Оборудование теплохода проекта 05074 системой экологической безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рецензия

на дипломный проект

на тему:"Перевод СЭУ т/х пр. 05074 на ВТЭ с целью повышения технико-экономических характеристик".

выполненный студентом электромеханического

факультета очного обучения: А.Ю. Боковым

Руководитель дипломного проектирования

Рецензент: М.Х. Садеков

Содержание

Введение

1.Основные тактико-технические данные теплохода проекта 5074

1.1 Модернизация топливной системы для работы на ВТЭ

1.2 Топливная система теплохода проекта 05074

1.3 Модернизация топливной системы

1.3.1. Преимущества водотопливной эмульсии моторного топлива и целесообразность ее применения

1.3.2. Физико-химические основы процесса

1.3.3. Особенности применения водотопливных эмульсий на основе католита

1.3.4. Описание и принцип действия топливной системы

1.3.5. Описание и принципы работы установки для приготовления ВТЭ

1.3.6. Применение водотопливной эмульсии

1.3.7. Сущность электрогидравлического эффекта

1.3.8. Принципиальная электрическая схема получения

электрогидравлического эффекта

1.3.9. Явления, происходящие в жидкости при электрогидравлическом эффекте

1.3.10. Описание работы топливной системы на водотопливной эмульсии

1.3.11. Проверочный расчет потребного количества воды, обработанной электролизером

2. Установка очистки подсланевых вод

2.1. Обоснование модернизационных мероприятий по судну

2.2. Причины образования нефтесодержащих вод на судах

2.3. Станция очистки нефтесодержащих вод, применяемая на судне

2.3.1. Описание судовой системы сбора и хранения НВ

2.3.2. Описание станции очистки нефтесодержащих вод

3. Обоснование сжигания нефтесодержащих вод в СЭУ

4. Технико-экономический расчет и технико- экономические показатели

4.1. Расчет строительной стоимости УП ВТЭ

4.2 Расчет затрат на модернизацию

4.3 Расчет провозной способности судна за эксплуатационный период

4.4 Расчет эксплуатационных расходов

4.5 Расчет основных экономических показателей

5. Технология монтажа установки приготовления ВТЭ

6. Охрана труда

Заключение

Библиографический список

Введение

В последние три-четыре года в связи с сокращением грузопотоков внутри страны встала проблема обеспечения речных судов грузами.

В настоящее время рассмотрены и запланированы возможности работы речных судов в морских районах на загранлиниях после переоборудования.

При переоборудовании речных судов предусматриваются работы по укреплению корпуса, обеспечению соответствующими радионавигационными приборами, спасательными средствами и системой экологической безопасности.

В данном дипломном проекте будет предложен ряд мероприятий по оборудованию теплохода проекта 05074 системой экологической безопасности в соответствии с международными требованиями.

Предотвращение загрязнения водоемов судовыми отходами - важная составная часть общей проблемы охраны окружающей среды. Бесспорно, что каждое судно в отдельности и весь флот в целом всегда будут являться потенциальными источниками загрязнения водоемов, так как любое судно по сути - это перемещаемый по водоему комплекс, производственное предприятие, населенный пункт.

При эксплуатации судов происходит загрязнение сточными и льяльными водами, сухим мусором, пищевыми отходами, а также нефтепродуктами при аварийных розливах. Особенно быстро загрязняются реки и озера. Поэтому вопросам экологии и охраны окружающей среды в последнее время отдается приоритетное значение. Эти же вопросы выносятся при разработке новых месторождений, строительстве новых крупных промышленных предприятий, при разработке новых технологий и строительстве новых судов.

Этим предметом у нас в государстве занимается министерство экологии и природных ресурсов. Оно занимается разработкой законов и постановлений по вопросам экологии и природоиспользования в границах нашего государства.

А в международном масштабе право законодательства и контроля за окружающей средой отдано международной организации ЮНЕСКО при ООН [1]. В ЮНЕСКО существует Международная Морская Организация (ИМО), ведающая охраной морского пространства.

В 1973 году ИМО была принята Международная конвенция МАРПОЛ 73, которая определила технические требования по предотвращению загрязнения моря с судов.

В 1978 году для Международной конвенции были приняты дополнительные протоколы по ужесточению мер за загрязнение моря нефтепродуктами.

В соответствии с требованиями конвенции МАРПОЛ 78 к судам, работающим в морских районах, предъявляются требования по охране окружающей среды от продуктов жизнедеятельности судов, а в особенности от загрязнения моря нефтепродуктами.

Более жестокие меры предъявляются к судам, работающим в особых районах: Средиземном, Черном, Балтийском и Красном морях, а также в районах заливов Ближнего Востока. В этих районах разрешается сброс за борт нефтесодержащих вод с концентрацией нефти не более 15 мг/л, а суда рекомендуется оборудовать нефтяным фильтрующим оборудованием очистки указанной глубины. При этом судно должно иметь устройство контроля степени очистки, прекращающее сброс очищенной воды за борт при увеличении концентрации нефти в воде.

Наряду с загрязнением водоемов нефтесодержащими водами, большой вред окружающей среде наносят и отработанные газы судовых энергетических установок, в состав которых входят углеводороды, окись углерода, сернистый ангидрид, окись азота и другие вредные вещества. Особенно это стало сказываться в последние годы, когда большинство судов стало использовать более вязкие сорта топлива, имеющие большее содержание вредных примесей и более низкую теплоту сгорания. В результате использования такого топлива существенно повышается процент выброса вредных веществ в атмосферу.

Целью данного дипломного проекта является анализ результатов загрязнения водного и воздушного пространств, рассмотрение вопросов по способам уменьшения выброса вредных газов в атмосферу, очистки нефтесодержащих вод и разработка мероприятий по повышению технических показателей и охране окружающей среды в СЭУ сухогрузного теплохода проекта 05074 для возможности его использования в прибрежных морских районах. Это повышает экономическую эффективность использования данного теплохода.

