Принципиальные схемы энергетических систем СЭУ
Общие сведения
Системы СЭУ объединяют главные и вспомогательные механизмы в единый энергетический комплекс. Системой СЭУ называется совокупность специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и приборами, предназначенными для выполнения определенных функций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию СЭУ [4,с.356].
В общем случае, в состав систем СЭУ входят следующие типы механизмов и агрегатов:
- насосы - предназначены для создания давления рабочей среды;
- фильтры - предназначены для очистки среды от посторонних (чаще всего механических примесей);
- сепараторы - предназначены для очистки рабочей среды от посторонних жидких фракций;
- редукторы - предназначены для снижения давления рабочей среды до необходимых параметров;
- охладители (нагреватели) - предназначены для охлаждения (нагрева) рабочей среды до требуемых параметров;
- рабочие сосуды - предназначены для хранения рабочей среды под определённым давлением;
- предохранительные устройства - предназначены для предотвращения повышения параметров среды выше установленных параметров;
- испарители (конденсаторы) – предназначены для изменения агрегатного состояния среды;
- аккумуляторы- источники энергии и другие.
Системы СЭУ классифицируют по назначению на: топливные, масляные, водяного охлаждения (забортной и пресной водой), воздушно-газовые (подвода воздуха для горения топлива, сжатого воздуха, газовыпуска, дымоходы судовых котлов), конденсатно-питательные и паровые.
СЭУ всех типов снабжены системами топливной, масляной, охлаждения, пускового воздуха, воздухоприемной и газовыпуска.
В таблице 5 приведены необходимые параметры вспомогательного оборудования для обеспечения работы двигателя Man B&W L42MS
Таблица 5
Параметры вспомогательного оборудования систем двигателя Man B&W L42MS
| № | Наименование | Обозначение | Размерность | Значение |
| Расход воздуха |  | кг/с | 2,3 | |
| Расход газов |  | кг/с | 2,35 | |
| Температура газов |  | °С | ||
| Подача циркуляционного топливного насоса |  | м3/ч | 0,48 | |
| Подача топливоподкачивающего насоса |  | м3/ч | 0,28 | |
| Подача насоса пресной воды | Wпр | м3/ч | 10,2 | |
| Подача насоса забортной воды | Wзв | м3/ч | ||
| Подача главного масляного насоса |  | м3/ч | ||
| Подача насоса смазки распределительного вала |  | м3/ч | 0,25 | |
| Отвод тепла от продувочного воздуха |  | кВт | 353,3 | |
| Отвод теплоты с маслом |  | кВт | 32,5 | |
| Поток забортной воды через маслоохладитель |  | м3/ч | ||
| Отвод теплоты от пресной воды |  | кВт | 143,3 | |
| Подвод теплоты к топливу |  | кВт | 12,7 |
Топливная система
Топливная система СЭУ предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к двигателям и котлам, а также для передачи топлива на берег или на другие суда.
В качестве основного топлива в соответствии с ГОСТ 1667-68* Топливо моторное для среднеоборотных и малооборотных дизелей принято топливо ИФО-30, содержащее 30-40% средне-дистиллятных продуктов (примерно соответствует мазуту Ф-5). Топливо судовое ИФО-30 является аналогом судового остаточного топлива класс Г, выпускаемого по международному стандарту ISO 8217: ИФО-30 — аналог ИСО-F-RMC 10.
В соответствии с требованиями Регистра РФ для установок, работающих на тяжелом топливе, предусмотрено две системы: система дизельного топлива (приятое маловязкое дизельное топливо в соответствии с ТУ38.101567-2005) для маневровых целей и работы вспомогательных двигателей и система высоко- или средне-вязкого топлива для главного двигателя. В составе топливной системы для обеспечения использования тяжелого топлива за топливоподкачивающим насосом (перед дизелем) предусмотрен подогреватель. Вдоль всех трубопроводов тяжелого топлива проложен паровой трубопровод-спутник, заключенный в общую изоляцию с основным трубопроводом. Перед фильтрами тяжелое топливо подогревается.
Вместимость расходных цистерн тяжелого топлива обеспечивает работу двигателя в течение не менее 12 ч. При использовании дизельного топлива это время уменьшено до 8 ч. В составе установки предусмотрено по две расходные топливные цистерны на каждый вид топлива.
