Машины, механизмы и аппараты, применяемые на судах для обеспечения движения судна, живучести, обитаемости, грузовых, швартовных и других операций, связанных с использованием судна по назначению и его управлением. М.С. представляют собой устройства, которые могут использоваться как самостоятельно (приводы арматуры и другие), так и в составе судовых установок, агрегатов и систем (двигатели, насосы, теплообменные аппараты и др.). Строго говоря, механизмом называется система тел (деталей), в которой движение одних (ведущих) вызывает аналогичное или преобразованное по направлению или скорости движение других (ведомых). Однако, несмотря на существенное различие в понятиях механизма, машины (преобразование энергии, материала или информации) и аппарата (осуществление каких-либо процессов без помощи движущихся частей), в судовой энергетике они объединены общим понятием М.С. Это исторически связано с созданием первых судов с паровыми машинами, основу которых составлял кривошипно-шатунный механизм. В дальнейшем произошло разделение М.С. на главные (обеспечивающие ход судна - главные двигатели, главные передачи и т. д.) и вспомогательные (используемые для обеспечения работы главных механизмов и внутрисудовых нужд - вспомогательные двигатели, вспомогательные котлы, насосы и т. д.). С ростом мощности судовых потребителей, выделением электроэнергетической установки и появлением на судах сложного технологического оборудования значение вспомогательных М.С. для использования судна по назначению существенно возросло, и такое деление приобрело условный характер. В настоящее время сохранены названия главная энергетическая установка (ГЭУ), главный двигатель, главная передача, а также вспомогательная ЭУ, вспомогательный котел и вспомогательные механизмы, к которым относят насосы, компрессоры, вентиляторы, холодильные машины, теплообменные аппараты и т. д., используемые на судне для обслуживания ГЭУ, судовых систем, палубных устройств и обеспечения обитаемости судна.
Схема адиабатной ВОУ
Вакуумная адиабатная ВОУ с циркуляционным контуром рассола (см. рис.) названа адиабатной потому, что испарение рассола в ней происходит без обогрева испарителя (3) внешним источником теплоты. Идущий на испарение рассол нагревается в отдельном подогревателе (1) на 5—6 °С выше температуры насыщения, соответствующей давлению в испарительном сосуде (3).
Схема двухступенчатой ВОУ
На морских судах применяют также двухступенчатые ВОУ. В такой установке вторичный пар первой ступени используется в качестве греющего во второй ступени, вторичный пар второй ступени является греющим в третьей и т. д. При этом давление кипения в последующей ступени меньше, чем в предыдущей.
Схема компрессорной ВОУ
На судах со слабым энерговооружением опреснять морскую воду целесообразно с помощью компрессорных ВОУ (см. рис.). В отличие от утилизационных ВОУ здесь отсутствует отдельный конденсатор. Вторичный пар из испарителя (4) поступает к компрессору (5), приводимому в действие электродвигателем (6). После сжатия в компрессоре пар направляется в нагревательные элементы (3) испарителя, где, конденсируясь, отдает теплоту конденсации морской воде (МВ) для ее кипения. Конденсат вторичного пара в виде дистиллята (Д) отводится в цистерну. Рассол (Р) удаляется насосом (1). Электронагреватели (2) служат для предварительного нагрева морской воды при пуске ВОУ в работу.
Схема утилизационной ВОУ
Современные морские суда оборудованы вакуумными дистилляционными ВОУ. На теплоходах эти установки являются утилизационными, так как для испарения морской воды в них используется теплота пресной воды из контура охлаждения главного дизеля. Работа ВОУ паротурбинных судов (испарителей котловой воды) обеспечивается теплотой пара низкого давления, отбираемого от главной турбины, или теплотой редуцированного пара из котлов.
Электродиализ
В основу электродиализных ВОУ (см. рис.) положена способность полупроницаемых полимерных мембран при наложении электростатического поля пропускать ионы солей только одного знака.
Если морскую воду (МВ) направить в пространство между этими чередующимися мембранами и подать на них электрическое напряжение, то образуются камеры концентрации (8), в которых будет собираться рассол (Р), и камеры обессоливания (9), содержащие диализат (Д). И рассол, и диализат по специальным трубопроводам отводятся из установки.
Способ гиперфильтрации
Способ гиперфильтрации (см. рис.) основан на явлении осмотического давления, возникающего на границе раздела раствора и растворителя.