Задание

В настоящее время около 80% эксплуатирующего флота технически и морально устарело, поэтому его технико-экономические и экологические характеристики не соответствуют современным международным нормам и правилам по выбросам вредных веществ в окружающую среду.

В предлагаемом дипломном проекте даётся оценка эффективности применения водотопливной эмульсии (ВТЭ) применительно в СЭУ т/х пр. 05074. Предлагается схема установки приготовления ВТЭ, её привязка к топливной системе теплохода и чертежи самой установки. Применение ВТЭ в качестве топлива для СЭУ является универсальным методом улучшения экологических характеристик дизелей, так как при существенном повышении экономичности до 5% значительно до 60% уменьшаются выбросы окислов азота, а выбросы окиси углерода практически отсутствуют, всё это доказывает эффективность применения ВТЭ в качестве топлива для СЭУ теплохода. Так же в дипломном проекте присутствуют обоснования и чертежи модернизации топливной системы т/х пр. 05074, а именно применение электрогидравлического эффекта (ЭГЭ), для получения более мелко дисперсной эмульсии. Специально сформированный импульсно-электрический разряд вызывает вокруг своей зоны образование высоких гидравлических давлений, приводящие к появлению ударных волн со звуковой и сверхзвуковой скоростями, способные совершать полезную механическую работу.

Технико-экономическое обоснование, проведенное автором проекта, показало высокую эффективность предлагаемых мероприятий. В итоге проделанной работы получился технически грамотный проект, заслуживающий отличной оценки, а его автора - присвоению ему квалификации инженера механика.

1.Основные тактико-технические данные теплохода проекта 05074

1.1 Модернизация топливной системы теплохода проекта 05074 для работы на водотопливной эмульсии моторного топлива с целью улучшения экономического показателя

Сухогрузный теплоход проекта 05074 построен в городе Навашино в 1989г. Тип судна - однопалубный, двухвинтовой, с двумя грузовыми трюмами, с полубаком, с машинным отделением, жилыми и служебными помещениями в кормовой части судна.

Назначение судна - перевозка массовых грузов, требующих защиты от ветра и атмосферных осадков, а также угля, леса, гравия в закрытых трюмах.

Судно построено на класс "О" пр. (лед) Российского Речного Регистра и имеет следующие данные:

- длина наибольшая, м .................................. 138,4

- ширина габаритная, м ................................. 16,7

- высота борта расчетная, м ............................5,5

- габаритная высота, м .................................. 16

- водоизмещение порожнем, т ........................ 1553

- грузоподъемность, т ................................... 5600

- скорость хода, км/ч .................................... 19,7 ± 0,5

- численность экипажа, чел ............................ 13

- главные двигатели ..................................... 64РН 36/45

- мощность, кВт .......................................... 2 ? 883

- частота вращения, мин ^-1 ............................ 375

- количество гребных винтов, шт. ..................... 2

- автономность плавания, сут. .......................... 15

Электростанция

Род тока и напряжение

- силовая сеть: переменная трехфазная 380В

- сеть освещения и отдельных силовых переменная 220В и 127В потребителей:

- сеть питания отдельных потребителей: постоянный ток 115 В и 24 В Дизель-генератор ......................................... ДГР-100/750

Количество ................................................. 2

Дизель....................................................... 64 18/22

Мощность, кВт…............................................ 150

Частота вращения, мин ^-1 ................................... 750

Генератор ................................................... ГСС 103-8

Род тока ..................................................... переменный

Напряжение, В ............................................. 400

Мощность, кВт ............................................... 100

Дизель-генератор стояночный ........................ ДГ-25/1 -2

Дизель....................................................... 44 10,5/13-2

Мощность З.л.с ............................................ 40

Частота вращения, мин-1 ................................ 1500

Генератор ................................................... МС 82-4

Род тока ..................................................... переменный

Напряжение, В ............................................. 400

Мощность, кВт .............................................. 25

Для обеспечения двухсторонней связи с судами и береговыми радиостанциями имеются радиостанции: "Рейд", "Кама С", "Кама Р", "Плот", "Барк", "Сирена".

Данное судно предназначено для работы, как во внутренних водоемах, так и в морских прибрежных водах с удалением от берега 50 миль.

1.2 Топливная система теплохода проекта 05074

Запас моторного топлива для главных двигателей хранится в бортовых, днищевой, а также в отстойных цистернах общей ёмкостью 140 м³. Запас дизельного топлива для главных и вспомогательных двигателей хранится в бортовых цистернах общей ёмкостью 44 м³. Приём моторного и дизельного топлива в запасные и отстойные цистерны осуществляется закрытым или открытым способами с главной палубы через наливные устройства, расположенные на правом и левом бортах.

Все запасные цистерны оборудованы мерными устройствами, вентиляционными трубами, выведенными на главную палубу, а также патрубками с арматурой для приёма и зачистки топлива.

Питание главных двигателей топливом производится из расходной цистерны моторного топлива ёмкостью 8,2 м³. Они оборудованы указательными колонками, вентиляционными трубами, выведенными на открытую палубу, переливными трубами, расходными и спускными кранами, поддонами.

Расходная цистерна дизельного топлива оборудована поплавковыми реле РП-52 для ее автоматического пополнения и имеет поплавковый приём на расходных клапанах.

Расходная цистерна моторного топлива оборудована двумя реле уровня РУМ-13. Одно реле обеспечивает подачу сигнала при нижнем уровне топлива в цистерне, а другое реле при верхнем уровне топлива и обеспечивает отключение сепаратора.

Расходные клапаны в цистернах снабжены дистанционными затворами.

Для автоматического заполнения расходной цистерны и перекачки дизельного топлива установлен один электронасос марки ШФ5-25-3,6/4-5, обеспечивающий подачу 3,6 м³/ч при напоре 0,4 МПа, аналогичный насос установлен также и для перекачки моторного топлива.

В качестве резервного топливоподкачивающего насоса установлен насос НР40 с подачей 3,5 м³/ч при напоре 0,3 МПа.

