Управление главной судовой дизельной установкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

57

Управление ГСДУ при страгивании с места и разгоне судна

При страгивании с места (старте) судна ГСДУ должна преодолеть не только сопротивление воды и воздуха, но и инерцию массы судна. Поэтому движущее усилие на гребном винте при старте и разгоне должно превышать его величину при равномерно-поступательном движении судна. Для анализа взаимодействия элементов пропульсивного комплекса и выявления необходимых решений и действий при управлении ГСДУ в этой ситуации рассмотрим динамические характеристики (кривые действия) ВФШ (рис. 5). Они позволяют судить о работе гребного винта на различных режимах.

При старте судна его скорость равна нулю или близка к нему. Следовательно, относительная поступь винта л_р=V_p/(n_BD_B)=0 (точка а на рис. 5). Безразмерный коэффициент момента к₂, являющийся функцией относительной поступи, имеет при этом максимальное значение. Вращающий момент на винте, рассчитываемый по выражению M_B=k₂сn_B²D_B⁵, может быть изменен, как это видно из формулы, только путем изменения частоты вращения гребного винта (остальные величины, входящие в состав выражения, имеют постоянные значения). Во избежание чрезмерной механической напряженности деталей двигателя, передачи, валопровода из-за перегрузки их по вращающему моменту при страгивании судна с места необходимо поддерживать по возможности наименьшую частоту вращения.

Режим работы пропульсивного комплекса на старте судна соответствует самой тяжелой винтовой характеристике - швартовной. При этом нулевому значению относительной поступи л_р (см. точку а на рис. 5) соответствуют: скольжение S=1, максимальные значения коэффициентов упора к₁ и момента к₂ и к.п.д. винта з_p=0.

Для процесса разгона ГСДУ и судна решающее значение имеют величины приращения частоты вращения главных дизелей, момента вращения на гребном винте и скорости судна. Они не должны допускать ни тепловых, ни механических перегрузок элементов пропульсивного комплекса.

Продолжительность разгона - это промежуток времени от момента начала самостоятельной работы дизеля (от момента запуска его) до достижения заданного режима эксплуатации (например, номинального режима). Сокращение продолжительности разгона ГСДУ ниже допустимого

предела вследствие малых значений относительной поступи л_р и больших значений коэффициентов момента к₂ и упора к₁ как и при старте судна, приводит к «забросам» вращающего момента на гребном винте, что может вызвать как поломки на линиях валопровода, так и тепловую перегрузку дизелей. Если заданным является номинальный (расчетный) режим работы дизеля, то на кривых действиях винта концу района должна соответствовать точка b. При этом величины скольжения Л', относительной поступи л_р, коэффициентов момента к₂ и упора к₁ близки к оптимальным значениям, при которых к.п.д. винта достигает максимума.

Время разгона зависит от типа и мощности ГСДУ, водоизмещения судна, конструктивных особенностей элементов передачи и гребного винта. В значительной степени оно определяется тепловыми деформациями деталей главных дизелей, ограничениями по среднему эффективному давлению р_тe и вращающему моменту дизелей М_е, а также некоторыми другими ограничениями по параметрам элементов ГСДУ. Кроме того, увеличивать время разгона приходится и по следующим причинам:

· из-за резкого возрастания сопротивления воды при слишком быстром увеличении частоты вращения дизеля;

· из-за необходимости значительного наращивания кинетической энергии судна при большом его водоизмещении;

· вследствие необходимости в ряде случаев значительного увеличения кинетической энергии больших вращающихся масс комплекса двигатель - валопровод - винт.

При анализе неустановившихся режимов работы ГСДУ, например, в процессах реверсирования дизелей и торможения судна, важным является и учет условий работы винта на участках его динамических характеристик с отрицательным скольжением и при нулевом скольжении. Поэтому рассмотрим и характерные точки на кривых действия винта, соответствующие этим условиям.

В точке с (см. рис. 5) винт работает с нулевым скольжением S=0 и относительной поступью, равной шаговому отношению: л_р =H_B/D_B. При этом поступь винта h_p равна шагу нулевого упора - геометрическому шагу H_В (при S = 0, h_Р = Н_В и Р_Д = 0). Хотя коэффициент упора К₁ и упор винта Р_д в этой точке равны нулю, но коэффициент момента к₂ не равен нулю (к₂=0). Подводимый при этом к винту момент расходуется на преодоление профильного сопротивлении лопастей винта.

В точке d скольжение имеет отрицательные значения (S<0), а отрицательная поступь винта больше его шагового отношения л_р > H_B/D_B при этом коэффициент момента к₂ и подводимый к винту момент равны нулю (к₂=0,М_в = 0).

Начиная с этой точки, винт работает в набегающем потоке в режиме гидротурбины и создает отрицательный упор, тормозящий движение судна. На участке динамических характеристик между точками с и d винт оказывается как бы парализованным: он уже не является движителем, но еще не стал и турбиной. Этот интервал Ф.А. Бриксом был назван областью параля.

Отмеченные особенности взаимодействия элементов пропульсивного комплекса при старте и разгоне судна должны учитываться при управлении ГСДУ в этих условиях.

Управление ГСДУ в условиях переменного ветра, волнения и различной осадки

Проблема управления ГСДУ и регулирования скорости хода судна в условиях переменного ветра и волнения, как правило, сводится к решению двух основных задач:

во-первых, к определению экономичного и безопасного для главного двигателя среднего уровня мощности с последующей подрегулировкой ее в зависимости от постепенно изменяющихся условий плавания;

Правильное регулирование дизелей, обеспечивающее защиту их по нагрузке и вращающему моменту, будет достигаться при условии, что за счет изменения мощности двигателя упор винта (или его вращающий момент) будет сохраняться постоянным независимо от интенсивности волнения. Реализуется это подрегулировкой частоты вращения двигателя и винта: в_п=G/Ve, кг/км.

во-вторых, к регулированию мгновенных значений мощности и частоты вращения при быстрых изменениях нагрузки на винт, происходящих вследствие качки, при волнении и ветре.

Рациональное управление ГСДУ заключается в поддержании скорости вращения гребного винта.

