Судовые системы

Работа креновой и дифферентной систем осуществляется перекачиванием водяного балласта из специальных цистерн. Креновая и дифферентная системы обязательно предусматриваются на ледоколах, буксирах и большинстве других типов судов. На ледоколах эти системы выполняют специальное назначение. Так, креновая система служит для предотвращения вмерзания в лед корпуса ледокола при его дрейфе в ледяном поле. В этом случае с ее помощью создается бортовая качка ледокола с определенной амплитудой. Ввиду продолжительности режима раскачивания управление кренованием обычно автоматизируют.

Дифферентную систему используют при прохождении ледоколом тяжелых ледяных полей. Для этого вначале создают дифферент на корму приемом балласта в кормовую цистерну, а после того как форштевень поднимется на кромку льда, балласт перекачивают в носовую цистерну, обеспечивая тем самым разламывание льда.

На рис. 19 приведена схема креновой и дифферентной систем ледокола, выполненная с применением реверсивных насосов, которые могут перекачивать воду в обоих направлениях. Креновые цистерны расположены по бортам судна, дифферентные -- в оконечностях. Ледовые ящики служат для приема и хранения забортной охлаждающей воды, обеспечивают ее рециркуляцию в случае забивания льдом приемных решеток системы охлаждения. Направление потока воды регулируется поворотными дисковыми затворами с дистанционным управлением. Вода из креновых и дифферентных цистерн принимается через защитные решетки. Для затопления и осушения креновых цистерн может быть использован насос балластной системы, для чего нужно открыть запорный клапан (15). Целесообразно предусматривать совмещение дифферентной системы с креновой, балластной или водоотливной.

Рис. 19. Схема креновой и дифферентной систем ледокола 1 -- защитная решетка; 2 -- поворотный дисковый затвор с дистанционным управлением; 3 -- линзовый компенсатор; 4, 9, 11 -- реверсивные насосы; 5, 10 -- клинкетные задвижки; 6, 13, 16 -- ледовые ящики; 7 -- магистраль к насосу балластной системы; 8, 14 -- креновые цистерны; 12, 17 -- дифферентные цистерны; 15 -- запорный клапан

Разновидностью балластной системы является система замещения топлива, предназначенная для поддержания нормальной осадки судна заполнением освободившихся объемов в топливных цистернах забортной водой. Работа системы замещения основана на том, что топливные цистерны расположены ниже ватерлинии судна и топливо в них находится под постоянным гидростатическим забортным давлением. Вследствие меньшей плотности топлива заборная вода будет вытеснять его в верхнюю часть цистерны. Опорожнение заполненных балластом топливных цистерн производится насосами осушительной системы.

Для защиты моря от загрязнений нефтесодержащие трюмные воды перед сбросом за борт очищают от нефтепродуктов. Международная Конвенция по предотвращению загрязнения моря сбросом отходов и других материалов 1972 г. разрешает сброс нефтесодержащей смеси, если судно находится в движении за пределами особого района и не ближе 12 морских миль от ближайшего берега, а нефтесодержание в сбросе не превышает 100 млн--1.

Для повышения эффективности охраны морской среды от загрязнения нефтью введены правила об особых районах, к которым отнесены Средиземное, Черное, Балтийское, Красное моря, районы Персидского и Оманского заливов. В этих районах запрещается сброс в море нефти или нефтеналивной смеси с любого танкера и с любого другого судна валовой вместимостью 400 per. т и более. Такие суда, находясь в особом районе, сохраняют на борту все нефтяные осадки и остатки, грязный балласт и промывочную воду и сдают их только в береговые очистные сооружения. В этих районах допускается сброс нефтеводяных смесей с судов (включая нефтяные танкеры), если содержание нефти в ней не превышает 15 млн-1.

По условиям Конвенции каждое судно должно оборудоваться сепарационной установкой и фильтрационной системой, обеспечивающими очистку нефтеводяных смесей от нефтяных остатков до содержания их в откачиваемой воде в пределах установленных норм, и емкостью для хранения льяльных вод во время стоянки в портах (до 6 сут). Сливной трубопровод для сдачи неочищенной воды приемщикам должен выводиться на оба борта и снабжаться присоединительными фланцами международного образца.