Для сепарации моторного топлива применены два сепаратора топлива СЦ40 с подачей 1,5 м³/ч каждый. Для отходов сепарации применяется шламовая цистерна, оборудованная змеевиком для подогрева. Откачка шлама из цистерны производится шламовым насосом 2ВВ6 с подачей 6,3 м³/ч при напоре 0,4 МПа в цистерну трюмных вод или через палубную втулку на специальные суда.

Для подогрева моторного топлива установлены 4 электроподогревателя.

Отстойная цистерна моторного топлива ёмкостью 13,6 м³ оборудована мерным устройством, вентиляционной трубой приёмной и расходной арматурой, змеевиком для подогрева, двумя реле уровня РУМ-19.

В качестве основных и резервных топливоподкачивающих и резервного насоса охлаждения форсунок устанавливается 4 насоса производительностью 1 м³/ч, поставляемые в комплекте с главными двигателями.

Слив просачивающегося топлива из форсунок, поддонов насоса, из цистерн и фильтров производится в сточную топливную цистерну, установленную под сланью в машинном помещении.

Выкачка топлива из сточной цистерны производится топливоподкачи-вающим насосом моторного топлива.

Трубопровод топливной системы выполнен и смонтирован из стальных бесшовных труб, арматура латунная, стальная и чугунная.

Технический рассчет:

В энергетических установках с главными двигателями, работающими на тяжёлых сортах топлива, в его общем запасе предусматривают не менее 15 - 20% (меньшие значения относятся к морским судам, большие - к речным) дизельного топлива. Это топливо применяется при пуске главного двигателя и маневрировании судна.

При использовании тяжёлого топлива главными двигателями и автономными котлами его запас определяют по формуле:

G _т.т.у = [(0,85 - 0,80) b_e P_ey ?_x + B_а.к ?_к] * 10^-3, (1)

где:

- b_e = 0,218 - удельный расход топлива главных двигателей, кг/(кВт * ч);

- P_ey = 2 * 883 - эффективная мощность ГСЭУ, кВт;

- ?_х = 0,6 * 18 * 24 = 259,2 - продолжительность ходового режима в автономном плавании, ч;

- автономность плавания = 15 суток;

- B_а.к. = 21 - расход топлива автономными вспомогательными котлами в ходовом и стояночном режимах, кг/ч;

- ?_к = 0,4 * 18 * 24 = 172,8 - время работы автономных вспомогательных котлов в ходовом режиме и на стоянке, принимаемое по таблице загрузки автономных котлов, ч.

G_т.т.у = (0,8 * 0,218 * 2 * 883 * 259,2 + 21 * 172,8) * 10^-3 =

= (79831,112 + 3628,8) * 10^-3 = 83,46 т

В этом случае запас дизельного топлива, необходимый для работы главных и вспомогательных и двигателей, определяется по формуле:

G _т.л.у = [(0,15 - 0,20) b_e P_ey ?_x + b_e' P_ев' ?_х + b_e'' P_ев'' ?_с] 10^-3, (2)

где:

- b_e', b_e'' = 0,246 - удельный расход топлива вспомогательных двигателей соответственно в ходовом режиме и на стоянке, кг/(кВт * ч);

- P_ев', P_ев'' = 100 - эффективная мощность вспомогательных двигателей соответственно в ходовом режиме и на стоянке, кВт;

- ?_с = ?_к = 172,8 - длительность стояночных режимов в автономном плавании, ч.

G _т.л.у = (0,2 * 0,218 * 883 * 2 * 259,2+0,246 * 100 * 172,8+0,246 * 100 * 172,8)*10^-3 =

= (19957,778 + 4250,88 + 4250,88) / 1000 = 28,46 т

Вместимость запасных топливных цистерн V_з.т.ц, м³, вычисляют по выражению:

V_з.т.ц = k_m G_т / ?_т (3)

где:

- k_m = 1,1 - коэффициент, учитывающий «мёртвый» запас топлива;

- G_т - запас топлива, который определяется для соответствующей цистерны по формулам (1), (2);

- ?_т = 0,87…0,9 - плотность топлива, т/м³.

V_з.т.ц = 1,1 * 83,46 * 0,87 = 79,871

Для заполнения запасных и расходно-отстойных цистерн, перекачивания топлива из одних отсеков в другие и выдачи его с судна на берег или другим судам используют топливоперекачивающие насосы. Подача насоса Q_н, м³/ч, зависит от вместимости цистерн и определяется по выражению

Q_н = V_ц / ?_ц, (4)

где:

- V_ц - вместимость цистерны, м³;

- ?_ц = 1 - время заполнения или опорожнения цистерны, ч.

V_ц = k_m * 12 * x_д * b_e * P_e * 10^-3 / ? =

= 1,1 * 12 * 2 * 0,218 * 2 * 883 * 10^-3 / 0,87 = 11,68239

Q_н = 11,6824 / 1 = 11,682

Подачу насосов для переливания топлива из одной цистерны в другую и выдачи его с судна определяют с учётом обеспечения выкачивания топлива из наибольшей цистерны за 2 - 4 ч; время заполнения расходно-отстойной цистерны принимают равным 0,5 - 1,0 ч.

Тяжёлые сорта топлив содержат значительное количество смолистых веществ, растворимых и нерастворимых примесей, которые при сгорании его образуют золу, ускоряющую износ дизеля. Главными составными частями золы являются натрий, ванадий и сера. Путём промывки топлива водой можно удалить из него около 75% натриевых солей. Поэтому в системах тяжёлых сортов топлив производится промывка и очистка топлива в двух последовательно соединённых сепараторах. Первый сепаратор-пурификатор, в который подаётся топливо и горячая вода, работает как очиститель, обеспечивая промывку топлива водой, удаление воды и осадка из топлива, а второй сепаратор-кларификатор - как осветлитель, окончательно очищающий топливо. Перед очисткой в сепараторе топливо подогревается до температуры 55-70°С.

