2018-02-13
2716
Как известно, даже в самых современных СЭУ около половины энергии, выделяемой при сгорании топлива, отдается окружающей среде с уходящими продуктами сгорания и водой, охлаждающей установку. Коэффициент полезно используемого тепла топлива ДВС составляет 35…40 %. Логичным является желание использовать эту теплоту для снабжения потребителей судна. Утилизация теплоты отходящих продуктов сгорания предусматривает получение пара в утилизационных парогенераторах, а теплота воды, охлаждающей главный двигатель — получение пресной воды. Упомянутые способы утилизации теплоты на морских судах являются общепринятыми, так как источники теплоты характеризуются достаточно высоким уровнем температур. В зависимости от типа двигателя температура газов в выпускном коллекторе поршневых двигателей при номинальной нагрузке равна:
для четырехтактных дизелей:
− без наддува
− с наддувом
Суммарный коэффициент избытка воздуха лежит в пределах от 2,0 до 2,7.
для двухтактных дизелей:
|
|
|
− с наддувом и контурной продувкой
− с прямоточно-клапанной продувкой
Суммарный коэффициент избытка воздуха лежит в пределах от 3,0 до 3,5.
Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива, определяется по следующей формуле:
где Величина тепловой мощности утилизируемой теплоты соизмерима с эффективной мощностью двигателя, а утилизация тепла, отводимого с маслом и наддувочным воздухом, позволяет довести коэффициент полезно используемого тепла, вводимого с топливом, до 80…85 %.
Экономия денежных средств очевидна, так как тепло от двигателя не выбрасывается в атмосферу, а непосредственно используется для теплоснабжения объекта, при этом сокращаются закупки топлива для этих нужд. Экономический эффект от применения такой технологии возрастает при ее реализации в условиях постоянного повышения цен на топливо, с учетом затрат на его транспортировку к месту эксплуатации энергоустановки.
Схема утилизационной установки при таком варианте утилизации теплоты отходящих продуктов сгорания представлена ниже. Отображена совместная работа вспомогательного котла ВК и утилизационного парогенератора УПГ (кожухотрубного типа), что исключает нарушение снабжения судовых потребителей паром при уменьшении оборотов и остановке главного двигателя.
Рис. 1. Утилизационная установка
Принцип работы схемы утилизационной установки.
Отработавшие газы главного двигателя последовательно проходят поверхности нагрева пароперегревателя 4, испарительных (кипятильных) змеевиков 2 и экономайзера 1 утилизационного парогенератора 3. Пароводяная смесь из испарительной поверхности УПГ поступает или в паровой коллектор 6 или в сепаратор 7, где отделяется от воды. Вода из водяного коллектора 17 и из сепаратора 7 циркуляционным насосом 18 отправляется в экономайзер 1. Отделившийся от воды сухой насыщенный пар из сепаратора и парового коллектора 6 отправляется в пароводяную магистраль 5, откуда его часть отправляется в пароперегреватель УПГ, а оставшаяся часть идет к потребителям 11, где конденсируется и через водоотделители 12, возвращается в теплый ящик 15. Перегретый пар отправляется в турбину 9 электрогенератора 10. После турбины отработавший пар конденсируется в конденсаторе 13 и конденсатным насосом 14 через охладитель эжектора 8поступает тоже в теплый ящик (эжектор служит для создания вакуума в конденсаторе, и для его работы используется перегретый пар). Питательный насос 16 подает конденсат из теплого ящика в ВК и УПГ.
|
|
|
Достаточно высокий потенциал имеет также надувочный воздух после компрессоров, имеющий температуру 90÷160°С (его необходимо охлаждать перед подачей в цилиндры для увеличения весового заряда воздуха). Самым простым видом утилизации теплоты отходящих продуктов сгорания является использование этой теплоты для работы водогрейных котлов. Этот вид утилизации применяется на вспомогательных судах, не имеющих потребителей пара.