При быстрых колебаниях моментов на гребном валу (от волны к волне) уровень мощности ГСДУ желательно менять так, чтобы поддерживать п = const. Достигается это с помощью всережимных регуляторов. В условиях волнения всережимные регуляторы обеспечивают меньший расход топлива, нежели предельные. При этом вследствие инерционности корпуса судна скорость его не успевает измениться при быстрых (от волны к волне) изменениях момента на гребном валу и продолжает оставаться постоянной.

Рациональное управление ГСДУ при плавании с переменной осадкой (например, когда за время рейса сдается или дополнительно принимается груз в промежуточных пунктах следования судна) заключается в поддержании постоянства минимального удельного расхода топлива. Если предположить, что пропульсивный к.п.д. при этом изменяется мало, то постоянство минимального удельного расхода топлива будет означать и постоянство мощности ГСДУ, работающей на наиболее экономичном в надежном режиме. Но это осуществимо лишь при движении судна по достаточно глубоководным участкам пути. При работе судов на мелководье или в каналах к регулированию мощности ГСДУ требуется особый подход.

Управление ГСДУ при работе на мелководье и в канале

Глубину воды под килем судна H_к, при которой начинает сказываться влияние мелководья на работу ГСДУ, ориентировочно можно оценить по формуле А.Н. Крылова:

H_k=1,5V_c²/g +T,

где Т - осадка судна, м; g - ускорение свободного падения, м/с².

Как видно из формулы, величина Н_к сильно зависит от скорости судна, которая легко поддается регулированию при управлении ГСДУ.

Для анализа влияния мелководья на работу пропульсивного комплекса рассмотрим в координатах R - V_c кривые сопротивления воды движению судна на глубокой воде и на мелководье 2 (рис. 3).



Из-за повышения прежде всего сопротивления трения воды и волнового сопротивления, начиная с некоторой точки 1, сопротивление движению судна на мелководье резко возрастает. При одной и той же скорости движения судна V_co разница в сопротивлениях на мелководье R_M (точка 2' на рис. 3) и глубокой воде R_rn (точка 2'') достигает весьма значительной величины. Для того, чтобы сохранить сопротивление таким же, как и на глубокой воде (R_M = R_ГЛ), а следовательно, и сохранить нормальную нагрузку и напряженность (тепловую и механическую) дизелей ГСДУ, скорость судна необходимо снизить с V_С.О_ до V_С2 (точка 2 на рис. 3).

Если судно движется по мелководному фарватеру, ограниченному также и по ширине (например, при движении по корыту переката на реке или при ходе в канале), сопротивление его движению возрастает в еще большей степени. Происходит это главным образом из-за увеличения сопротивления трения и сопротивления формы обводов корпуса судна (вихревого).

В условиях ограниченного по ширине фарватера в канале наибольшим изменениям подвергается составляющая полного сопротивления, вызываемая волной (волновая составляющая). На ее величину помимо скорости, осадки и формы обводов корпуса судна большое влияние оказывает также форма сечения канала. Наиболее резкое возрастание волнового сопротивления начинает проявляться тогда, когда ширина канала прямоугольного поперечного сечения становится меньше длины судна.

Управление ГСДУ при толкании состава или буксировке воза

Упор гребного винта Р_д, как известно из гидродинамики судов, определяется по выражению

P_Д=к₁сn_B²D_B⁴

где к₁ - безразмерный коэффициент упора; с - плотность забортной воды, кг/м³.

Как мы уже отмечали, полезная тяга винта (эффективный упор) с поправкой на коэффициент засасывания t находится через упор винта по формуле

Р_е.д.=Р_д(1-t)

У одиночного (без состава, воза) одновинтового судна полезная тяга винта равна по величине и противоположна по направлению сопротивлению движения судна Р_е.д.=R.

Для буксира-толкача с составом барж (на тросе или при толкании), а также для грузового судна, ведущего баржу под бортом, сила сопротивления движению R_CQCT, кН, складывается из силы сопротивления движению самого буксира-толкача, кН, с заданной скоростью движения состава М_сост при толкании или буксировке и тягового усилия (тяги на гаке) буксира-толкача при ведении воза на тросе или усилия толкания (упора при толкании) при ведении барж методом толкания, а также под бортом Z, кН:

R_сост=R_бт+Z

В этом случае Ре. д. = R_сост=R_бт+Z то есть часть полезной тяги винта, тратится на толкание (буксировку) состава (воза):

Z=P_ед-R_бт.

Характеристикой тяговых качеств судна, выполняющего толкание или буксировку составов, служит так называемый коэффициент состава (воза) . Он находится как отношение тяговой мощности Z V_сост к мощности, подводимой к движителю, Р_в:

з_Z=(Z*V_сост)/Р_В

Для анализа условий работы ГСДУ буксира-толкача рассмотрим (рис. 4)

Графические зависимости полезной тяги Р_е.д. при толкании (буксировке) в функции от скорости движения V_c, то есть кривые Р_{е д} =f(V_c). Эти зависимости показаны при движении буксира-толкача без воза, с одной баржей и двумя баржами. Из характера кривых и их взаимного расположения следует:

· во-первых, с увеличением скорости движения полезная тяга, а значит, и тяга на гаке во всех рассматриваемых случаях возрастает, но не в одинаковой степени;

· во-вторых, при той же скорости тяга на гаке увеличивается (вместе со всей полезной тягой) по мере увеличения количества буксируемых барж;

· в-третьих, для предотвращения перегрузки ГСДУ необходимо поддерживать постоянным номинальный вращающий момент главных дизелей М_{с 0}. Для выполнения условия М_ео = const нужно снижать скорость движения судна с составом. Достигается это соответствующим снижением частоты вращения дизелей ГСДУ.