В зависимости от происхождения нефтесодержащие воды делятся на льяльные, балластные и промывочные. Льяльные воды образуются в сравнительно небольших количествах в МО и, как правило, подвергаются сепарационной очистке. Балластные и промывочные воды танкеров в подавляющем большинстве случаев окончательной очистке на судне не подвергаются, а откачиваются в отстойные танки общей вместимостью не менее 3 % от грузовместимости судна либо в специальные береговые или плавучие очистные станции.

Отделение примесей от воды осуществляется в сепарирующих устройствах. Крупные частицы нефтепродуктов (с удельным весом меньше единицы) довольно интенсивно отделяются путем простого отстаивания. Для интенсификации выделения более мелких частиц воду подогревают или применяют специальные механические устройства. Нефтепродукты, эмульгированные в воде, практически не отстаиваются, поэтому для их отделения применяют более сложные методы коалесценции (укрупнения), коагуляции, фильтрации и флотации.

Коалесценцию широко применяют при доочистке (после отстоя) льяльных вод, поскольку коалесцирующие материалы в отличие от материалов задерживающих фильтров обладают значительно большей нефтеемкостью и при сравнительно небольших количествах льяльных вод обеспечивают достаточно длительный цикл фильтрации.

Принцип действия сепараторов коалесцирующего типа основан на укрупнении мелких частиц нефтепродуктов на поверхности материала, к которому они прилипают. Постепенное укрупнение частиц приводит к увеличению подъемной силы, их отрыву и быстрому всплытию. Эти сепараторы состоят из полостей отстоя и доочистных коалесцирующих фильтроэлементов. Коалесцирующими материалами служат песок, синтетические волокна, материалы на основе целлюлозы. Коалесцирующие сепараторы просты по конструкции, в них отсутствуют движущиеся части, их массогабаритные характеристики меньше, чем у сепараторов отстойного типа. Отечественный сепаратор СКМ (рис. 20) работает в комплексе с доочистным фильтром.

Рис. 20. Сепаратор СКМ

1 -- подогреватель; 2 -- коалесцирующий фильтроэлемент; 3 крышка; 4 -- датчик уровня; 5 -- клапан выпуска воздуха; 6 -- нефтесборник; 7 -- крышка; 8 -- корпус

Коагуляция -- слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе перемешивания или направленного перемещения. В результате коагуляции нефтеводяных смесей образуются более крупные (вторичные) частицы нефтепродуктов, состоящие из скопления более мелких (первичных) частиц. Для интенсификации процесса применяют коагулирующие агенты (коагулянты), представляющие собой водорастворимые органические высокомолекулярные соединения (полимеры).

Метод фильтрации заключается в задержании частиц нефтепродуктов слоем фильтрующих материалов при прохождении через них загрязненной воды. В качестве фильтрующих материалов используются кокс, стекло, вата, опилки, асбестовые материалы и др. Однако наибольшее распространение получили кварцевый песок и другие аналогичные материалы.

Во флотационных сепараторах диспергированные в воде частицы нефтепродуктов извлекаются пузырьками воздуха. Этот метод сепарирования льяльных вод более интенсивен по сравнению с методом отстоя, так как скорость всплытия частиц примерно в 900 раз больше скорости всплытия под действием разности плотностей воды и нефтепродукта. Сепараторы флотационного типа имеют два механических привода: один для импеллера, обеспечивающего вспенивание, другой для пеносъема. Для работы такого сепаратора необходима постоянная подача флотационных реагентов.

Для контроля уровня воды в цистернах и трюмах служат измерительные трубы с футштоками (рейками с делениями). Измерительные трубы выводят на палубу, где они заканчиваются измерительной втулкой. В машинных и подобных им помещениях измерительные трубы выводят выше настила пайолов, где на трубах устанавливаются самозапорные измерительные клапаны (рис. 21). Это делается для того, чтобы при попадании забортной воды в масляные или топливные цистерны, расположенные ниже ватерлинии, топливо или масло не поступало под давлением в отсеки. На рис. 21 клапан закрыт.