Производительность сепаратора Q_т.с, м³/ч, определяют из условия очистки суточной потребности топлива за 8-12 ч:

Q_т.с = 24 (x_д b_е P_е + x_д' b_е' P_ев) 10^-3 / [(8…12) ?_т], (5)

где:

- x_д - количество главных дизелей;

- P_е - эффективная мощность главного двигателя, кВт;

- x_д' - количество вспомогательных дизелей;

- P_ев - эффективная мощность главных двигателей, кВт;

- ?_т - плотность топлива, т/м³.

Q_т.с = 24 * (2 * 0,218 * 2 * 883 + 2 * 0,246 * 100) * 10^-3 / (12 * 0,87) =

= 24 * (769,976 + 49,2) * 10^-3 / 10,44 = 19,66 / 10,44 = 1,88

Непрерывная очистка топлива осуществляется фильтрами, которые устанавливают после запасных и расходных цистерн, перед топливоперекачивающими насосами и после них.

Обычно применяют спаренные топливные фильтры.

Их используют для грубой (поверхностные и щелевые) и тонкой (емкостные) очистки топлива.

Поверхностные фильтры имеют цилиндрические или дисковые матёрчатые сетки.

На речных судах для очистки топлива от крупных механических примесей наибольшее распространение получили щелевые фильтры (пластинчатые, ленточные и проволочные).

Фильтры тонкой очистки топлива (емкостные) обычно устанавливают в системе, непосредственно связанной с дизелем, перед насосом высокого давления. В качестве фильтрующих элементов применяют пористые материалы (войлок, фетр, бумагу, картон и др.), которые могут задерживать механические примеси размером до 3-6 мкм.

1.3 Модернизация топливной системы для работы на ВТЭ

1.3.1 Преимущества водотопливной эмульсии моторного топлива и целесообразность ее применения

Среди способов уменьшения выброса вредных веществ в атмосферу и повышения экономичности судовых энергетических установок использование в качестве топлива водотопливных эмульсий представляет большой интерес в настоящее время. И это неслучайно, так как имеющийся в этом направлении опыт выявил ряд преимуществ водотопливных эмульсий.

Как показал опыт, эмульсирование позволяет организовать работу дизеля на тяжелых сортах топлива. При оптимальном количестве присаживаемой воды можно получить также основные показатели двигателей, как и на чистом дизельном топливе, также снижается дымность, температура и токсичность выпускаемых газов. Появляется возможность форсировки дизелей (на 20%), что имеет большое значение для судов речного флота, где часто возникает необходимость использования максимальной мощности двигателей в различных эксплуатационных ситуациях (перекаты, мелководье и др.). Установлено, что применение эмульсий позволяет существенно экономить смазочные масла и увеличить ресурс выпускных клапанов при работе двигателей на тяжелых сортах топлива. Применение ВТЭ не требует каких-либо переделок двигателя, не связано с использованием дефицитных материалов, не нуждается в больших капиталовложениях. Установки ВТЭ могут быть выполнены на любом судостроительном или судоремонтном заводе.

1.3.2 Физико-химические основы процесса

Вода, находящаяся в смеси с топливом и равномерно распределенная по всей его массе в виде мельчайших капель, мгновенно испаряется в момент впрыска в камеру сгорания, так как она обладает более чем низкой температурой закипания, чем топливо. При испарении мельчайших капель воды наблюдается явление так называемых "микровзрывов", способствующих лучше-

му распыливанию, испарению и перемешиванию топлива с воздухом. Все это способствует улучшению процесса сгорания, повышению динамики тепловыделения (особенно в начальной стадии сгорания), увеличению полноты сгорания топлива, уменьшению продуктов неполного сгорания топлива, удельного сгорания топлива.

Теплота сгорания эмульсированного топлива с увеличением содержания воды в эмульсии снижается, происходит некоторое снижение среднего эффективного давления. Здесь необходимо увеличить цикловую подачу, при этом увеличивается продолжительность впрыска, но скорость тепловыделения повышается, и сгорание топлива заканчивается раньше. В период прогрева эмульсированной капли топлива объем ее значительно возрастает вследствие вскипания в ней воды. Водяной пар взрывает поверхностную пленку топлива на мельчайшие частицы, захватывает их и распределяет по всему объему камеры сгорания. Во время движения мелкие капли топлива быстро прогреваются и испаряются, хорошо перемешиваются с воздухом и интенсивно сгорают.

1.3.3 Особенности применения водотопливных эмульсий на основе католита.

Показатели качества воды, используемой для приготовления водотопливной эмульсии, в настоящее время не регламентируются. Но в некоторых исследованиях отмечена способность воды, находящейся в топливе, вызывать коррозию топливной арматуры и деталей цилиндропоршневой группы, а также их повышенный износ. Это заставляет в определенной мере регламентировать параметры воды, применяемой для приготовления водотопливной эмульсии. Такими параметрами являются: жесткость воды, водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал En. Для изменения качества воды существуют различные способы ее обработки: теплое воздействие под давлением, дегазация, омагничивание, воздействие акустических колебаний, изменение агрегатного состояния электрохимическая обработка.

Известно, что при проведении диафрагменного электролиза вода, обогащенная католитом, приобретает особые свойства. Обработка воды производится в специальном электролизере с полупроницаемой мембраной.

При обработке воды в электролизере имеют место глубокие окислительно-восстановительные процессы, приводящие к значительному изменению физико-химических свойств воды.

В процессе электрохимической активности изменяются такие важные физико-химические параметры воды, как водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал Еп, концентрация газов и солей жесткости.

Электролизер для обработки воды состоит из цилиндрического катода, внутри которого находится цилиндрический анод. Катод и анод разделены между собой полупроницаемой мембраной. Вода для обработки подается в нижнюю часть электролизера.

Железо относится к материалам малостойким в кислотах, недостаточно стойким в нейтральных и коррозийно-стойким в щелочных средах. Поэтому, католит, являясь щелочной средой, может использоваться для приготовления водотопливных эмульсий в виде такой коррозионной активности.