При встречающихся в практике случаях использования судов на работах, не совпадающих с их прямым назначением, механику при управлении ГСДУ необходимо иметь в виду, что винт фиксированного шага (ВФШ), рассчитанный для режима свободного хода транспортного судна, оказывается тяжелым для хода с баржей под бортом. Если же ВФШ рассчитан для буксира-толкача, то есть для нормального режима при ходе с составом или возом, то он оказывается легким при движении буксира-толкача без состава («легкачом»). В первом случае при движении транспортного судна с баржой под бортом или на буксире, чтобы не перегрузить главный дизель, мощность его приходится регулировать в сторону снижения. В результате получается, что при ходе с баржами мощность ГСДУ транспортных судов с ВФШ недоиспользуется. Во втором случае недоиспользование полной мощности ГСДУ происходит при свободном ходе буксира-толкача, так как его ВФШ спроектирован для нормальной работы с составом.

При использовании на судах винта регулируемого шага (ВРШ) появляется возможность передачи на винт полной мощности ГСДУ при любом сопротивлении и скорости судна или состава. Это особенно важно для судов, сопротивление движению которых изменяется в процессе эксплуатации в широких пределах, - буксиров-толкачей, ледоколов, спасательных судов, траулеров и др.

Использование ВРШ на них дает возможность путем изменения шагового отношения (H_B/D_B) влиять на величину эффективного упора (полезной тяги) винта и получать благодаря этому выигрыш или в тяге на гаке, или в скорости свободного хода судна.

Влияние взаимодействия элементов пропульсивного комплекса на ходовую характеристику

При различных условиях плавания судна результатом взаимодействия элементов пропульсивного комплекса всегда является скорость судна. Поэтому в практике эксплуатации ГСДУ анализ взаимодействия этих элементов часто бывает удобно выполнять с помощью ходовой характеристики, выражающей зависимость на установившихся режимах между мощностью главного двигателя, частотой вращения гребного винта и скоростью судна. Анализ ходовой характеристики дает возможность обслуживающему персоналу в каждом конкретном случае выбирать режим работы ГСДУ таким образом, чтобы избежать тепловой и механической перегрузок дизелей и других элементов комплекса при возросшем сопротивлении движению судна.

Ходовая характеристика (рис. 2) может быть построена или по опытным данным, или на основе расчетов с использованием результатов натурных испытаний, или чисто расчетным путем (по элементам гребного винта).



При этом в координатах Р_е - V_Р наносят ограничения по вращающему моменту (Мmах ⁼ 1,07 М_е) и по частоте вращения (n_max =1,03 n_ном), а также и близкие к прямым линии, являющиеся зависимостями P_e=f(V_p) при различных постоянных частотах вращения гребного винт). Эта практически линейная зависимость (в пределах скольжения гребною ниша S=20-60%) отображает известную из теории движителей зависимость коэффициента момента на гребном винте к₂ от его относительной поступи л_р. Кстати, отметим, что, как известно из теории движителей, скольжение винта и его относительная поступь связаны между собой соотношением л_р=H_B/D_B*(1-S).

Из этого соотношения следует, что при S=0 относительная поступь винта л_р=H_B/D_B, то есть винт проходит за один оборот путь, ранний его геометрическому шагу h_Р = H_В (путь, проходимый витом за один оборот h_p ⁼ Vp/n_B называют поступью винта). При этом упор ниша ранен нулю. Таким образом, скольжение гребного винта является необходимым условием его работы, без скольжения винта не может быть создан его упор.

После построения линий Р_е =f(V_P) при n=const на график наносят кривые сопротивления движению судна при различных условиях плавания R=f(V_p). При изменении сопротивления движению судна меняются скольжение и поступь винта, что отражается на скорости V_P и расположении кривых R=f(V_p) на графике. С увеличением сопротивления вследствие усиления встречного ветра или волнения, течения, обрастания корпуса, утяжеления гребного винта (увеличения шагового отношения Нb/D_b), увеличения осадки скорость судна и поступь ниша падают. Поэтому гребной винт в таких случаях при той же частоте вращения поглощает большую мощность и больший вращающий момент. С уменьшением же сопротивления движению судна, что возможно при движении по течению или с попутным ветром, при уменьшении осадки (например, плавание в балласте), скорость судна и поступь винта возрастают, а потребляемые винтом мощность и вращающий момент при той же частоте вращения падают.

На графике (см. рис. 2) приведены: кривая 1 - зависимость R=f(V_p) в штормовую погоду; кривая 2 - зависимость сопротивления при ходе судна в грузу (соответствует номинальной мощности Р_е ном при номинальной частоте вращения п/п_ном.= 1,0); кривая 3 - зависимость сопротивления при движении судна в балласте. На пересечениях кривых зависимости мощности Р_е=f(V_p) npи n=const с кривыми сопротивления движению судна R= f(V_p) находятся точки, характеризующие взаимодействие элементов пропульсивного комплекса (винт - корпус судна - двигатель) при различных условиях плавания. Ориентируясь на них, вахтенный механик выбирает в тех или иных условиях наиболее экономичный с точки зрения Расхода топлива и (или) наиболее безопасный режим работы главных дизелей.

В условиях штормовой погоды взаимодействие корпуса судна, гребного винта и двигателя имеет определенные особенности. Возникающие в такую погоду волны по отношению к направлению движения судна могут быть направлены под любым углом и быть встречными или попутными. Результатом волнения являются качка и рыскливость судна на курсе. При рыскливости увеличивается тормозящее действие рулей вследствие их частых перекладок. Особенно сильным оказывается такое торможение при килевой качке. Кроме того, возрастает и воздушное сопротивление (до 10% от общего сопротивления против 2-3% в обычных условиях). При ходе в балласте судно в таких условиях теряет скорость в большей степени, нежели при ходе с грузом.

Понижение скорости хода судна в штормовых условиях обусловливается не только увеличением сопротивления, но и снижением пропульсивного к.п.д., что объясняется возрастанием нагрузки на движитель, а также возникновением дополнительных возмущений воды в районе винта из-за колебательных движений кормовой оконечности корпуса при килевой качке. Все это увеличивает вращающий момент и упор гребного винта, что может явиться причиной перегрузки главного двигателя. Во избежание перегрузки ГСДУ скорость судна в штормовую погоду должна быть_; снижена до V_{С шт}= (0,6 + 0,7)V_С.Г. Необходимость существенного снижения скорости судна и мощности ГСДУ вызывается, кроме того, и стремлением уменьшить ударные силы волн, действующие на корпус судна.