Перед измерением уровня в цистерне проверяют пробным краном 7, не опрессована ли внутренняя полость клапана. Затем отвинчивают крышку 5, поднимают противовес 9 и через штуцер в верхней части клапана и направляющую шайбу 1 вводят в измерительную трубу футшток. После окончания замеров противовес опускается, а крышка 5 навинчивается на штуцер.

На судах новой постройки применяют дистанционные уровнемеры или датчики уровня, показывающие приборы которых выведены в пост управления.

Насосы систем соединены с забортными отверстиями трубопроводами (приемными, отливными, приемно-отливными). Приемные кингстоны устанавливаются на специальные выгородки, называемые кингстонными ящиками, в верхней части которых устанавливаются воздушные трубы для отвода скапливающегося воздуха. Кингстонный ящик продувается паром или сжатым воздухом в случае загрязнения или забивания льдом.

Рис. 21. Самозапорный клапан

1 -- направляющая шайба; 2 -- корпус; 3 -- поворотный рычаг; 4 -- тарелка; 5 -- крышка; 6 -- цепочка; 7 -- пробный кран; 8 -- сливная трубка; 9 -- противовес

Оборудование судовых систем

Компрессоры и вентиляторы

Компрессор. Предназначен для преобразования механической энергии двигателя в потенциальную и кинетическую энергию газа. Судовой компрессор имеет то же назначение. К нему предъявляется ряд специфических требований, связанных с условиями эксплуатации, таких как малые габариты и масса, высокая степень надежности, коррозионная устойчивость, простота эксплуатации, постоянная готовность к часто повторяющимся пускам, способность в течение почти всего времени эксплуатации работать на переходных режимах.

По давлению воздуха различают компрессоры высокого (свыше 10 МПа), среднего (1--10 МПа) и низкого (до 1 МПа) давлений. Механизмы, в которых воздух сжимается от 0,015 до 0,3 МПа, называют воздуходувками или нагнетателями. По типу привода компрессоры делятся на электрические, дизельные и ручные. Встречаются судовые компрессоры с приводом от газовых турбин, так называемые турбонагнетатели.

Компрессоры воздуха высокого давления используются на судах (промысловых, судах-мастерских) с большим расходом воздуха (свыше 200 м3/ч), который расходуется как для пуска дизелей и работы тифона, так и для технологических нужд, а также для общесудовых систем большой воздуховместимости. Воздух среднего давления на судах обычно используется для пуска дизелей и в меньшем количестве -- для вспомогательного котла и других потребителей. Воздух низкого давления идет почти исключительно на технологические нужды рыбообработки и калориферной рефрижерации трюмов при перевозке скоропортящихся продуктов.

Особенностью судовой воздушной системы является потребление воздуха из баллонов, а не от компрессора, как принято на промышленных предприятиях.

В системе сжатого воздуха не должно быть примесей масла и воды. Присутствие в воздухе масла может привести к взрыву, а наличие воды вызвать коррозию оборудования системы. Для очистки воздуха большинство компрессоров оборудовано водо-маслоотделителями, установленными после каждого из охладителей воздуха -- конечного и промежуточного, которые могут быть кожухотрубными и змеевиковыми, автономными и встроенными в водяное пространство рубашек компрессоров.

Компрессоры могут быть объемного действия, в которых давление повышается уменьшением объема газа (поршневые, роторные, диафрагменные, винтовые) и динамического действия, повышающие давление преобразованием механической энергии привода в кинетическую энергию направленного движения газа с последующим преобразованием ее в потенциальную энергию (лопастные). По конструкции компрессоры можно разделить на три группы: поршневые, роторные и лопастные.

Принципиальные схемы компрессоров и воздуходувок объемного типа представлены на рис. 22.

Рис. 22. Принципиальные схемы компрессоров и воздуходувок объемного типа: а, б, в -- поршневой, пластинчатый, винтовой компрессоры; г, д -- роторные воздуходувки

В цилиндре 1 (рис. 22, а) при движении поршня 2 всасывается и сжимается газ, проходящий через всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны. Для поршневых компрессоров характерны малая скорость (1,5--6 м/с) потока воздуха (газа) в процессе всасывания, сжатия и нагнетания, а также периодичность рабочего процесса.