Экспериментально установлено снижение скорости износа деталей ЦПГ. При работе на водотопливной эмульсии на основе католита на 15,9 и 32,9% при содержании воды 10 и 20% соответственно, снижение удельного расхода топлива на 2 - 6% и температуры выпускных газов на 3 - 5%. Содержание СО в выпускных газах с увеличением концентрации воды снижается на 12%, окись азота снижается в 2 и более раз, сажи более чем в 10 раз. Это подтверждает более высокую эффективность и перспективность применения этой системы для улучшения экономических, эффективных и экологических показателей для среднеоборотных дизелей.

1.3.4 Описание и принцип действия топливной системы

Основной запас топлива хранится в цистернах основного запаса топлива Ц1, Ц2, Ц5. Прием топлива осуществляется через приемные горловины, расположенные на главной палубе по левому и правому бортах. Контроль за наполнением топлива в расходные цистерны осуществляется через смотровые окна. Уровень топлива в цистернах контролируется через мерные трубы при помощи футштоков и датчиков уровня. В цистернах моторного топлива установлены змеевики, которые позволяют с помощью горячей воды подогревать моторное топливо непосредственно в цистернах основного запаса.

В машинном отделении имеются два насоса для перекачки дизельного и моторного топлива, которые могут перекачивать топливо в любую топливную цистерну.

Система снабжения сепараторами моторного топлива СЦ40. Моторное топливо из любой запасной цистерны моторного топлива поступает к насосу сепаратора "СЦ". От насоса сепаратора топливо поступает в подогреватель "ТА", далее - в батареи для сепарации. Отсепарированное топливо подается насосами сепаратора "НШ" через проходной кран в расходную цистерну моторного топлива. Предусмотрена возможность последовательной работы сепараторов.

При работе судовой силовой установки на моторном топливе поток топлива на питание дизеля происходит по следующему пути.

Из расходного бака моторного топлива через фильтр грубой очистки топливо подается к топливоподкачивающему насосу, который приводится в действие электродвигателем. Затем топливо под давлением подается через топливоподогреватель, фильтры тонкой очистки к блоку клапанов переключения топлива. Блок имеет шесть одновременно срабатывающих проходных клапанов с дистанционным приводом. Клапан НО открыт при работе дизеля на моторном топливе и закрыт при работе на дизельном. Клапан НЗ закрыт при работе на моторном топливе и открыт при работе на дизельном. Моторное топливо, подошедшее к блоку клапанов, омывает датчик защиты подогрева

моторного топлива, затем оно проходит через клапаны КН10 блока клапанов и далее поступает на питание дизеля.

Избыток топлива (производительность насоса превышает потребность дизеля в номинальном режиме более чем в 4 раза) через регулятор давления, поддерживающий в дизеле постоянное давление 0,1 МПа, подводится к блоку питания клапанов и через клапан К5 направляется в дежурный бак моторного топлива к патрубку подвода избыточного топлива.

Таким образом, топливо постоянно циркулирует по указанной кольцевой системе, поддерживая в последней постоянную температуру.

Работа силовой установки на дизельном топливе происходит в период, предшествующий длительной остановке дизеля, а также при различных аварийных ситуациях, при которых использование моторного топлива не допускается.

Завод допускает работу дизелей на дизельном топливе в номинальном режиме без ограничения времени.

При работе на дизельном топливе насос моторного топлива отключается после выключения подогревателя и моторное топливо в системе не циркулирует.

Клапаны КТ 1…6 переключатся в положение противоположное моторному топливу (то есть клапан НО будет закрыт, клапан НЗ открыт).

Дизельное топливо из расходной цистерны Ц4 через фильтры грубой очистки поступает на всасывание навешенного на двигатель топливоподкачивающего насоса, охлаждает форсунки и подходит к блоку клапанов. Затем через клапан КЗ 6 и фильтр тонкой очистки топлива поступает на питание дизеля. Избыток топлива через регулятор давления поступает к блоку клапанов БК и через клапан к терморегулятору далее по описанному выше контуру на всасывание навесного насоса охлаждения форсунок.

Процесс управления системой сводится к нажатию кнопки соответствующего топлива (дизельного или моторного). Все остальные операции под-

готовки топлива к переключению и самопереключению осуществляются автоматически и сопровождаются соответствующей сигнализацией.

Дизели имеют индивидуальные системы топливоподготовки и допускают работу дизелей индивидуально на дизельном и моторном топливе независимо друг от друга.

1.3.5 Описание и принципы работы установки для приготовления ВТЭ

Используемый способ приготовления ВТЭ позволяет получить высокодисперсную водотопливную эмульсию в количестве достаточном для работы главных двигателей. Хорошее качество эмульсии обеспечивается многократной циркуляцией смеси вихревым насосом по замкнутому контуру. Работа системы происходит следующим образом: при включении электропитания на блок управления агрегатом, открывается электромагнитный клапан КЭ7 и включается электролизер.

При этом вода поступает на обработку в электролизер, и после обработки направляется в бак католита. При наполнении бака до верхнего уровня датчик ВУ подает сигнал на отключение электролизера и включение насоса. Топливо и вода одновременно подаются в эжектор, откуда поступают в рабочий бак Ц6 водотопливной эмульсии.

В зависимости от наполнения включается и выключается насос НШ4 подачи топлива. Вихревой насос Н циркулирует водотопливную эмульсию и тем самым поддерживает нужное агрегатное состояние смеси.

Подвод водотопливной эмульсии осуществляется в существующую магистраль моторного топлива, где происходит ее подогрев в топливоподогре-вателе до 80°С. Подогрев производится с целью уменьшения вязкости до вязкости приблизительно равной вязкости дизельного топлива.