В каждом конкретном случае необходимое снижение мощности ГСДУ определяется паспортной скоростью судна, размерами и коэффициентом полноты его корпуса, загрузкой, периодом колебаний корпуса, вызванных килевой и бортовой качкой.

Особенности управления ГСДУ при ее остановке.

Остановка дизеля производится с местного или дистанционного поста управления. При остановке дизеля необходимо постепенно снизить или снять нагрузку и перевести рукоятку управления в положение, соответствующее холостому ходу. Работать на холостом ходу до снижения температуры воды на выходе из дизеля до 60--65°С, после чего установить рукоятку управления в положение «Стоп».

После остановки дизеля необходимо:

закрыть запорные клапаны на топливной магистрали и расходных цистернах;

закрыть запорный клапан на пусковой магистрали и стравить воздух из труб;

открыть индикаторные краны рабочих цилиндров;

пополнить воздухом пусковые баллоны, доведя в них давление до нормального;

обтереть дизель, смазать вручную чистым маслом трущиеся части, не присоединенные к масляной магистрали, устранить неисправности, обнаруженные во время работы двигателя;

закрыть клапаны и краны в системе охлаждения и смазки.

Если по каким-либо причинам дизель был остановлен без снятия нагрузки, необходимо для обеспечения его равномерного охлаждения прокачать маслом систему смазки с помощью резервного масляного насоса и проворачивать коленчатый вал валоповоротным устройством или вручную.

При остановке дизеля на длительный срок (свыше 12 ч), кроме выполнения перечисленных работ, необходимо выполнять следующие операции:

дизели, работающие на моторном топливе перевести на дизельное за 20--25 мин до остановки;

при температуре воздуха в машинном отделении ниже 5 °С слить воду из полостей охлаждения, трубопроводов и всех холодильников.

Для полного удаления воды продуть систему охлаждения сжатым воздухом давлением не свыше 0,1 МПа (1 кгс/см²).

Особенности обслуживания дизеля при его пуске и прогревании.

Пуск дизеля производится после подготовки пи и соответствии с разделом 3.3 настоящих Правил и заводской инструкцией по эксплуатации по указанию вахтенного начальники с соблюдением правил техники безопасности при эксплуатации судов.

При пуске дизеля из машинного помещения необходимо: отключить дистанционное управление и включить систему сигнализации и защиты; открыть клапан пускового баллона;

запустить дизель в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Работу дизеля рекомендуется начинать с частоты вращения малого хода (малой нагрузки), а дизель, работающий на генератор, пускать без нагрузки;

если пуск не удался, поставить рукоятку поста управления в положение «Стоп» и повторить его;

убедиться после пуска дизеля в его нормальной работе, исправности действия системы охлаждения;

проверить давление масла в дизеле после фильтра (оно должно быть не ниже 0,15 МПа (1,5 кгс/см²) или величины, установленной инструкцией по эксплуатации;

отключить насос предпусковой прокачки масла.

При пуске дизеля из рулевой рубки с помощью системы ДАУ (ДУ) операции пуска выполняют в зависимости от конструкции системы управления.

При этом необходимо:

убедиться, что подготовка дизеля к пуску и работе без постоянной вахты в машинном помещении закончена;

включить и проверить наличие питания системы ДАУ, переключить управление дизелем на дистанционный пост и убедиться в согласованности положения органов управления на дизеле и дистанционном посту;

включить питание и убедиться в действии ламп системы сигнализации и защиты;

включить насос предпускового прокачивания масла в системе смазки (при отсутствии автоматической прокачки);

пустить дизель в ход путем установки рукоятки поста в нужное положение;

при неудавшемся пуске система ДАУ обеспечивает автоматическое повторение всех операций пуска. При неудавшемся пуске после трех-четырех попыток поставить рукоятку поста управления в положение «Стоп» и выявить причины неисправности.

При пуске дизеля электростартером:

включить разъединитель стартерной цепи;

после достижения установившегося давления масла, создаваемого маслопрокачивающим насосом, включить стартер. Продолжительность непрерывной работы стартера не должна превышать 4--5 с. После каждой попытки пуска делать перерыв 25--30с для охлаждения стартера и сохранения работоспособности аккумуляторных батарей. Производить не более трех включений. Повторное включение стартера до полной остановки шестерни хвостовика и маховика запрещается. Если после пуска дизеля шестерня стартера не вышла из зацепления с венцом маховика (слышен характерный резкий шум шестерни), немедленно остановить дизель и устранить неисправность. После того, как дизель начнет работать, выключить стартер.

Время прогрева дизеля до приема полной нагрузки определяется типом дизельной установки и конструктивными особенностями дизеля.

Основными параметрами, определяющими продолжительность прогрева дизеля, являются температура смазочного масла на входе в дизель и температура воды внутреннего контура системы охлаждения.

Температура смазочного масла на входе в дизель должна быть не менее 40 °С, а температура воды внутреннего контура на выходе из дизеля должна быть не менее 40--60 °С или величин, указанных в инструкции по эксплуатации дизеля. В зависимости от времени достижения указанных значений этих параметров продолжительность приема нагрузки после пуска составляет от 10 до 30 мин.

Ввод дизелей в режим эксплуатационной нагрузки, а также изменение режимов их работы следует производить постепенно, не допуская резкого изменения нагрузки, так как это может привести к нарушению режима смазки и возникновению повышенных механических и температурных напряжений в деталях дизеля.

После пуска и вывода дизеля на рабочий режим необходимо проверить параметры работы дизеля по приборам на посту управления.

Звуковая вибрация и шум СДУ. Методы борьбы с ними

Всемирно известный врач Роберт Кох (1843-1910 гг.), открывший возбудителя туберкулеза (палочку Коха), еще в XIX в., отмечая быстрый рост машинизации промышленности и транспорта, сказал: «Когда-нибудь человечество принуждено будет расправляться с шумом столь же решительно, как оно расправляется с чумой и холерой». Теперь уже точно установлено, что длительный шум и вибрация вредно влияют на нервную систему и психику человека, а борьба с ними уже давно стала острой необходимостью.