Топливо от расходных цистерн к топливному насосу высокого давления подводится топливоподкачивающим насосом, подача которого превосходит фактический расход топлива в 2— 3 раза. Давление насосов принимается 0,2—0,4 МПа.
В составе системы предусмотрен резервный топливоподкачивающий электронасос, который используется также для предпусковой прокачки топлива.
Перед подачей в расходные цистерны топливо очищается в сепараторах. Вязкость топлива при сепарировании поддерживается не более 45 мм2/с, для чего его подогревают. В блоке сепарации предусмотрено три сепаратора для обеспечения резерва и проведения обслуживания сепараторов в длительном плавании или при плавании в штормовых условиях. Пропускную способность сепараторов определена из условий необходимости очистки суточного расхода топлива за 8—12 ч, что соответствует трех- или двукратному часовому расходу топлива (в зависимости от его качества). Основной запас топлива размещён в междудонных и бортовых цистернах. Предусмотрено размещение суточного запаса топлива вне двойного дна. Тяжелое топливо в запасных цистернах подогревается до 40—50°С паром давлением 0,2—0,3 МПа, проходящим через змеевики. Перекачка топлива из одной цистерны в другую, подача его в отстойные цистерны и выдача на палубу производятся двумя электронасосами [4, с.384].
Погрузка топлива на судне производится береговыми средствами или средствами специального судна-раздатчика (танкера, наливной баржи). Для приема топлива на главной палубе или под палубой предусмотрен стационарный трубопровод с приемными отростками, выведенными к обоим бортам. Топливный трубопровод расположен в местах, защищенных от механических повреждений, и на всем протяжении доступен для осмотра и ремонта.
Таким образом, топливная система обеспечивает:
1) прием топлива с берега, хранение его в емкостях основного запаса;
2) перекачку из одних емкостей в другие и выдачу на берег;
3) очистку топлива от воды и механических примесей;
4) непрерывную подачу топлива требуемой вязкости к главным и вспомогательным парогенераторам.
Рис. 3 Схема топливной системы
1-блок фильтров, 2-подогреватель топлива, 3-топливоподающие насосы,
4-блок сепараторов.
Насосы выбираем по известной подаче, согласно ГОСТ 15829-89.
Характеристики топливоподающего насоса марки НМШ 5-25-4/4Б [10]:
Подача – 4 м3/ч;
Напор – 4 кг/см2;
Мощность привода – 2,2 кВт;
Частота вращения – 1500 об/мин;
Масса – 18 кг;
Габариты – 642х277х430 мм;
Характеристики циркуляционного насоса марки НМШГ 20-25-14/10 [10]:
Подача – 14м3/ч;
Напор – 10 кг/см2;
Мощность привода – 7,5 кВт;
Частота вращения – 1000 об/мин;
Масса – 214 кг;
Длина – 989 мм;
Ширина – 290 мм;
Высота – 640 мм.
Сепаратор топлива
Основной функцией топливного сепаратора (он же – фильтр- сепаратор) является отделение топлива от воды, т.к. наличие воды в топливе вызывает износ вследствии коррозии прецензонных пар, а в условиях низких температур - к размораживанию топливной системы двигателя и срыву в её работе. Воду, которая скапливается при водоотделении в нижней части корпуса (водосборнике), удаляется в специальную цистерну.
Выбираем сепаратор СЦ-3/II
Номинальная производительность, л/ч – 5750
Высота всасывания очищаемого нефтепродукта, мм рт. ст. - 300
Макс. давление подающего насоса на нагнетании, МПа - 0,25
Мощность электродвигателя, кВт - 5,5
Масса сепаратора, кг – 940
L=1200 мм
B=995 мм
H=1600 мм
Выбираем подогреватель топлива СНП4
Qmax=1900 кг/ч
Pпара=2,9 МПа
ΔPтопл= 0,1 МПа
Lподогр=2420 мм
G=100 кг
N=155 кВт
Фильтр очистки топлива
Фильтр горючего должен быть рассчитан на тяжелое дизельное топливо.
Рабочее давление 10 кг/см2;
Рабочая температура - максимальные 150 °C
Нефтяная вязкость в рабочей температуре - 15 cSt
Масляная система
Масляная система предназначена для приема, хранения, перекачивания, очистки, и подачи масла к местам охлаждения и смазки трущихся частей деталей механизмов, а так же для передачи его на берег или на другие суда.