Кристаллогидратный способ
Кристаллогидратный способ (см. рис.) опреснения основан на медленном охлаждении морской воды ниже температуры замерзания (—2 °С).
Образованию кристаллов пресного льда из морской воды способствуют сольваты, которые ввиду громоздкости не могут разместиться в узлах кристаллической решетки льда. В кристаллогидратной установке морская вода (МВ) охлаждается в льдогенераторе (3) при помощи хладоносителя (X), поступающего от холодильной установки. Образовавшийся при этом пресный лед в нагревателе (4) превращается в опресненную воду (0В). Рассол (Р) отводится за борт.
Метод дистилляции
Принцип действия установок, основанных на методе дистилляции, заключается в следующем (см. рис. ).
При кипении морской воды (МВ) в испарителе (1) вся тепловая энергия греющей среды (в данном случае пара П1) расходуется на перевод молекул воды из жидкой фазы в парообразную. При этом содержащиеся в морской воде соли, положительные и отрицательные ионы которых вместе с поляризованными молекулами воды образуют малоподвижные соединения —сольваты, не могут приобрести необходимой энергии для фазового перехода. Соли отводятся из испарителя (1) в виде рассола (Р).
Способы опреснения морской воды
Существуетнесколько способов опреснения морской воды в судовых условиях. Среди них: - термическое опреснение или дистилляция; - опреснение вымораживанием (кристалогидратный); - электрохимическое опреснение (электродиализ); - опреснение методом обратного осмоса, или гиперфильтрацией; - химическое опреснение.
Водоопреснительные установки
Потребность в пресной воде на судне определяется ее расходом на нужды экипажа и пассажиров, энергетической установкой. Суточный расход пресной воды для бытовых нужд составляет 150 - 200 литров на каждого члена экипажа, а при использовании пресной воды в санитарных системах суточный расход воды увеличивается на 30 - 50 литров на каждого члена экипажа в сутки.
Воздушная система
Основными элементами воздушной системыКУ являются пароструйный воздушный эжектор и его охладитель. В пароструйном эжекторе рабочей средой является редуцированный пар с начальным давлением 1—2 МПа и температурой 250—320 oС. Выходя из сопла в виде конической струи, рабочий пар устремляется в диффузор, эжектируя паровоздушную смесь из конденсатора. Эта смесь со скоростью 50—100 м/с поступает в приемную камеру эжектора. В результате обмена масс и импульсов в диффузоре смешиваются потоки рабочего пара и эжектируемой паровоздушной смеси, что сопровождается увеличением массы смешанного потока и уменьшением его средней скорости.
Конденсатная система
Как правило, в конденсатной системе применяют два электроприводных центробежных насоса вертикального исполнения, один из которых — резервный. С целью обеспечения надежных условий всасывания давление конденсата, поступающего на рабочее колесо насоса, должно быть больше давления насыщения при температуре удаляемого конденсата. Для выполнения этого условия насосы устанавливают под конденсатором в колодцах, т. е. ниже конденсатосборника, обеспечивая при этом подпор не менее 4,9 кПа, а всасывающий трубопровод для уменьшения потерь давления в нем выполняют как можно короче и без крутых изгибов. При этом скорость конденсата в трубопроводе не должна превышать 0,5—1 м/с.
Циркуляционная система
При обычнойсистеме циркуляции охлаждающая забортная вода подается в конденсатор циркуляционным насосом. Главный конденсатор, как правило, обслуживается двумя вертикальными электроприводными одноступенчатыми центробежными насосами с двусторонним всасыванием. Один из насосов служит резервным. В ПТУ большой мощности применяют и осевые насосы.
В состав конденсационной установки с раздельным удалением конденсата и воздуха (см. схему) входят поверхностный конденсатор (10), циркуляционный (на схеме не показан) и конденсатный (9) насосы, воздушные эжекторы (3) и (4). Для охлаждения удаляемого из конденсатора воздуха служат пучки труб воздухоохладителей (1). Охлаждение воздуха способствует уменьшению затрат энергии на привод воздухоотсасывающих устройств. Направление движения пара в конденсаторе показано стрелками.
Конденсационные установки
Каждый главный турбоагрегат паротурбинного судна обслуживается главной автономной конденсационной установкой, предназначенной для конденсации отработавшего пара с целью получения конденсата, пригодного для питания паровых котлов, а также для обеспечения устойчивого вакуума на расчетных режимах работы турбин.
