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

Стандартизация элементов оборудования Оказывает существен­ ное влияние на повышение надежности различных инженерных комплексов. Это в большой степени относится также к СЭУ, которые, как указывалось, состоят из большого числа элементов, различаю­ щихся назначением, параметрами и конструкцией.

Применение стандартных и нормализованных механизмов, при­ боров, арматуры и других элементов значительно облегчает обслужи­ вание, уменьшает количество необходимых запасных частей и сок­ ращает продолжительность восстановления (или замены) элемента после отказа. Стандартизация элементов повышает также качество их изготовления. Таким образом, стандартизация и нормализация приводят к повышению безотказности, долговечности и ремонтопри­ годности, т. е. надежности отдельных элементов, систем и установок

вцелом.

Вкачестве примера можно указать на нормализацию в судострое­ нии условных проходов трубопроводов, арматуры, деталей соеди­ нения труб. Очевидно, что ограничение условных проходов значи­ тельно сокращает номенклатуру труб, арматуры и трубопроводных элементов с различными диаметрами в судовых системах, что в общем приводит к повышению их надежности.

Внастоящее время стандартизация и нормализация затронула не только отдельные виды оборудования, но и технологические про­ цессы, методы испытаний, методы расчета (тепловые, гидравличе­ ские, прочностные и др.) при проектировании, классификацию тер­ минов, обозначения. Можно, как примеры, указать на правила и нормы проектирования охлаждающих трубопроводов судовых тур­ бинных и дизельных установок, на основные положения по техноло­ гии изготовления и монтажа судовых систем и трубопроводов, на классификацию терминов и определений систем судовых и систем судовых энергетических установок. Установлены нормали и госу­ дарственные стандарты на давление и температуру пара в главных

ивспомогательных котлах, на напряжение тока в сети СЭУ и на ряд других параметров.

Одним из видов нормализации являются руководящие техниче­

ские материалы (РТМ), которые предусматривают единый подход и методы проектирования отдельных видов оборудования и устано­ вок. Например, расчет всех тепловых схем паротурбинных устано­ вок судов и составление их теплового баланса выполняют по руково­ дящим техническим материалам, разработанным на основании изуче­ ния опыта эксплуатации таких установок и теоретических исследо­ ваний.

Из сказанного не следует, что стандартизация й нормализация ограничивают творчество конструктора при проектировании элемен­ тов оборудования и установок с точки зрения надежности. Наоборот, государственные стандарты (ГОСТ) и отраслевые стандарты (ОСТ) открывают широкие возможности совершенствования элементов и СЭУ в целом. При этом весьма важно, что стандартизация значи­ тельно снижает себестоимость изделий, трудоемкость технологии сборки и монтажа и, следовательно, уменьшает строительную стои­

32

мость установок. Строительная стоимость установок составляет 30—1 40% стоимости судна, а для судов с высокими тяговыми характери­ стиками, например ледоколов и буксиров, строительная стоимость установок и гидромеханического комплекса достигает 60% стои­ мости всего судна. Поэтому снижение стоимости установки значи­ тельно снижает строительную стоимость судна в целом.

Унификация и агрегатирование. Стандартизация элементов обо­ рудования и установок развивается в нескольких направлениях: унификации, типизации механизмов и систем (разработка типовых стандартных схем, учитывающих специфику СЭУ), создания стан­ дартных монтажных блоков, агрегатов. Все эти направления тесно связаны между собой.

Агрегат представляет собой комплекс унифицированного обору­ дования (механизмов, аппаратов, арматуры, трубопроводов, электро­ оборудования и приборов), функционально связанного между собой для выполнения одной или нескольких задач. Монтажный блок может состоять из нескольких единиц оборудования, соединенных воедино, но не всегда выполняющих одну функцию. Под агрегатированной системой СЭУ понимают такую, которая предназначена для выпол­ нения одной или нескольких задач в установке и состоит из ряда элементов, смонтированных на общей фундаментной раме или уста­ новленных в одном корпусе и имеющих единую систему управле­ ния, которая посредством магистралей соединена с двигателями, другими агрегатами и элементами установки. Принципиальное отли­ чие агрегатированной системы от обычной состоит в том, что все ее оборудование рационально скомплектовано в небольшом объеме, что существенно улучшает управление и обслуживание и повышает надежность в эксплуатации.