Масло в СЭУ применяется для смазки и отвода теплоты от трущихся поверхностей двигателей, механических передач, дейдвудных, опорных и упорных подшипников валопровода, охлаждения поршней дизелей, работы системы автоматического регулирования управления и защиты (РУЗ).
Основным оборудованием, входящим в масляную систему, являются насосы, фильтры, сепараторы, охладители и подогреватели. Применяемые насосы по конструкции бывают шестеренными и винтовыми.
Наиболее широкое применение в СЭУ нашли минеральные масла. В системах смазки МОД используют два сорта масел. Для циркуляционной смазки деталей движения подшипников и охлаждения поршней применяются моторные масла с малой вязкостью. Для смазки рабочих цилиндров используют цилиндровые масла с высокой вязкостью и стабильностью при высоких температурах. Для улучшения функциональных свойств базовых масел в них вводят специальные присадки: моющие, антиокислительные, антикоррозионные, противоизносные, противозадирные, антипенные, вязкостные и другие.
Судовые установки с МОД имеют наиболее сложные циркуляционные масляные системы. Они включают несколько самостоятельных систем:
1. напорную – для смазки механизма движения и для охлаждения поршней;
2. гравитационную – для смазки гозотурбонагнетателя;
3. линейную – для смазки цилиндров;
4. напорную – для смазки механизмов привода топливных насосов и системы газораспределения.
Рис. 4. Схема системы смазки ДУ
1-сточная циркуляционная система, 2-циркуляционные насосы, 3-маслоохладитель, 4-система автоматического регулирования системы смазки, 5-маслянный фильтр, 6-цистерна запаса масла, 7-цистерна запаса масла.
Руководствуясь требованиями ГОСТ 12337-84 и рекомендациями фирмы- производителя выбрано масло моторное М-16Е30, спецификации/допуски производителей по ГОСТ 12337-84.
Главный масляный насос выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.
Подбираем блок из 2 масляных насосов.
Характеристики главного масляного насоса марки 3Вх2 500/10-400/10Б [11]:
Подача – 400 м3/ч;
Давление насоса 10 кгс/см2
Мощность привода – 132 кВт;
Длина – 2580 мм;
Ширина – 850 мм;
Высота –1260;
Масса – 2600 кг;
Вакуумметрическая высота всасывания – 5 м.
Характеристики насоса смазки распределительного вала марки БГ11-22 :
Подача – 18 м3/ч;
Давление 2,5кгс/см2;
Частота вращения - 1450 об/мин;
Масса – 34 кг;
Длина – 500 мм;
Ширина – 200 мм;
Высота – 252 мм.
Расчёт поверхности теплообмена маслоохладителя.
Расчитываем необходимую поверхность теплообмена по формуле:
,
где FОХЛ - поверхность теплообмена; Q– тепловой поток; k– коэффициент теплопередачи; Δtср – средняя тазница температур между двумя жидкостями, обменивающимися теплом.
Для этого узнаем температуры в теплообменниках:
kМО = 300…500 (800, если повысить турболизацию) кДж/(м2 ч С)
Теплоемкость забортной воды:
СЗВ=4,19 кДж/(кг град);
Теплоемкость масла:
СМ=2,05 кДж/(кг град);
По полученной поверхности теплообмена выбираем 2 маслоохладителя марки МБМ-63-90
Характеристики маслоохладителя:
Поверхность теплообмена – 66 м2;
Расход забортной воды – 108 м3/ч;
Расход масла – 90 м3/ч;
Гидравлическое сопротивление по забортной воде – 0,016 МПа;
Гидравлическое сопротивление по маслу – 0,009 МПа;
Длина – 4630 мм;
Ширина – 1310 мм;
Высота – 1320 мм;
Масса рабочая – 9121 кг.
Принципиальная схема системы приёма-перекачки масла приведена на рис.5
Рис. 5. Схема системы приёма-перекачки масла.
Система охлаждения
Система охлаждения в дизельных установках предназначена для отвода теплоты от отдельных узлов главных и вспомогательных двигателей, турбонагнетателей и воздухоохладителей. В главных двигателях охлаждаются втулки, крышки и поршни рабочих цилиндров, форсунки, выпускные клапаны и коллекторы, а во вспомогательных двигателях – цилиндры.