1.3.6 Применение водотопливной эмульсии

По данным ЦНИДИ, из всех способов подавления образования вредных веществ в дизелях наиболее универсальный - применение ВТЭ, причем этот способ является наиболее подходящим для судовых условий. Практические исследования показали, что использование ВТЭ в дизелях обладает следующими особенностями:

- вода, содержащаяся в эмульсии, способствуя лучшему горению топлива, обеспечивает незначительное повышение экономичности на величину до 5% в процессах низкого качества (т.е. частичных нагрузках, переходных режимах), но снижает экономичность в процессе высокого качества на 1.5-2%;

- при работе двигателя на ВТЭ за счет улучшения полноты сгорания топлива в 2-3 раза снижается дымность ОГ и за счет снижения температуры горения сокращаются выбросы оксидов азота на 30-50%, при содержании воды в топливе 15-40% соответственно.

Процесс объемного смесеобразования при работе на эмульсии дизельного топлива носит двух стадийный характер: первичный - грубое распыливание в струе и вторичный (более мелкий) - при упругом отражении от стенки КС. Значимость вторичного объемного смесеобразования возрастает по мере уменьшения размеров КС.

Наиболее надежной и эффективной является технология приготовления ВТЭ в зависимости от режима работы двигателя. Последнее позволяет достигать наименьших вредных выбросов и наилучшей эксплуатационной экономичности в поле рабочих режимов дизеля. Особое место в технологии занимает возможность плавного перехода при сбросах нагрузки дизеля от максимальной концентрации воды до перехода на чистое топливо при нагрузках ниже 20-30% от номинальной. Такая необходимость обусловлена тем, что на холостом ходу и малых нагрузках дизеля, применение ВТЭ создает только совокупный отрицательный эффект.

Прямой впрыск воды в цилиндр уменьшает образование Кох за счет снижения температуры пламени. Чем лучше смесь, тем больше будет снижаться уровень МЭх.

Некоторые двигателестроительные фирмы предпочитают один инжектор с двумя форсунками, другие рассматривают проблему смешивания воды и топлива в системе и впрыскивание эмульгированной горючей смеси через одну форсунку.

Другой вариант - две отдельные системы впрыска.

Если бы вода могла составить более 50% объема впрыскиваемого топлива, то производительность системы впрыска должна была значительно повыситься.

Но такая система должна бы иметь свои предохранительные средства против затопления двигателя.

При любом выборе системы необходимо отключение воды на короткое время перед остановкой двигателя для предотвращения коррозии. Фирма «МАН Б-В» рекомендует, чтобы ее эмульсионно-топливные двигатели запускались на неразбавленном топливе до режима частичной нагрузки.

Наиболее эффективным является способ применения ВТЭ, который позволяет практически, не снижая удельного расхода топлива для двигателей, работающих на дизельном топливе существенно снизить как выбросы оксидов азота, так и продукты неполного сгорания. Однако, применение ВТЭ усложняет систему топливоподачи.

Следует учитывать, что ВТЭ начинает расслаиваться через четыре часа хранения. Также имеются сложности использования ВТЭ на частичных режимах, тут возможно обводнение цилиндра и попадание воды в масло. При внезапной остановке двигателя необходимо принять меры для того, чтобы в топливной аппаратуре не осталась вода. При применении тяжелых сортов топлива ВТЭ может быть экономически оправдано.

Неисправности топливной аппаратуры также приводят к увеличению вредных выбросов дизеля.

1.3.7 Сущность электрогидравлического эффекта

Электрогидравлический эффект (ЭГЭ) - новый промышленный способ преобразования электрической энергии в механическую, совершающийся без посредства промежуточных механических звеньев, с высоким КПД. Сущность этого способа состоит в том, что при осуществлении внутри объема жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, специально сформированного импульсного электрического (искрового, кистевого и других форм) разряда вокруг зоны его образования возникают сверхвысокие гидравлические давлении, способные совершать полезную механическую работу и сопровождающиеся комплексом физических и химических явлений.

В основе электрогидравлического эффекта лежит ранее неизвестное явление резкого увеличения гидравлического и гидродинамического эффектов и амплитуды ударного действия при осуществлении импульсного электрического разряда в ионопроводящей жидкости при условии максимального укорочения длительности импульса, максимально крутом фронте импульса и форме импульса, близкой к апериодической.

Для электрогидравлического эффекта характерен режим выделения энергии на активном сопротивлении контура, близком к критическому, т.е. когда 1С < R2/4L, где C - ёмкость конденсатора, R и L - активное сопротивление и индуктивность контура.

Основными факторами, определяющими возникновение электрогидравлического эффекта, являются амплитуда, крутизна фронта, форма и длительность электрического импульса тока. Длительность тока измеряется в микросекундах, поэтому мгновенная мощность импульса тока может достигать сотен тысяч киловатт. Крутизна фронта импульса тока определяет скорость расширения канала разряда. При подаче напряжения на разрядные электроды в несколько десяток киловольт амплитуда тока в импульсе достигает десятков тысяч ампер. Все это обусловливает резкое и значительное возрастание давления в жидкости, вызывающее в свою очередь мощное механическое действие разряда.

Осуществление электрогидравлического эффекта связано с относительно медленным накоплением энергии в источнике питания и практически мгновенным ее выделением в жидкой среде. Основные действующие факторы ЭГЭ:

- высокие и сверхвысокие импульсные гидравлические давления, приводящие к появлению ударных волн со звуковой и сверхзвуковой скоростями;

- значительные импульсные перемещения объемов жидкости, совершающиеся со скоростями, достигающими сотен метров в секунду;

- мощные импульсно возникающие кавитационные процессы, способные охватить значительно большие объемы жидкости;

- инфра- и ультразвуковые излучения;

- механические резонансные явления с амплитудами, позволяющими осуществлять взаимное отслаивание друг от друга многокомпонентных твердых тел;

- мощные электромагнитные поля (десятки тысяч эрстед);

- интенсивные импульсно световые, тепловые, ультрафиолетовые, а также рентгеновские излучения;

- импульсные гамма- и (при очень больших энергиях импульса) нейтронное излучения;

- многократная ионизация соединений и элементов, содержащихся в жидкости.