Особенности эксплуатации теплообменных аппаратов
В процессе эксплуатациитеплообменные аппараты должны обеспечить требуемый тепловой режим СЭУ и других потребителей. Поэтому для контроля работы аппаратов судовой персонал обязан следить за температурой, давлением и расходом их рабочих сред, так как изменение параметров одной среды приводит к изменению параметров другой. Помимо указанных параметров, в паровых подогревателях приходится контролировать также уровень конденсата.
Конструктивные особенности ТА
Конструктивное исполнение ТА зависит от их целевого назначения, параметров рабочих сред и тепловой нагрузки. Большинство судовых ТА представляют собой кожухотрубные конструкции с круглыми прямыми, U-образными и змеевиковыми трубами. При разностях температур рабочих сред менее 60 градусов применяют ТА с прямыми трубкамии двумя одинарными или двойными трубными досками, которые устанавливают в цилиндрический корпус, называемый кожухом.
Теплообменные аппараты
Теплообменные аппараты используют для передачи теплоты от теплоотдающей среды к тепловоспринимающей. По назначению судовые ТА подразделяет на энергетические, вспомогательные и бытовые. Энергетические ТА применяют в СЭУ для охлаждения воды, масла и наддувочного воздуха дизелей, конденсации пара и подогрева питательной воды в конденсатно-питательных системах, а также для подогрева топлива перед форсунками дизелей и паровых котлов.
Привод грузоподъемных машин
В зависимости от типа и назначения механизма привод может быть машинный или ручной. Ручной привод применяют для механизмов малой грузоподъемности, работающих с малыми скоростями движения, а также для механизмов вспомогательного назначения. Вручную могут приводиться механизмы подъема, передвижения и поворота.
Классификация грузоподъемных механизмов
Порты не всегда могут обеспечить своими средствами судовые погрузочно-разгрузочные работы. Погрузка судов в море и на внешних рейдах производится также с помощью судовых грузоподъемных механизмов. Поэтому большинство судов, предназначенных для перевозки генеральных грузов, оснащается собственными грузоподъемными механизмами. Однако специализация судов, расширение контейнерных перевозок, перевозки судами грузов на определенных линиях приводят к снижению загрузки судовых грузоподъемных механизмов, к использованию грузоподъемных механизмов особых конструкций.
Люковые закрытия и аппарели
К палубным и грузоподъемным механизмам относятся механические люковые закрытия трюмов. Широко распространены на судах закрытия, оборудованныегидроприводами.Наиболее сложный гидропривод люковых закрытий применен на отечественных судах для перевозки насыпных и навалочных грузов. Он предназначается для работы при температуре от —30 до +50 °С, при крене до 8° и дифференте судна до 2°, давлении 12МПа. В гидроприводе могут быть использованы масла АМГ-10 и МГЕ-10. Работа гидропривода обеспечивается двумя насосными станциями, размещенными в общем помещении. Одна станция предназначена для открытия носовых люковых закрытий, другая — кормовых.
Швартовные механизмы
Операцию подтягивания и крепления судна называют швартовкой, а механизмы, предназначенные для выбирания швартовных тросов и подтягивания судна к причалу, называют швартовными. В качестве швартовных механизмов применяют швартовные шпили и швартовные лебедки.
Якорные механизмы
Якорныминазываются механизмы, предназначенные для обслуживания устройств, служащих для обеспечения якорных стоянок судов. Якорные механизмы служат для отдачи якоря и якорной цепи при постановке судна на якорь; стопорения якорного каната при стоянке судна на якоре; снятия с якоря - подтягивания судна к якорю, выбирания цепи и якоря и вытягивания якоря в клюз. Рабочим органом якорного механизма является цепной кулачковый барабан - звездочка.
Требования ИМО (Регистра) к рулевым машинам
Ко всякому рулевому устройству предъявляются следующие требования: надежность и безопасность работы при любых навигационных условиях; живучесть; обеспечение заданного угла и заданной скорости перекладки руля при максимальной скорости судна; возможность быстрого перехода от основного вида управления к вспомогательному; возможность управления с нескольких мест; удобство управления, наименьшие габаритные размеры и масса; простота устройства, ухода и обслуживания; экономичность.
