пин в отверстиях трубных досок и других технологических дефектов;

— разрывы трубных элементов вследствие скрытых дефектов в материале (трещин, шлаковых включений, пленов и др.) и утонения стенки под влиянием ползучести металла и коррозии внутренней и наружной поверхностей;

—нарушение плотности арматуры котла и ложные срабатыва­ ния предохранительных и других автоматических клапанов;

—разрушение кирпичной кладки и обмазки топочной поверх­ ности котла;

—засорение газовых каналов вследствие отложений сажи. Кроме отказов котлов, сравнительно частыми являются отказы

питательных насосов, которые происходят из-за чрезмерного повы­ шения температуры воды, что приводит к срыву подачи, и нарушений в работе торцовых и радиальных уплотнений, что приводит к боль­ шим утечкам и срыву подачи в котлы необходимого количества воды.

Некоторые отказы приходятся на элементы газовыпускного трубопровода, которые происходят вследствие отложения на стенках остаточных продуктов сгорания и их воспламенения. Следствием этого являются нарушение тяги и задымление МО.

Часть отказов связана с нарушениями в работе теплообменных аппаратов, фильтров и других элементов. Например, нарушение плотности подогревателей топлива может повлечь за собой его опас­ ное обводнение и засорение фильтров, что приводит к подаче в котел топлива с большим содержанием вредных примесей (серы, ванадия и др.), которые после сгорания1вызывают усиленное окисление на­ гревательных поверхностей и их преждевременный выход из строя.

Приведенные отказы автоматизированных вспомогательных паро­ генераторных установок (и ряд других, здесь не указанных) в основ­ ном относятся к технологическим и эксплуатационным. Повышение эксплуатационной надежности этих установок может быть достиг­ нуто путем применения материалов высокого качества для их изго­ товления, использования высококачественного топлива и лучшей его очистки перед подачей в котел, уменьшения числа вальцованных и

76

сварных соединений, исключения сложных трубных элементов и замены их, где это возможно, штампованными и литыми элементами, резервирования некоторых трубных элементов, по производительно­ сти, своевременного проведения профилактических осмотров и ре­ монтных работ и др. Часть трубных элементов котлов может быть в процессе эксплуатации отключена. Питательные насосы обяза­ тельно резервируются по количеству по схеме замещения, по коли­ честву резервируются также топливные насосы.

Следует отметить, что проектирование, изготовление и эксплуата­ ция парогенераторных установок производятся в соответствии с Правилами Регистра СССР и под наблюдением соответствующих его органов. Тщательное соблюдение этих Правил [69], основанных на многолетнем опыте эксплуатации, способствует повышению на­ дежности установок.

§7. НАДЕЖНОСТЬ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

СО СРЕДНЕ- И ВЫСОКООБОРОТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ i

Установка со среднеоборотными двигателями* Дизельные уста­ новки со среднеоборотными двигателями с точки зрения надежности в основном отличаются от установок с прямой передачей и малообо­ ротными двигателями тем, что они обычно состоят из нескольких главных двигателей, работающих на движитель через передачу. На транспортных судах преимущественно применяют ДУ с зубчатой передачей, а на ледоколах, судах ледового плавания, некоторых ти­ пах буксирах и промысловых судах — ДУ с электропередачей, обеспечивающие высокие маневренные и тяговые свойства.

Посредством передачи можно суммировать мощность нескольких двигателей и, когда это необходимо, отключать любой двигатель. На рис. 21 показаны две схемы главных установок с различным чис­ лом двигателей, работающих через зубчатый редуктор на один греб­ ной винт. В таких установках главные двигатели 5 в отношении надежности соединены параллельно (постоянно включенный резерв), как это показано на функциональных схемах (рис. 21, а и б слева).

На рис. 21, а показана установка, состоящая из двух главных двигателей 5, которые через эластичные муфты 4 и редуктор 3 рабо­ тают на один валопровод 2 и движитель 1. Упорный подшипник может быть встроен в редуктор или установлен отдельно. На рис. 21, б показана двухвальная установка, состоящая из четырех главных двигателей 5. В смысле надежности эта установка состоит из двух независимых установок, которые по отношению к судну соединены параллельно, как показано на функциональной схеме.