Такие ударные перемещения жидкости, возникающие при развитии и схлопывании кавитационных полостей, способны разрушать неметаллические материалы и вызывать пластические деформации металлических объектов, помещенных вблизи зоны разряда. Мощные инфра- и ультразвуковые колебания, сопровождающие электрогидравлический эффект, дополнительно диспергируют уже измельченные материалы, вызывают резонансное разрушение крупных объектов на отдельные кристаллические частицы, осуществляют интенсивные химические процессы синтеза, полимеризации, обрыва сорбционных химических связей. Высокий КПД электрогидравлического эффекта, а также уникальные возможности электрогидравлического воздействия являются основой для широкого применения электрогидравлического эффекта во всех областях народного хозяйства.

1.3.8 Принципиальная электрическая схема получения электрогидравлического эффекта

Начиная с 1933 г, исследовались явления, возникающие в зоне высоковольтного искрового разряда в жидкой среде. В начальной стадии эти исследования подтвердили существующие данные о том, что такой разряд легко возникает только в диэлектрических жидкостях, а в жидкостях с ионной проводимостью происходит лишь в случаях очень малой длины искрового промежутка и всегда сопровождается обильным газо- и парообразованием. Механическое воздействие жидкости на объекты, помещенные вблизи канала разряда, получаемого по традиционной схеме с прямым подключением конденсатора на разрядный промежуток в жидкости, практически ничтожно для жидкостей с ионной проводимостью и сравнительно ощутимо лишь в среде жидких диэлектриков. Оно определяется весьма незначительными давлениями внутри парогазового пузыря, возникающего вокруг зоны разряда. Создающиеся в жидкости гидравлические импульсы имеют пологий фронт и значительную длительность протекания, при этом обладают небольшой мощностью.

В связи с этим необходимо было найти условия, в которых действие гидравлических импульсов могло бы быть резко усилено. Для этого требовалось уменьшить толщину парогазовой оболочки и сократить продолжительность разряда, в течение которого она создается. Одновременно необходимо было повысить мощность единичного импульса. Решить эту задачу оказалось возможным путем разработки принципиальной электрической схемы, которая обеспечила подачу тока на рабочий промежуток в виде короткого импульса при помощи мгновенного «ударного» подключения накопителя энергии.

С этой целью автором был введен в электрическую схему формирующий воздушный искровой промежуток, что позволило в жидкостях с ионной проводимостью изменить характер искрового разряда, резко усилить его механическое действие.

Дополнительный формирующий воздушный, промежуток позволяет накапливать заданное количество энергии с импульсной подачей ее на основной промежуток; значительно сократить длительность импульса и предотвратить возникновение колебательных процессов; создавать крутой фронт импульса, исключая возможность перехода к дуговому разряду



Рисунок 1- Электрическая схема для воспроизведения ЭГЭ с одним формирующимся промежутком

R - зарядное сопротивление;

Тр - трансформатор;

У - выпрямитель;

ФП - формирующийся искровой промежуток;

РП - рабочий и искровой промежуток в жидкости;

С - рабочая емкость-конденсатор.

Таким образом, для создания электрогидравлических ударов была предложена схема, включающая источник питания с конденсатором в качестве накопителя электрической энергии. Напряжение на конденсаторе повышается до значения, при котором происходит самопроизвольный пробой воздушного формирующего промежутка, и вся энергия, запасенная в конденсаторе, мгновенно поступает на рабочий промежуток в жидкости, где и выделяется в виде короткого электрического импульса большой мощности. Далее процесс при заданных ёмкости и напряжении повторяется с частотой, зависящей от мощности питающего трансформатора. Автором также была предложена схема с двумя формирующими промежутками. Как оказалось, введение двух формирующих искровых промежутков позволяет получить некоторое повышение крутизны фронта импульса, а главное, делает схему симметричной, более управляемой и безопасной в обращении. Но, поскольку при этом возрастание крутизны фронта импульса невелико, а сложность изготовления схемы повышена, на практике ее почти не используют.

1.3.9 Явления, происходящие в жидкости при электрогидравлическом эффекте

Автор впервые наблюдал электрогидравлический эффект в открытом сосуде, заполненном жидкостью (водой). Уже в ходе первых экспериментальных исследований было установлено, что при пробое жидкости по схемам, представленным на рис. 1.1 и 1.2, вокруг канала разряда возникает зона высокого давления, диаметр которой пропорционален мощности импульсам. Высокие гидравлические давления по мере удаления от разряда быстро падают, примерно пропорционально квадрату расстояния от него. Жидкость, получив ускорение от расширяющегося с большой скоростью канала разряда, перемещается от него во все стороны, образуя на том месте, где был разряд, значительную по объему полость, названную кавитационной, и вызывая первый (основной) гидравлический удар. Затем полость также с большой скоростью смыкается, создавая второй кавитационный гидравлический удар. На этом единичный цикл электрогидравлического эффекта заканчивается, и он может повторяться неограниченное число раз соответственно заданной частоте следования разрядов.

Развитие искрового разряда во времени происходит путем последовательного «прорастания» стримеров в межэлектродном промежутке. Растущий стример, как правило, состоит не из одного, а из многих каналов с многочисленными ответвлениями от них. Рост каждого отдельного «уса»-стримера является ступенчато-прерывным процессом и представляет собой последовательное разряжение гидроксильных ионов, ОН~ из все новых и новых и довольно значительных объемов жидкости, лежащих на пути стримера. Характер и последовательность процесса для нескольких этапов развития приведены на рис. 2.

Если рассмотреть падение напряжения только на одном усе стримера, то оно имеет характерную ступенчатость, но, поскольку рост отдельных усов происходит несинхронно с другими, эта ступенчатость взаимно перекрывается, становится слабо выраженной, а для всего процесса в целом даже совсем исчезает (3). Образовавшийся канал стримера проходит в области, имеющей лишь разрядившиеся ионы ОН- и нейтральные к процессу роста, i-тримеров ионы Н+, т. е. в области электрически нейтральной, электрически изолирующей канал от окружающей среды.

модернизация топливо электролизер

Рисунок 2- Принципиальная схема развития растущего стримера и окружающей его принципиально газовой оболочки.