Первостепенное значение борьба с шумом и вибрацией, имеющая целью улучшение условий обитаемости судов, приобрела за последние годы. Объясняется это тем, что на судах идет широкое внедрение отличающихся значительной шумностью и вибрацией среднеоборотных (СОД) и высокооборотных дизелей (ВОД). Рост мощности судовых дизелей все чаще достигается путем форсирования их по частоте вращения и наддуву. Продолжается и повышение скорости некоторых типов судов. Все это обусловливает продолжающееся увеличение шумности как в машинных помещениях (МП) судов, так и в других служебных помещениях, а также в каютах команды и пассажиров.

СДУ является источником шума, различного по происхождению. Так, рабочий процесс, протекающий в цилиндре дизеля, приводит к вибрации поверхностей деталей, ограничивающих камеру сгорания, с последующим излучением этими поверхностями воздушного шума механического происхождения. На входе воздуха в дизель и на выходе из него выпускных газов возникает возмущение окружающего воздуха, что служит причиной возникновения аэродинамического шума. Звуковые колебания, распространяющиеся по воздуху, принято называть воздушным шумом, а передаваемого твердыми телами - структурным шумом. В СДУ появление структурного шума обусловливается, например, вибрацией фундамента дизеля. В целом шум, создаваемый дизелем, зависит от частоты его вращения, способа подачи воздуха в цилиндры, характера протекания процесса сгорания топлива, числа цилиндров, значений неуравновешенных сил и моментов и т. п. Слышимый диапазон шума находится в пределах частот от 16 - 20 Гц до 16 -20 кГц. Он подразделяется на низкочастотный (до 300 -г 400 Гц), среднечастотный (от 300 - 400 до 800 - 1000 Гц) и высокочастотный (свыше 800 - 1000 Гц). Шум является сложным звуком нестационарного характера. Звуковая волна, распространяясь в среде, образует сгущения и разрежения, которые создают добавочные изменения давления по отношению к среднему давлению в среде.

Звук характеризуется уровнем звукового давления, которое зависит от отношения данного звукового давления р, H/м², к его пороговому значению р₀, установленному международной организацией по стандартизации (ISO): р_o= 2 10^-5 Н/м². За единицу измерения уровня звукового давления принят бел (Б). На практике же при измерении уровня шумов применяют децибел (дБ), так как человеческий орган слуха способен различать прирост звука в 0,1 бела. Уровень звукового давления, выраженный в децибелах, представляется числом

L=20lg(p/p₀)

где р - звуковое давление в исследуемой точке, измеряемое для СДУ и ее элементов на расстоянии 1,0 м от источника шума и в 1,5 м от настила МП, Н/м².

При одновременном действии Z одинаковых источников с уровнями шума Li суммарный уровень звукового давления определяется по выражению

L=L₁+10lgZ, дБ.

Основными источниками шума СДУ являются: главные дизели с навешенными механизмами, дизель-генераторы (им присущ, как и многим электрическим машинам, шум электромагнитного происхождения, имеющий место при пульсации магнитных полей, которая возникает главным образом в случаях неравномерности воздушного зазора между полюсами и якорями электрических машин), газотурбонагнетатель (ГТН), насосы и компрессоры, система вентиляции, редукторы и реверс-редукторы, валопровод и движитель (гребной винт). Особенно неприятным является шум аэродинамического происхождения, исходящий от ГТН (шум всасывания и выпуска). Наиболее трудно поддающимся снижению является шум непосредственно дизеля, то есть шум механического происхождения, распространяемый его поверхностями, фундаментом и навешенными механизмами.

Вибрация не только является причиной возникновения воздушного шума, но и сама по себе оказывает вредное физиологическое воздействие на человека. При увеличении частоты вибрации чувствительность человека к ней резко возрастает. Основными источниками и причинами возникновения или усиления вибрации в СДУ могут быть различные неуравновешенные силы и моменты при взаимодействии деталей:

силы инерции возвратно-поступательного движения массивных деталей дизеля и центробежные силы инерции вращающихся масс, моменты инерции этих сил;

опрокидывающий момент дизеля;

периодически происходящая перекладка поршней тронкового дизеля;

повышенный тепловой зазор между поршнем и втулкой цилиндра;

неудачное распределение массы между частями поршней, расположенными над осью поршневого пальца и под нею. Удары поршня по втулке при кувыркании его в период перекладки углом, а не одновременно всей образующей наружного контура приводят к более интенсивной вибрации втулки. Уменьшения кувыркания поршня можно достичь не только перераспределением масс его частей, но и путем увеличения его длины до определенного предела (после достижения, которого вибрация также начинает возрастать);

неудачный дезаксаж оси поршневого пальца (смещение оси поршневого пальца относительно оси поршня). При правильном выборе величины дезаксажа может быть достигнуто уменьшение энергии удара поршня по втулке и снижение интенсивности ее вибрации;

неудачная посадка втулки в блок. Типичным способом посадки втулки в блок цилиндров является такой, когда в верхней части она имеет бурт и направляющий пояс, а в нижней - второй опорный пояс с резиновыми уплотнительными кольцами. При прочих равных условиях вибрация (и сопутствующая ей кавитация) втулки тем меньше, чем меньше расстояние между опорными поясами и чем плотнее посадка втулки в блок по опорным поясам;

недостаточное демпфирующее действие слоя масла в зазоре между поршнем и втулкой цилиндра. В процессе эксплуатации дизеля оно может быть увеличено путем переворачивания нижнего маслосъемного кольца скребущей кромкой вверх и превращения его в маслоподающее. В этом случае между верхним маслосъемным и нижним маслоподающим кольцами удерживается масляная пленка на поверхности поршня, которая и становится демпфером вибрации втулки;

значительный износ подшипников коленчатого вала;

пониженный температурный режим охлаждающих сред дизеля (воды и масла);

неправильная укладка валов в подшипниках при ремонте;

недостатки фундаментов и креплений;

неисправности уплотнений лопаточных аппаратов и рабочих колес турбокомпрессоров, вентиляторов, насосов, центрифуг;

плохая балансировка масс маховика, валопровода и винта;

периодически изменяющийся упор гребного винта.