В некоторых установках принимают нечетное число главных дви­ гателей. Например, на танкере «Океаниус» дедвейтом 130 тыс. т установлены три двигателя Семт-Пилстик 18РС2 общей мощностью 18,5 тыс. кВт при 485 об/мин.1

1 В § 7, 8 и 9 вопросы надежности систем и вспомогательных установок отдельно не рассматриваются, так как они имеют много общего с вопросами, рассмотрен­ ными в § 6.

77

Эксплуатационным преимуществом таких установок является возможность на режимах уменьшенной мощности (режимы частич­ ных нагрузок) посредством муфт 4 (на транспортных судах наиболее часто применяют гидравлические муфты) выключать часть двига­ телей. Оставшиеся в работе двигатели используют при работе на номинальной мощйости, т. е. при лучших технико-экономических показателях. Эти установки, в сравнении с установками при прямой передаче, имеют в 2,5—3 раза меньшую массу и занимают меньшие габариты. К их преимуществам также следует отнести относительно малую высоту двигателей, что повышает остойчивость судов и улуч-

шает их балластировку. В таких установках осуществляется удоб­ ный отбор мощности для электрогенераторов, грузовых насосов и других механизмов.

В ДУ со среднеоборотными двигателями иногда применяют гидро­ трансформаторы, которые, являясь эластичным звеном между дви­ гателем и валопроводом и имея полости переднего и заднего ходов, позволяют применять более простые по конструкции, а следова­ тельно, при равных условиях, и более надежные нереверсивные дизели.

Дизель-редукторные установки (ДРУ) имеют повышенную без­ отказность (и живучесть) в отношении наиболее опасных отказов, которые могут вызвать остановку судна (отказы класса I третьей группы). В случае таких отказов двигатели, требующие ремонта, отключаются, а остальные продолжают работу, обеспечивая ход судна. Если, например, установка имеет четыре главных двигателя (рис. 21, б), то судно может сохранить движение, если даже откажут три двигателя, что практически мало вероятно.

Дизель-редукторные установки имеют хорошую ремонтопригод­ ность; их обычно проектируют с расчетом на агрегатный ремонт.

78

Если через шахту МО нельзя удалить ремонтируемый элемент, в корпусе судна предусматривают в необходимых местах съемные листы.

Современные среднеоборотные дизели могут работать на дешевых сортах топлива с вязкостью до 40° ВУ при содержании серы до 3,5% и небольшом расходе топлива 0,195—0,205 кг/(кВтч).

Указанные преимущества ДРУ привели к их широкому приме­ нению на многих судах морского и промыслового флотов, причем удельная масса ДРУ в новом судостроении все время возрастает.

большой мощности в относительно малых габаритах ДРУ дости­ гается путем высокой напряженности двигателей, у которых среднее

Опыт эксплуатации лучших образцов среднеоборотных дизелей позволяет оценить их ресурс в зависимости от вида используемого топлива согласно данным, приведенным в табл. 8. Как видно из этой таблицы, при сроке службы судна 14— 18 лет может потре­ боваться один капитальный ремонт (замена) двигателей, а при сроке службы судна 20—25 лет — два капитальных ремонта. Относительно высокий ресурс столь напряженных двигателей может быть достиг­ нут за счет мероприятий конструктивного, технологического и экс­ плуатационного характера.

Совершенствование конструкции двигателей и технологии их изготовления идет по пути изменения формы некоторых деталей (например, переход от круглого сечения стержня шатуна к Н-образ- ному), замены углеродистых сталей легированными, а в ряде случаев выполнения ответственных деталей из титана; применения чистовой и полированной обработки поверхности деталей.

Весьма важным для повышения надежности в связи с переводом среднеоборотных двигателей на тяжелое топливо является совершен­ ствование системы очистки и подготовки топлива. Для этой цели осуществляется подогрев и фильтрация топлива и введение присадок на основе кремния, препятствующих образованию смол, карбенов

7 9