Эксплуатационные особенности ГРМ
Современные ГРМ (ЭГРМ) комплектуются чаще всего двумя однотипными насосами одинаковой мощности. При этом возможна как раздельная, так и совместная их работа. Установившаяся многолетняя практика использования режимов работы рулевых машин такова: при плавании в открытом море работает один насос (с ручным управлением или с авторулевым), а в сложных навигационных условиях (проливах, каналах, шлюзах, акваториях портов, в ледовой обстановке и т.д.) и при швартовных операциях (в портах и открытом море) включают в параллельную работу оба насоса, что обеспечивает повышение скорости перекладки руля примерно в 2 раза.
Техническое использование ГРМ
В течение 12 часов до выхода судна из порта рулевая машина должна быть подготовлена к действию, проверена в работе и испытана в соответствии с требованиями СОЛАС. При этом следует руководствоваться фирменными инструкциями по эксплуатации и действующими руководящими техническими материалами. Проверку и испытания выполняют лица командного состава, занятые эксплуатацией и (или) обслуживанием ГРМ (ЭГРМ).
Поршневые ГРМ
Особенностью поршневой ГРМ являются стандартные компактные цилиндры (5) двойного действия, которые могут быть размещены в румпельном помещении малых размеров (1 — механический упор; 2 — румпель). При этом фундаментная опора (7) может размещаться в удобной зоне (8 — блок клапанов). В случае необходимости число цилиндров может быть более двух и их можно расположить в два яруса.
Плунжерные ГРМ
Плунжерные ГРМвыпускают многие зарубежные фирмы и отечественная промышленность в двух вариантах: двухплунжерные для крутящих моментов до 250—630 кНм и четырехплунжерные (250—12 000 кНм). Отечественная промышленность выпускает серию плунжерных ЭГРМ типизированного ряда для широкого диапазона крутящих моментов (6,3—4000 кНм); применяемое рабочее давление 10—16 МПа. Типизированный ряд состоит из 12 типоразмеров; высокая степень унификации узлов и элементов является достоинством ряда. ЭГРМ комплектуют системой управления «Аист», ранее использовалась система АТР. В гидравлических рулевых машинах применяют аксиально-поршневые насосы типа НК, заменившие радиально-поршневые насосы разных марок. На базе типизированного ряда спроектированы и выпускают с 1986 г. двухконтурные ЭГРМ, отвечающие «критерию единичного отказа» согласно требованиям СОЛАС.
Лопастные гидравлические рулевые машины
Начало серийного производства лопастных рулевых машин относится примерно к 1960 г., а в настоящее время их широко применяют на судах всех классов и водоизмещения. Отличительным узлом лопастных ГРМ является лопастный рулевой привод. Лопастный привод фирмы «АЕГ Шиффбау» (Германия) имеет следующие конструктивные особенности. Ротор (4), своей конусной частью (5) насаженный на конус баллера, имеет массивные торцовые фланцы, выполняющие роль крышек привода. К ротору прикреплены две или три подвижные лопасти (11), а к цилиндру (10) прикреплены болтами (9) две или три неподвижные лопасти (14). Внутренние зазоры привода между лопастями вдоль образующих цилиндра и ротора и по торцам лопастей герметизированы подвижными металлическими уплотнительными пластинами (3) и (12), плотно пригнанными в пазах лопастей. Предварительное поджатие пластин к уплотняемым поверхностям осуществляется шнурами круглого сечения, а рабочее поджатие — давлением жидкости. Шнуры обеспечивают также дополнительную герметизацию пластин в пазах. Их изготовляют из специальной маслостойкой резины, поэтому они рассчитаны на долгий срок службы.
Уплотняющее устройство внешних зазоров привода состоит из резинового кольца (8) круглого сечения и резиновых манжет (7) и (13) специальной формы, обеспечивающей самоуплотнение. В процессе эксплуатации при износе манжет возможны их ослабление и, как следствие, внешние утечки рабочей жидкости. В этом случае поджатие манжет может быть осуществлено нажимным фланцем (6), под которым уменьшается набор специальных шайб, предотвращающих пережатие сальника. Лопастные ГРМ данного типа выпускают для широкого диапазона крутящих моментов (16—5000 кНм и более) многие фирмы Великобритании, Италии, Японии, США по лицензиям совместно с Германией.