Все эти причины вибрации СДУ или имеют конструкционный характер, или возникают из-за неправильного монтажа и эксплуатации элементов СДУ.

Основными источниками шума непосредственно дизелей являются: система наддувочного и продувочного воздуха, кривошипно-шатунный механизм, цилиндро-поршневая группа; процессы в камере сгорания (особенно процесс сгорания); клапанно-распределительный механизм; аппаратура топливоподачи; навесное оборудование, приводимое от коленчатого вала; вибрирующие поверхности дизеля и его фундамента.

Шум аэродинамического происхождения непосредственно самого дизеля возникает в его цилиндрах в процессе сгорания топлива. Силы давления образующихся при этом газов генерируют в цилиндре стоячие звуковые волны. Возникшие колебания давления распространяются из цилиндров по потокам наддувочного (продувочного) воздуха и выпускных газов, а также в виде структурного шума через стенки цилиндров и трубопроводов (коллекторов). Уровень звукового давления при этом зависит, в первую очередь, от скорости нарастания давления в цилиндрах. На интенсивность излучаемого шума сильно влияет конструкция поршней, цилиндровых втулок и крышек, то есть форма камеры сгорания.

Шум механического происхождения дизеля является следствием вибрации его деталей в процессе работы. Вибрация, передаваемая от поршней через пальцы, шатуны, коленчатый вал и подшипники, а также через цилиндровые втулки и блок на весь остов дизеля, излучается в виде звуковой энергии в основном блок-картером, различными крышками, кожухами и прочими плоскими или близкими к ним поверхностями. Особенно значительная вибрация возникает в результате ударов поршней о втулки вследствие поперечного перемещения поршней при перекладке. Клапаны, зубчатые передачи, цепи и другие детали и узлы также возбуждают вибрацию остова дизеля, которая передается и на корпусные конструкции судна и усиливает общий структурный шум.

У современных форсированных малооборотных дизелей (МОД) определяющим источником шума является, как правило, система турбонаддува, за счет которой повышается уровень высокочастотного шума. Шум же, излучаемый остовом (блок-картером), невелик по уровню из-за высокой жесткости и больших масс узлов этих дизелей. Доминирующий шум излучается в верхней части дизеля, где имеются сравнительно тонкие сварные конструкции. В районе продувочных и наддувочных систем превалирует высокочастотный шум.

У СОД по сравнению с МОД шум имеет более высокочастотный спектр. Из-за более высокой скорости нарастания давления в цилиндрах превалирующий по уровню шум имеет место в средней части спектра. В наибольшей степени у этих дизелей возбуждаются различные плоские поверхности. Из них наиболее громкий шум излучается клапанными крышками, лючками, стенками картера и т. д. Система турбонаддува этих дизелей также служит доминирующим источником шума на высоких частотах. Значительный шум в высокочастотном диапазоне вызывается и непосредственно колебаниями давления в цилиндрах.

Шум ВОД имеет обычно меньший уровень в низкочастотной области спектра. Постепенно уровень возрастает до самой высокой области спектра, в которой и становится определяющим. На высокочастотный шум заметное влияние оказывает повышение частоты вращения. В целом ВОД имеют более высокое давление сгорания и более крутой подъем давления в цилиндре (жесткая работа). Эти обстоятельства способствуют значительному повышению шума механического происхождения от вращающихся и колеблющихся частей дизеля, а также от клапанного механизма. Шум системы турбонаддува у ВОД проявляется не столь явно, нежели у МОД и СОД.

Итак, как показывают исследования, у МОД и СОД превалирующим источником шума обычно является система турбонаддува. У ВОД, имеющих высокий уровень механического шума, аэродинамический шум резко не выделяется. У судовых тронковых дизелей наибольший шум механического происхождения возникает при ударах в сочленениях кривошипно-шатунного механизма и при взаимодействии деталей ЦПГ (в первую очередь удары поршней при их перекладке). Этот шум в значительной степе ни зависит от рабочих зазоров в сочленениях, на что и должен обращать особое внимание специалист, эксплуатирующий судовой дизель.

На современных транспортных судах с СДУ уровень шума достигает иногда 115 -120 дБ в МП и 70 - 80 дБ в жилых и служебных помещениях. В большинстве же СДУ средние уровни шума механизмов и оборудования составляют:

В ГД - МОД - 100 дБ

СОД - 105 дБ

ВОД - 110 дБ.

В ДГ - СОД - 105 дБ

ВОД - 110 дБ

Гидравлических насосах - 105 дБ

Электрических моторах - 95 дБ

Турбогенераторах - 100 дБ.

В качестве максимально допустимого уровня шума в МП с изолированным постом управления отечественными Санитарными нормами, утвержденными Главной санитарной инспекцией, рекомендуется уровень не более 95 дБ. В таких странах, как Норвегия, Дания, Германия и некоторые другие, предельный уровень шума в периодически обслуживаемых МП с изолированным постом управления допускается в 110 дБ, а в Швеции -100 дБ. Согласно международным нормам, разработанным ISO, эта величина составляет 105 дБ.

Согласно нормам ISO в МП с постоянным несением вахты при отсутствии изолированного поста управления предельный уровень шума не должен превышать 85 дБ. В других местах судна эта величина по нормам ISO составляет: на крыльях ходового мостика - 65 дБ; в рулевой, штурманской рубках и радиорубке - 60 дБ; в каютах - 55 дБ; в столовой, салонах, судовой канцелярии, различных подсобных помещениях - 60 дБ; в мастерских - 80 дБ; на изолированных постах управления - 70 дБ.

Поскольку причины вибрации и шума СДУ могут иметь как конструкционный, так и эксплуатационный характер, то и борьба с ними ведется различными по исполнению способами. В основном же она идет по трем направлениям:

снижению вибраций и шума в источнике;

ослаблению воздушного и структурного шумов в судовых помещениях;

индивидуальной и групповой защите обслуживающего персонала от вредного воздействия вибрации и шума.