Опыт использования агрегатированных систем СЭУ показы­ вает, что до 70% всех монтажных работ с судна переносится в цехи, что сокращает сроки постройки судна, повышает качество монтажа и снижает себестоимость. Агрегатирование систем СЭУ предусматри­ вает унификацию агрегатов и входящего в них оборудования по рядам нескольких типоразмеров каждого наименования. Это позволяет наиболее эффективно использовать унифицированные агрегаты на судах с установками различного типа и мощности. Элементы агрега­ тированных установок и систем обычно имеют одинаковый ресурс или кратный ресурсу главного двигателя с учетом принятых межре­ монтных периодов, что существенно повышает ремонтопригодность установок.

Эффективность агрегатирования наглядно видна на примере дизельных установок танкеров типа «Великий Октябрь» с главным двигателем 6ДКРН 74/160-2. В этих установках агрегатированы системы охлаждения и смазки главного двигателя, опреснительной установки, сепарации топлива и масла и др. Всего на судне устано­ влено 13 агрегатов. При этом около 60% всего механического обору­ дования, установленного в МО, объединено в агрегаты. В 11 агре­ гатах смонтировано 80 наименований крупного оборудования, обычно устанавливаемого на самостоятельные фундаменты. Это

Весьма важно, что агрегатирование судового оборудования соз­ дает возможность стандартизации общего расположения в МКО. В Британской исследовательской организации (B.S.R.A) создан специальный комитет по изучению методов агрегатирования и стан­ дартизации оборудования и его расположения в МО. Таким образом, агрегатирование в конечном итоге приводит к созданию ряда стан­ дартных энергетических установок, которые с ограниченными изменениями можно применять на судах различного типа. Очевидно, что надежность таких установок более высокая в сравнении с уста­ новками, комплектуемыми из неагрегатированного или частично агрегатированного оборудования.

Следует также указать, что агрегатирование позволяет выпол­ нить внешнее оформление агрегатов и МО в целом на уровне совре­ менных требований технической эстетики. Такое оформление обе­ спечивает лучшие условия обитаемости, улучшение обслуживания и, следовательно, более высокую надежность СЭУ. Примером такого решения могут быть отечественные контейнеровозы типа «Сестрорецк»

ипакетовозы-лесовозы типа «Пионер Москвы» с двигателями 56Д-68

и5ДКРН 62/160-3 соответственно, которые имеют агрегатированные

установки с унифицированным МО.

Весьма важно, что агрегатирование оборудования создает луч­ шие условия с точки зрения эргономики. Это способствует повы­ шению эффективности труда обслуживающего персонала при мень­ ших физиологических затратах. Сказанное благоприятно влияет на повышение надежности.

3*

ГЛАВА 11

АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОСНОВНЫХ ТИПОВ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК, ГЛАВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, СИСТЕМ И РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ НАДЕЖНОСТИ

§5. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СОВРЕМЕННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СУДОВ И ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Основными типами судов морского транспортного флота в настоя­ щее время являются следующие водоизмещающие суда: сухогрузные универсального назначения, навалочные и для сыпучих грузов, ле­ совозы, для перевозки контейнеров (контейнеровозы), рефрижера­ торы, лихтеровозы, сухогрузные с горизонтальным способом грузовых операций, сухогрузные с вертикальной разгрузкой, танкеры, пас­ сажирские, паромы, приспособленные для плавания в ледовых усло­ виях, учебные и исследовательские различного назначения. Имеется также значительное число судов с развитыми тяговыми характери­ стиками: ледоколы, буксиры различного типа, технические суда разного назначения. Все большее распространение получают суда на подводных крыльях и на воздушной подушке.

Следует также указать на перспективы развития для некоторых акваторий транспортных судов подводного плавания.

Как известно, тип энергетической установки в значительной сте­ пени определяется назначением судна и условиями его эксплуата­ ции. Так, на водоизмещающих грузовых судах (танкерах, контей­ неровозах и др.) используют, главным образом, дизельные установки (ДУ) со среднеоборотными дизелями, если мощность СЭУ составляет

2—2,5 тыс. кВт.