К роторному типу относится пластинчатый компрессор (рис. 22, б), который состоит из корпуса 5, где эксцентрично размещен ротор 6 с пластинками 7. К этому же типу относятся винтовые компрессоры (рис. 22, в), состоящие из корпуса 9 с двумя винтами 8 и 10. На рис. 22, г, д приведены схемы разных исполнений двухроторных воздуходувок типа «Руте». В корпусе 13 вращаются два ротора 11 и 12.

Рис. 23. Принципиальные схемы лопастных компрессоров: а -- центробежного; б -- осевого

1, 3 -- лопастное колесо; 2 -- канал; 4 -- направляющий аппарат

Схемы лопастных компрессоров центробежного и осевого типа приведены на рис. 23. Каждый компрессор состоит из рабочих колес и направляющих устройств. В центробежном компрессоре преобладает радиальное направление движения частиц, а в осевом частицы газа движутся по цилиндрическим поверхностям, параллельным оси вращения вала. Принципиальные схемы компрессоров соответствуют подобным схемам насосов.

Основные характеристики судовых пусковых электрокомпрессоров приведены в табл. 1.

Таблица 1. Основные характеристики судовых электрокомпрессоров пускового воздуха

Вентилятор

Вентилятор предназначен для перемещения газов и повышения их давления. Судовые вентиляторы используются для искусственной вентиляции жилых и служебных помещений, для создания тяги в котельных установках, понижения температуры в машинных отделениях, удаления вредных, взрывчатых и огнеопасных газов из бункеров и грузовых трюмов. По назначению различают вентиляторы вдувные, вытяжные и циркуляционные. Так, котельные вентиляторы, которые нагнетают (вдувают) воздух в топки котлов, называются вдувными, а вентиляторы, отсасывающие выпускные газы из котла -- вытяжными. По принципу действия вентиляторы делятся на центробежные и осевые.

Судовые вентиляторы приводятся в движение электродвигателями и паровыми турбинами. Схема центробежного вентилятора приведена на рис. 24.

Рис. 24. Схема центробежного вентилятора

Воздух засасывается через отверстие 1 в центральной части кожуха и попадает на лопасти 2, находящиеся на ободе колеса 3. Лопасти, вращаясь, отбрасывают воздух в кольцевой кожух 4, имеющий форму спирали, откуда он попадает в диффузор 5, Из диффузора воздух по трубопроводу поступает к месту назначения.

На рис. 25 представлен общий вид судового центробежного вентилятора типа ЦСУ. Центробежные вентиляторы для судовых систем выпускают с подачей от 240 до 1500 м3/ч при напоре от 0,6 до 3,5 кПа.

Рис. 25. Общий вид судового центробежного вентилятора

1 -- всасывающий патрубок; 2 -- колесо; 3 -- диффузор; 4 -- электродвигатель

На рис. 26 представлена схема осевого вентилятора, который отличается от центробежного тем, что колесо сообщает перемещаемому воздуху движение вдоль своей оси. Осевые вентиляторы применяются для удаления и нагнетания воздуха в вентиляционных установках большой производительности. Общий вид осевого одноступенчатого вентилятора типа ОСО показан на рис. 26.

Рис. 26. Схема осевого вентилятора

Рис. 27. Общий вид судового осевого вентилятора

1 -- корпус; 2 -- откидная крышка; 3 -- колесо; 4 -- коробка ввода кабеля

Применяемые на судах осевые вентиляторы имеют подачу до 40 тыс. м3/ч при напоре 0,3--1,0 кПа.

Теплообменные аппараты

Типы теплообменных аппаратов. Теплообменные аппараты предназначены для передачи теплоты от теплоносителя с большей температурой к теплоносителю с меньшей температурой и играют важную роль в обеспечении бесперебойной, надежной экономичной работы судовых систем и систем энергетических установок.

На судах применяют рекуперативные теплообменные аппараты поверхностного типа, в которых теплоносители разделены твердыми стенками, образующими поверхность теплообмена. В некоторых случаях применяют теплообменные аппараты смесительного типа; в них теплообмен происходит при непосредственном контакте и смешении обоих теплоносителей. Судовые теплообменные аппараты должны быть просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Применяемые материалы должны исключать возможность возникновения коррозии и эрозии. На аппараты не должны влиять разность температурных удлинений корпуса и поверхности теплообмена, а также ударные нагрузки.