По первому направлению работы ведут еще при проектировании, изготовлении и доводке механизмов СДУ. Ослабление же воздушного и структурного шумов достигается путем создания в МП противошумного комплекса из средств общего и местного назначения, к которым относятся: глушители аэродинамического шума дизелей, устанавливаемые на всасывании воздуха и выпуске отработавших газов; звукоизолирующие кожухи (капотирование) и выгородки (боксы) для наиболее шумных механизмов; звукопоглощающие экраны и щиты у местных постов управления; звукопоглощающие покрытия внутренних поверхностей МП и его шахты; изолированные ЦПУ с «плавающим» полом и эластично подвешенным подволоком; эластичные вставки в неопорных связях (трубопроводах) механизмов; вибропоглощающие покрытия фундаментов и других опорных конструкций; виброгасители и виброзадерживающие массы (различного рода демпферы упругих колебаний).

К общим для всего судового оборудования способам ограничения распространения звуковой вибрации и структурного шума относятся также рациональная планировка судовых помещений (в частности МП), а также установка механизмов и крепление воздухоприемных и газоотводных трубопроводов на звуко- и вибропоглощающих подвесах и амортизаторах.

Индивидуальная защита судового экипажа от шума заключается в снабжении его специальными средствами защиты (например, ушными протекторами) при обслуживании оборудования в шумных помещениях. На входах в помещения с уровнем шума более 85 дБ (норма ISO) должны быть установлены предупреждающие таблички.

Наиболее распространенными средствами групповой защиты от шума и вибрации в МП являются ЦПУ с приборами дистанционного управления и контроля за работой СДУ.

Требования Международной Конвенции по предотвращению загрязнения окружающей среды с судов

Первая Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря нефтью и нефтепродуктами была принята на конференции ИМКО, проходившей в Лондоне в 1954 г. В 1962 и 1969 гг. она пересматривалась. Этой конвенцией были наложены ограничения на сброс с судов нефтесодержащих балластных вод и, в частности, на объемы сброса, содержание в них нефти и расстояние места сброса от берега. Надзор за ее соблюдением был возложен на страны-владелицы судов. В 1971 г. конвенция была дополнена некоторыми требованиями по проектированию судов. К сожалению, эта ее часть не была тогда ратифицирована ни одной морской державой.

Созванная ИМКО в октябре 1973 г. Лондонская Международная конференция по предотвращению загрязнения моря разработала и приняла Международную конвенцию по предотвращению загрязнения с судов 1973 г. (Конвенция МАРПОЛ-73) с соответствующими приложениями, а также двадцать пять резолюций, касающихся рассматриваемого вопроса. В этой конвенции были предусмотрены меры по предотвращению загрязнения моря не только нефтепродуктами, но и другими вредными жидкими, твердыми или газообразными веществами, которые перевозятся на судах или образуются на них в процессе эксплуатации (все химические вещества, санитарно-фановые воды, мусор, льяльные воды и др.). В ней определены требования к судовым установкам, предназначенным для обработки сточных вод, а также указано о необходимости оборудования судов чисто балластными (а не топливно-балластными) танками. Конвенцией были установлены также способы хранения нефтесодержащих остатков балластных вод, требования к системам управления разгрузкой нефти и к системам извлечения нефти из балластных вод. Но, к сожалению, и Конвенция МАРПОЛ-73 не была ратифицирована ведущими в международном морском судоходстве странами. Задержка объяснялась главным образом тем, что оставались нерешенными некоторые технические вопросы, связанные с выполнением Правил предотвращения загрязнения вредными жидкими веществами, перевозимыми наливом (Приложение II Конвенции МАРПОЛ-73).

Поскольку за последовавшие после принятия Конвенции МАРПОЛ-73 годы были разработаны дополнительные мероприятия по безопасности танкеров и предотвращению загрязнения моря нефтью, которые целесообразно было принять на международном уровне, ИМКО созвала в феврале 1978 г. Международную конференцию по безопасности танкеров и предотвращению загрязнения. Конференция приняла Протокол 1978 г., в котором относительно Приложения II Конвенции МАРПОЛ-73 признавалась необходимость отсрочить применение некоторых положений до тех пор, пока не будут положительно решены некоторые технические вопросы. В Приложении к Протоколу были изложены дополнительные меры по предотвращению загрязнения моря нефтью и некоторые изменения Приложения I к Конвенции МАРПОЛ-73 (Правила предотвращения загрязнения нефтью). В самом Протоколе предусмотрена обязанность государств-участников выполнять положения Конвенции МАРПОЛ-73 с теми изменениями и дополнениями, которые в нем предусмотрены, то есть сторона, принявшая Протокол, принимает также Конвенцию МАРПОЛ-73, измененную этим Протоколом.

Конвенция МАРПОЛ-73 и Протокол 1978 г. распространяют свои требования на торговые, рыбопромысловые, научно-исследовательские суда, а также буровые вышки и платформы.

Чтобы удостовериться, что конструкция, оборудование, устройства, приспособления и материалы судов полностью удовлетворяют требованиям Конвенции, каждый нефтяной танкер валовой вместимостью 150 per. т и более и каждое другое судно валовой вместимостью 400 per. т и более, если оно совершает рейсы в порты или к удаленным от берега нефтяным терминалам, находящимся под юрисдикцией других стран-участников Конвенции, должны предварительно проходить специальные освидетельствования. В результате освидетельствования судам выдается Международное свидетельство (сертификат) о предотвращении загрязнения нефтью.

При перевозках других вредных жидких веществ наливным способом проводится соответствующее освидетельствование на предмет выдачи Международного свидетельства о предотвращении загрязнения при перевозке вредных жидких веществ наливом.

Освидетельствования судов подразделяются на первоначальные, периодические, проводимые через промежутки времени не более 5 лет, и промежуточные, осуществляемые в пределах периодических не реже, чем через 30 месяцев. При периодических и промежуточных освидетельствованиях, например, на предмет предотвращения загрязнения моря нефтью, удостоверяются, что оборудование и связанные с ним насосы и системы трубопроводов, включая системы автоматического замера, регистрации и управления сбросом нефти, оборудование для нефтеводяной сепарации и системы фильтрации нефтепродуктов, находятся в исправном рабочем состоянии и полностью соответствуют предъявляемым к ним Конвенцией требованиям.