Наибольшая эффективность такого варианта утилизации достигается при работе утилизационного котла на утилизационный турбогенератор, что позволяет на ходовых режимах частично или полностью отключить дизельгенераторы, что повышает экономичность СЭУ до 12 %.
Опыт утилизации теплоты отходящих продуктов сгорания показал, что в СЭУ с главными двигателями мощностью более 6000 кВт и имеющими температуру отходящих продуктов сгорания за турбинами более 320ºС, утилизационный турбогенератор достигает мощности, позволяющей полностью обеспечивать потребности СЭУ в электроэнергии и производимого пара достаточно для всех судовых нужд.
При наличии в составе СЭУ длинноходовых двухтактных двигателей (которые имеют температуру отходящих продуктов сгорания до 280ºС) даже при мощности более 10000 кВт получить перегретый пар с параметрами и в количестве, необходимом для нормальной работы утилизационного турбогенератора, достаточно трудно. В этом случае применяют систему утилизации, использующую весь комплекс источников бросовой теплоты: отходящие продукты сгорания, надувочный воздух и охлаждающую воду.
13. Состав и основные характеристики судового пропульсивного комплекса.
главной энергетической установкой (ГЭУ) считается та часть СЭУ, которая обеспечивает движение судна. ГЭУ называют также пропульсивной установкой (пропульсивным комплексом).
В состав пропульсивной установки (ПУ) включены машины и механизмы, с помощью которых механическая энергия вырабатывается, передается движителю (например, гребному винту) и преобразуется им в упор. Часто на движение судна расходуется более 90% всей вырабатываемой энергии СЭУ.
Основными элементами пропульсивной установки являются: главные двигатели, главная передача, валопровод, гребной винт и корпус судна.
Судовой валопровод служит для передачи мощности от главных двигателей к движителям и для передачи упора движителей на корпус судна.
Судовой движитель преобразует подводимую к нему механическую энергию главных двигателей в упор и полезную тягу, которые передаются через главный упорный подшипник на корпус, что обеспечивает движение судна с заданной скоростью.
На морских теплоходах (т.е. судах с дизельной ЭУ) в качестве движителя наиболее широко применяются гребные винты фиксированного и регулируемого шага.
Главный двигатель, соединенный через передачу и валопровод с гребным винтом, работает а гидродинамическом комплексе:
|
|
|
Все эти элементы пропульсивной установки взаимосвязаны. Поэтому от каждого из них зависят мореходные качества судна и в итоге его технико-экономические показатели.
Элементы пропульсивного комплекса характеризуются в работе следующими показателями:
- главный двигатель – крутящим моментом, мощностью, частотой вращения вала;
- главная передача – моментом, мощностью, частотой вращения ведущего и ведомого валов;
- гребной винт – упором, вращающим моментом, частотой вращения, скоростью поступающей на лопасти воды;
- корпус судна – сопротивлением воды и воздуха его движению, скоростью судна.
В частности, корпус должен иметь такие обводы подводной части, при которых сопротивление движению судна было бы наименьшим. Однако сопротивление движению судна увеличивается по мере загрязнения корпуса при обрастании водорослями, морской травой и рачками. Этому способствует разрушение слоя краски и эрозия металла корпуса.
Со временем загрязняется и поверхность винта, что также увеличивает сопротивление движению судна.
Сопротивление может также увеличиваться из-за волнения водной поверхности, направления течения (особенно встречное и боковое) и ветра. При ходе судна против лобовой волны сопротивление может увеличиваться более чем на 50…100% от полного сопротивления при тихой погоде.
Работа главного двигателя отличается большим диапазон эксплуатационных нагрузок. Это связано с систематическим изменением условий плавания судна из-за метеорологической обстановки, характера выполняемого задания (ход в грузу, в балласте, буксировка воза, траление, работа на швартовых и т.п.), а также от технического состояния корпуса судна.
Таким образом, работа главных дизелей происходит в различных условиях и связана со значительным изменением их показателей: мощности, экономичности, тепловой и механической напряженности и др. Совокупность значений этих показателей характеризует режим работы двигателя.