По конструкции судовые теплообменники делятся на два основных типа: кожухотрубные, у которых теплообменные поверхности образуются из гладких или оребренных круглых, овальных и плоскоовальных труб, и пластинчатые -- теплообменные поверхности в них образованы из плоских пластин.

Схемы наиболее распространенных кожухотрубных теплообменников приведены на рис. 28. Обязательными элементами этих аппаратов являются крышки, кожух, трубные доски, трубки и перегородки.

Рис. 28. Схемы кожухотрубных теплообменников: а -- с U-об-разными трубками; б -- с плавающей трубной доской; в -- с подвижной трубной доской и крышкой; г -- с двумя неподвижно закрепленными трубными досками; д -- с подвижной трубной доской и неподвижной крышкой

1 передняя крышка; 2 -- трубная доска; 3 -- кожух; 4 -- трубки; 5 -- задняя крышка; 6 -- перегородка

Пластинчатый теплообменник (рис. 29) состоит из неподвижной плиты 6, которая прикреплена к несущей балке 1 и стойке 4 для образования жесткой рамы. Прижимная плита 5 подвешена между стойкой и неподвижной плитой. Пакет пластин 2 сжимается между неподвижной и прижимной плитами болтами 3. Каждая пластина (рис. 30) снабжена прокладкой, изготовленной из различных материалов в зависимости от проводимых рабочих жидкостей, их температуры и давления. Прокладки 1 смонтированы вдоль края пластин, двойные прокладки 2 -- вокруг двух из четырех угловых отверстий в пластинах.

Рис. 29. Пластинчатый теплообменник

Рис. 30. Пластина

Рис. 31. Схема течения жидкостей в пластинчатом теплообменнике

1 -- пластина; 2,5 -- вход н выход охлаждающей воды; 3,4 -- выход и вход охлаждаемой жидкости

Пакет состоит из одинаковых пластин, причем каждая вторая повернута на 180°. Прокладки вокруг угловых отверстий не позволяют одной из рабочих жидкостей попадать в каждое второе пространство между пластинами. За счет этого образуется система параллельных проточных каналов, по которым протекают обе жидкости. На рис. 31 приведена схема течения жидкостей в пространствах между пластинами. Обычно обе жидкости проходят через пластинчатый теплообменник противотоком. Трубопроводы подсоединяются к одной неподвижной плите, что дает возможность разбить аппарат для осмотра пластин и прокладок (или заменять отдельные из них) без демонтажа трубопроводов. Модульная конструкция пластинчатого теплообменника позволяет также легко перестраивать аппарат на другую производительность или получать иную поверхность теплообмена увеличением или сокращением числа пластин.

По сравнению с кожухотрубными теплообменниками аппараты пластинчатого типа обладают рядом преимуществ. Толщина пластин, образующих теплопередающую поверхность, равняется 0,6-- 0,8 мм, в то время как толщина стенок трубок кожухотрубного теплообменника достигает 1,5--3 мм. Поэтому теплопередающая поверхность аппаратов пластинчатого типа в 2--3 раза меньше. Их масса (без жидкости) в 3--4 раза меньше массы такого же по величине поверхности теплообмена кожухотрубного аппарата. Кроме того, для разборки, мойки и ремонта пластинчатого теплообменника требуется в 2--5 раз меньшая площадь. В аппарате пластинчатого типа объем жидкостей равен 2,5--5 л/м2, что значительно меньше, чем в кожухотрубном аппарате. Поэтому масса пластинчатого теплообменника и в рабочем состоянии меньше массы кожухотрубного.

Однако пластинчатые теплообменники не нашли широкого применения в судостроении из-за относительно высокой стоимости (пластины из дорогостоящих сплавов), больших затрат на организацию производства и сложной оснастки, применяемой для штамповки пластин, при относительно небольшом количестве требующихся теплообменников; все это в настоящее время делает их производство нерентабельным.

По назначению судовые теплообменники делятся на подогреватели и охладители (воды, топлива, масла, воздуха, пара), конденсаторы, деаэраторы, испарители и водоопреснители.

Размещено на Allbest.ru