Особенно жесткими являются требования по упорядочению организации погрузки и выгрузки, проведению мойки танков, совершенствованию конструкции и повышению надежности грузовых, зачистных и балластных систем судов танкерного флота. Однако общими для всех видов судов являются положения Конвенции, направленные на сведение к минимуму количества нефтепродуктов и других вредных веществ, которые попадают в море при сливании подсланевых (льяльных) и сточных (стоки и отходы из туалетов, медицинских помещений и др.) вод. Общими для всех судов являются и положения, касающиеся соблюдения правил бункеровки, нарушение которых обычно является одной из основных причин загрязнения портовых акваторий. Разрешавшийся ранее прием водяного балласта сухогрузными судами в топливно-балластные танки не рекомендуется и допускается лишь для судов, построенных до вступления в силу Протокола 1978 г. к Конвенции МАРПОЛ-73. Новые суда должны оборудоваться специальными балластными танками.

Слив нефтесодержащих подсланевых (льяльных) и балластных вод за борт допускается только за пределами запретных зон. При этом танкер должен находиться на расстоянии не менее 50 морских миль от ближайшего берега, а любое другое судно с валовой вместимостью 400 per. т и более - на расстоянии не менее 12 морских миль. Слив разрешается лишь на ходу судна при скорости, обеспечивающей мгновенную интенсивность сброса нефти или нефтепродуктов не более 60 л на морскую милю. На судах при сливе должна действовать система автоматического замера, регистрации и управления сбросом нефти, оборудование для нефтеводяной сепарации, системы фильтрации и отстоя нефти. Оборудование судов по очистке нефтесодержащих вод, сливаемых за борт, должно обеспечивать для льяльных вод содержание нефти в них не больше 100 мг/л, а для сброса балластных вод - не больше 15 мг/л.

Не подлежащие сливу за борт нефтесодержащие воды и нефтеостатки рекомендуется сдавать на берег, для чего должны быть предусмотрены специальные приемные сооружения с достаточной пропускной способностью.

Все нефтяные танкеры валовой вместимостью 150 per. т и более и каждое другое судно валовой вместимостью 400 per. т и более, не являющееся нефтяным танкером, обязаны иметь специальный Журнал нефтяных операций, в котором регистрируются все операции по удалению с судна нефтепродуктов и нефтесодержащих вод. Каждый раздел Журнала подписывается лицом или лицами, ответственными за эти операции, и заверяется капитаном судна. При аварийном или исключительном сбросе нефти или нефтесодержащей смеси в Журнале производится запись с изложением обстоятельств и причин такого сброса. Журнал нефтяных операций предписывается вести наравне с вахтенными журналами и хранить на судне в течение трех лет после внесения в него последней записи. При нарушении положений конвенции МАРПОЛ-73 представители компетентных органов могут проверить Журнал на борту любого судна, снять с него копию и потребовать, чтобы капитан судна ее заверил. Кроме того, при перевозках наливом других вредных жидких веществ суда (например, танкеры-химовозы) должны снабжаться Журналом грузовых операций, в котором регистрируются все операции с данным вредным для окружающей среды веществом.

Кроме международных конвенций по защите Мирового океана от загрязнений существуют также региональные соглашения, предусматривающие защиту отдельных акваторий-

Загрязнение окружающей среды не является неизбежным спутником прогресса. При современном уровне знаний могут быть созданы такие технологические процессы, которые не будут загрязнять воду, почву, воздух, пагубно воздействовать на растительный и животный мир, наносить ущерб обществу. Эта задача в СДУ решается, в основном по двум направлениям:

созданию систем, работающих по замкнутым циклам и позволяющих утилизировать основную массу отходов;

очистке и снижению токсичности сбросов, неизбежно поступающих в биосферу.

К системам, работающим в СДУ по замкнутому циклу, можно отнести, например, существующие на судах топливные системы МОД и котельных установок, использующие нефтесодержащие льяльные воды и нефтеостатки в смеси с основным топливом.

Для снижения токсичности отработавших газов СДУ могут быть использованы различные способы воздействия на рабочий процесс дизелей: впрыск воды в цилиндр дизеля, обогащение воздуха на впуске топливом, частичная рециркуляция (перепуск) отработавших газов; применение различных антидымных присадок к топливу, а также своевременный ремонт топливной аппаратуры дизелей и ее качественное обслуживание, перевод дизелей на экологически более чистые виды топлива (например, сжиженный пропан-бутан, сжатый или сжиженный природный газ и др.).

Все большее практическое значение приобретает использование в качестве основного топлива для СДУ речного флота более дешевого и экологически более чистого природного газа в сжатом (компримированном) или сжиженном виде. Пониженная токсичность отработавших газов при работе дизелей на газовом топливе является следствием более полного сгорания, а также низкого содержания в газах различных вредных примесей, серы и сернистых соединений. При работе дизелей на газовом топливе не только значительно уменьшается их дымность, но и менее выраженным становится специфический неприятный запах отработавших газов. Наилучшие технические результаты достигаются при переводе на газовое топливо судовых дизелей с неразделенными камерами сгорания и с непосредственным впрыском топлива. Уменьшается также шумность дизелей. При работе на природном газе отработавшие газы дизелей практически не образуют сажу отличающейся особенно высокой токсичностью по сравнению с другими составляющими выхлопа. Сам природный газ является малотоксичным, он легче воздуха и поэтому, улетучиваясь вверх, не образует взрывоопасных скоплений в МП. Однако использование его на судах более затруднительно даже по сравнению с пропан-бутановым сжиженным газом (продуктом отходов нефтяного производства), не говоря уже о других видах нефтяного топлива. Это связано с необходимостью хранения его на борту судов в баллонах высокого давления, имеющих большую массу. Усложняется при этом и вся топливная система СДУ.