а - этап ступенчатого развития -прорастания стримера. 1-отдельные боковые «усы» стримера ; 2 - оболочка; 3 - главный канал стримера; 4 - канал уса стримера; 5 - оболочка; 6 - электрод;

В процессе роста стримеров возникает основная масса тех газообразных продуктов, из которых в дальнейшем образуется парогазовая рубашка канала искрового разряда. Пузырьки газов, образующиеся в жидкости на усах стримеров при их росте, существуют относительно долго и даже тогда, когда тот или иной ус уже исчезает. Эти пузырьки могут довольно ярко светиться желто-оранжевым или фиолетово-розовым цветом под влиянием собственных полей разряда. При некотором навыке их можно наблюдать визуально.

При некоторых значениях параметров импульса могут возникать самые различные формы искрового канала, связанные с неполным его образованием. Канал может существовать, например, как составленный из ярко-белой «толстой» и слабосветящейся розово-фиолетовой «тонкой» частей. Иногда также при определенных значениях параметров импульса можно наблюдать и появление «перистого» стримера, идущего от отрицательного электрода к положительному.

При прохождении стримера через жидкость (в рассматриваемом случае через воду) ионы жидкости, разряжаясь на растущий стример как на «выдвижной» электрод, образуют на уже возникшей его поверхности (кроме непрерывно растущего переднего конца) тонкую газовую пленку, отделяющую уже оформившийся ствол или ветвь стримера от окружающей жидкости. Таким образом, происходит своеобразное явление, названное автором явлением самоизоляции разряда, способствующее увеличению эффективности всего процесса. Изолирующую пленку образуют атомарные и молекулярные кислород и водород, газообразная перекись водорода, а также электрически нейтральные свободные радикалы Н, ОН, существующие в парах воды. Поскольку рост стримера совершается не только в пространстве, но и во времени, то его «основание» -- у острия положительного электрода -- оказывается «старше» его «вершины» -- продолжающего расти конца стримера. Таким образом, газовая оболочка -- «рубашка» стримера -- также развивающаяся во времени, оказывается более «толстой» там, где время ее существования больше. Кроме того, из острия положительного электрода при формировании разряда отходит значительное количество усов, исчезающих после образования главного канала. При исчезновении этих стримеров их газовые оболочки стягиваются с них в основном в оболочку будущего «главного» стримера, еще более увеличивая ее толщину вблизи его «основания» (см. рис. 2)

По-видимому, в разрядах молнии, имеющих канал разряда, достигающий иногда 10 км и более, описанное выше явление «самоизоляции» разряда единственно способно объяснить прорастание стримеров на «сверхдлинные» расстояния, которые могут проходить лидеры и главный канал разряда молнии при совершенно недостаточных для этого напряжениях. Расширяющийся канал стримера молнии вытесняет из занятого им объема воздух и пары воды на периферию канала -- в его оболочку. Таким образом, получается своеобразное сходство двух, казалось бы, совершенно разнородных явлений. По сути дела, и разряд обычной молнии, и разряд, создающий явление электрогидравлического эффекта, возникают в воде. Только в одном случае канал разряда окружает большой объем воды, а в другом -- только тонкая пароводяная пленка. Однако на характер процесса это, по-видимому, почти не влияет, и поэтому закономерности развития обоих процессов чрезвычайно сходны между собой.

Известно, что длинные молнии бывают, как правило, «положительными», т. е. такими, стримеры которых развиваются от положительного электрода, а электроны, следовательно, движутся к нему, что непосредственно вытекает и из предложенного здесь понимания процесса. Исходя из аналогичных представлений, следует допустить, что «отрицательные» молнии должны иметь много общего с реверсивными разрядами, вписываемыми ниже.

С момента образования стримера в жидкости между электродами начинается и первый этап существования кавитационной полости. В этот период полость представляет собой тонкую трубку, окружающую канал стримера, своим существованием она обязана выделяющимся на поверхности канала и сливающимся между собой пузырькам газов. При этом внутри этой трубки давления будут относительно малы. Подлинный рост полости начинается только вместе с ростом диметра канала разряда при переходе его в искровую форму I - наступлением собственно пробоя. Резкое повышение температуры канала (до 40 000 °С и более) вызывает появление дополнительного количества продуктов разложения самой жидкости к находящихся в ней веществ в оболочке канала, что и определяет еще более редкий скачок давлений в ней. Огромное сопротивление процессу расширения со стороны окружающей канал жидкости способствует еще более резкому нарастанию давлений в оболочке канала, в силу чего явление приобретает характер взрыва.

Жидкости сообщаются все большие и большие ускорения, и она разлетается в стороны от линии канала разряда, образуя полость. При этом не следует забывать, что оболочка канала (преимущественно газовая у стримера и парогазовая - у искрового разряда) является электрической и тепловой изоляцией канала от окружающей среды, в том числе и от потерь тепла при лучеиспускании.

Однако процесс протекает при давлениях, значения которых заведомо превышают критические, при которых исчезает разница между паром и жидкостью, а поэтому пар как таковой в этой оболочке либо не появляется вообще, либо появляется и том случае, когда при некоторых параметрах импульсов его, существование становится возможным.

Характеризуя состояние вещества в парогазовой рубашке канала, следует предположить его неоднородным и плавно переходящим от состояния плазмы к состоянию нормальной жидкости по мере удаления рассматриваемого участка слоя от оси канала.

Передача энергии жидкости, через тонкий слой эластичной парогазовой рубашки совершается не только в тот период, Когда диаметр канала растет, но и некоторое время спустя, после того как этот рост прекратится.

С увеличением диаметра канала, разряда толщина слоя парогазовой рубашки его растет непропорционально этому увеличению, по сути дела она остаётся постоянной, а при некоторых режимах даже уменьшается. Именно этим обстоятельством

обеспечивается постоянство условий передачи давлений в окружающую жидкость не только на стадии расширения канала, но и в течение некоторого времени после того, как его рост прекратится.

При образовании кавитационной полости от границ этой полости отрывается и уходит в жидкость ударная волна.