При мощностях от 2,5 до 30 тыс. кВт преимущественное примене­ ние на таких судах, как танкеры, навалочники, универсальные су­ хогрузы и др., находят ДУ с малооборотными двигателями и прямой передачей на гребной винт и ДУ со среднеоборотными двигателями и одноступенчатым зубчатым редуктором.

Транспортные суда, для которых необходима мощность СЭУ более 25—30 тыс. кВт (навалочники, контейнеровозы и-др.), обору­ дуют преимущественно паротурбинными установками (ПТУ) с двух- и трехступенчатой передачей. На специализированных грузовых судах с ограничениями по высоте и другим размерам шахт МО (суда с горизонтальным способом грузовых операций, лихтеровозы, не-

36

которые паромы и др.) находят применение газотурбинные установка (ГТУ). Пассажирские суда будут в основном снабжены ДУ с прямой передачей и при большой мощности (примерно более 25— 30 тыс. кВт) — ПТУ. На ледоколах, судах ледового плавания, бук­ сирах и др., которые по условиям эксплуатации Требуют высокой маневренности, будут устанавливать ДУ с электропередачей или при больших мощностях ПТУ и атомные ПТУ (АПТУ); АПТУ с электро­ передачей предполагается использовать на грузовых подводных судах. Суда на подводных крыльях и на воздушной подушке пре­ имущественно будут иметь установки с легкими дизелями и газотур­ бинными двигателями авиационного типа. Мощность энергетических

Таблица 1

Типы энергетических установок и область их применения на судах морского флота

37

установок (ПТУ, ГТУ, АПТУ) на некоторых судах может превышать 100 тыс. кВт.

Основными типами движителей на судах морского флота со­ хранятся гребные винты фиксированного шага. Широкое развитие получают винты регулируемого шага как для установок малой мощ­ ности, так и больших мощностей до (25—30 тыс. кВт). Применение ВРШ позволяет использовать более простые и более надежные нере­ версивные главные двигатели. Из табл. 1 видно, что на судах одного и того же типа в зависимости от ряда условий (предполагаемого района эксплуатации, вида и стоимости топлива, подготовленности промышленности, традиций в данной области судостроения и т. п.) можно применять различного типа энергетические установки с раз­ личными передачами и движителями. Каждый тип энергетической установки в зависимости от того, на каком судне он применяется, имеет свои особенности, с точки зрения надежности, и в то же время целый ряд общих признаков.

Рассмотрим основные СЭУ с позиции их эксплуатационной на­ дежности и тех требований, которые могут быть к ним предъявлены в этом отношении.

§6. НАДЕЖНОСТЬ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК С МАЛООБОРОТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Дизельные установки с малооборотными двигателями благодаря высокой экономичности и сравнительной простоте конструкции имеют в настоящее время наиболее широкое распространение на транспорт­ ных судах морского флота.

Состав ДУ, принципиальная и функциональная схемы* В ДУ главный двигатель с помощью прямой передачи приводит во вращение гребной винт фиксированного шага (ВФШ). Задний ход и маневри­ рование осуществляются реверсивным главным двигателем. Прин­ ципиальная тепловая схема ДУ с прямой передачей и перечень ее основного оборудования показаны на рис. 5.

Как указывалось, при исследовании надежности сложных уста­ новок их рассматривают состоящими из ряда элементов и составляют функциональную (структурную) схему связи между ними. При на­ личии данных о надежности отдельных элементов и наличии функ­ циональной схемы можно рассчитать надежность установки в целом.

Одновальную ДУ с прямой передачей можно представить состоя­ щей из следующих элементов (рис. 6): главного двигателя с встроен­ ным в него упорным подшипником, навешенными механизмами и устройствами 1, валопровода 2, дейдвудного устройства 3, движи­ теля 4, топливной системы 5, системы смазки 6, системы охлаждения (пресной и забортной воды) 7, системы газовыпуска (включая си­ стему наддува) 8, системы сжатого воздуха 9, электростанции 10, вспомогательной парогенераторной установки 11.

С точки зрения надежности указанные элементы соединены по­ следовательно, как это показано на функциональной схеме (см. рис. 6), и отказ любого из элементов приводит к отказу той или иной

38