Главные судовые дизели имеют сложную систему охлаждения. Но во всех случаях охлаждение пресной воды и масла осуществляется забортной водой в водо- и маслоохладителях. Наиболее сложные системы охлаждение ДУ, обычно двухконтурные (пресной и забортной водой). Отдельные узлы главного двигателя охлаждаются маслом и топливом. В зависимости от рода жидкости, охлаждающей цилиндры, поршни и форсунки двигателя, различают следующие системы:
1) с охлаждением цилиндров, поршней и форсунок пресной водой;
2) с охлаждением цилиндров и форсунок пресной водой, а поршней - маслом;
3) с охлаждением цилиндров пресной водой, поршней – маслом, а форсунок – топливом.
Рис. 6. Система охлаждения дизельной СЭУ пресной водой
1-ДВС; 2-деаэратор; 3-расширительная цистерна; 4-циркуляционные насосы; 5-вакуумная опреснительная установка; 6-водоохладитель пресной воды; 7-подогреватель воды; 8-система регулирования температуры воды; 9-воздухоохладитель; 10-температурный датчик.
Насосы пресной воды и забортной выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.
Характеристики центробежного насоса пресной воды марки НЦВ 400/20А:
Подача – 400 м3/с;
Напор – 200 Дж/кг;
Частота вращения –1500об/мин;
Мощность привода – 30 кВт;
Подача на нижней границе области допустимых режимов – 255 м3/ч;
Подача на верхней границе области допустимых режимов – 490 м3/ч;
Длина – 1250 мм;
Ширина – 740 мм;
Высота – 620 мм;
Масса – 469 кг.
Рис. 7. Система охлаждения дизельной СЭУ забортной водой
1 – бортовой кингстонный ящик; 2 – воздушные трубы; 3 – насосы забортной воды; 4 – датчик температуры забортной воды, подающий импульс на терморегулятор 9; 5 – маслоохладитель; 6 – охладитель продувочного воздуха; 7 – охладитель пресной воды; 8 – охладитель масла распредвала; 10 – отливной клапан; 11 – отливной коллектор; 12 – дроссельная шайба; 13 – трубопровод рециркуляции (возврата); 14 – приемный фильтр; 15 – донный кингстонный ящик.
Подбираем блок из 2 центробежных насосов
Характеристики 1-го центробежного насоса забортной воды марки НЦВ 630/30АГ [11]:
Подача – 630 м3/ч;
Напор – 300 Дж/кг;
Мощность привода – 70 кВт;
Частота вращения – 1500 об/мин;
Подача на низшей границе области допустимых режимов – 395 м3/ч;
Подача на верхней границе области допустимых режимов – 725 м3/ч;
Длина – 1365 мм;
Ширина – 870 мм;
Высота – 825 мм;
Масса – 699 кг;
Характеристики 2-го центробежного насоса пресной воды марки НЦВ 400/20А [11] :
Подача – 400 м3/с;
Напор – 200 Дж/кг;
Частота вращения –1500об/мин;
Мощность привода – 30 кВт;
Подача на нижней границе области допустимых режимов – 255 м3/ч;
Подача на верхней границе области допустимых режимов – 490 м3/ч;
Длина – 1250 мм;
Ширина – 740 мм;
Высота – 620 мм;
Масса – 469 кг.
Расчёт поверхности теплообмена охладителя пресной воды.
Расчитываем необходимую поверхность теплообмена
,
где FОХЛ - поверхность теплообмена; Q – тепловой поток; k – коэффициент теплопередачи; tср-средняя разница температур между двумя жидкостями, обменивающимися теплом.
Для этого узнаем температуры в теплообменниках:
kМО = 300…500 (800, если повысить турболизацию) кДж/(м2 ч С)
СЗВ=4,19 кДж/(кг град); СМ=2,05 кДж/(кг град);
По результатам расчета выбираем охладитель пресной воды марки 40В.01.000
Характеристики охладителя:
- поверхность теплообмена – 15 м2;
- расход забортной воды – 25,4 кг/с;
- расход пресной воды – 33,6 кг/с;
- давление забортной воды – 0,4 МПа;
- давление пресной воды – 0,4 МПа;
- длина – 965 мм;
- ширина – 1310 мм;
- высота – 580 мм;
- масса брутто– 380 кг.