Типы СЭУ с ДВС.

Судовые энергетические установки с ДВС классифицируются по целому ряду признаков.

По числу гребных валов: одновальные; двухвальные; трехвальные и т.д.

По способу передачи мощности от дизеля к гребным винтам:

- с жесткой передачей без изменения частоты вращения (гребной винт вращается с частотой вращения коленчатого вала главного двигателя);

- с гибкой передачей (с помощью гидромуфт, электромагнитных муфт; гидротрансформаторов);

- с электрической передачей – дизели работают на генераторы, а гребные винты приводятся в действие от гребных электродвигателей (ГЭД);

- с гидропередачей, обеспечивающей гидрореактивную движущую силу (на судах с водометными движителя).

По числу двигателей, работающих на каждый гребной вал: одномашинные – на каждый гребной вал работает один главный дизель; многомашинные – на каждый гребной вал работают два и более главных двигателей, передающих свою энергию вращения на гребной вал через один общий редуктор.

По типу применяемых двигателей:

- однотипные, когда используются однородные типы двигателей;

- комбинированные – используются несколько типов главных двигателей (например, дизели и газовые турбины и т.п.).

По типу движетеля: с гребным винтом фиксированного шага (ВФШ); с гребным винтом регулируемого шага (ВРШ); с противоположно вращающимися соосными гребными винтами; с водометными движителями; с крыльчатыми движителями.

Современные мощные главные двигатели выполняются с наддувом и струйным распылением топлива. Четырехтактные дизели выполняются тронковыми, двухтактные – тронковыми и крейцкопфными, а также с противоположно движущимися поршнями и несколькими коленчатыми валами.

Главные судовые дизели классифицируются по ряду признаков.

1. По назначению:

- всережимные, обеспечивающие все скорости судна от самой малой до полной;

- ускорительные (форсажные), обеспечивающие полные и близкие к полным хода при кратковременном использовании;

- маршевые (экономического хода), обеспечивающие длительный экономический ход.

2. По конструктивному исполнению:

- рядные с вертикальным расположением цилиндров четырехтактные с числом цилиндров от 6 до 12 и двухтактные с числом цилиндров от 5 до 12;

- V-образные с числом цилиндров от 8 до 20;

- X-образные с числом цилиндров от 16 до 32;

- звездообразные с числом цилиндров от 42 до 56;

- двухрядные – по существу два дизеля, соединенных общим картером, рамой и зубчатой передачей;

- D-образные двухтактные с противоположно движущимися поршнями с числом цилиндров от 9 до 18.

3. По реверсивности: нереверсивные с реверсивными муфтами или с реверс-редукторами; реверсивные.

4. По массовым и габаритным характеристикам, скоростному режиму и ресурсу:

- малооборотные тяжелые;

- среднеоборотные;

- быстроходные средней удельной массы;

- быстроходные легкие.

Рассмотрим более детально указанные типы дизелей и сравним их.

Малооборотные тяжелые дизели являются в основном двухтактными с клапанной или петлевой продувкой. Они отличаются высокой удельной массой (до 55 кг/кВт), большими габаритами и низкой частотой вращения коленчатого вала. Такие дизели применяют для прямой передачи мощности на гребные винты крупнотоннажных морских судов (танкеров, сухогрузов, рудовозов и др.). Ведущие западные фирмы создали ряд дизелей этого класса с числом цилиндров от 6 до 12, мощностью 30-35 тыс. кВт. Например, дизели фирмы МАН-Бурмейстер и Вайн. К таковым относится дизель 60МС. Это двухтактный крейцкопфный реверсивный с прямоточно-клапанной продувкой и турбинным наддувом.

Среднеоборотные дизели получили широкое распространение в качестве главных дизелей СЭУ. Это четырехтактные двигатели с высоким давлением наддува, числом цилиндров от 6 до 20 при рядном или V-образном расположений цилиндров, частотой вращения коленчатого вала 350…550 об/мин. Такая частота вращения коленчатого вала, как правило, не позволяет устанавливать прямую передачу на гребной винт. Поэтому применяются редукторные передачи, соединяемые с дизелем упругими муфтами. Ресурсы дизелей и передач отвечают высоким требованиям морского флота. Причем суммарная масса дизель-редукторного агрегата в 2, 0…2, 5 раза меньше малооборотных тяжелых дизелей.

На различных судах в качестве главных двигателей широко применяются среднеоборотные дизели фирм: «МАН-Бурмейстер и Вайн», «Зульцер», «Пилстик», «МаК» и др. Они, как и малооборотные дизели эксплуатируются на тяжелых сортах топлива. Примером могут служить среднеоборотные дизели < 40/54 фирмы «СЕМТ Пилстик», а также дизели фирмы «МаК» серии М601.

Высокооборотные (быстроходные) дизели средней удельной массы. Это дизели рядной и V-образной конструкции мощностью 740…4500 кВт при частоте вращения 750…1500 об/мин. Такие дизели применяются на судах ограниченного водоизмещения (буксирах, небольших танкерах, морских траулерах, речных судах) и в качестве главных дизель-генераторов на судах с электродвижением.

Быстроходные легкие судовые дизели сложной конструкции V-, X-, H-образные или звездообразные. Их изготавливают при широком использовании алюминиевых сплавов для получения минимальной массы. Они применяются на наиболее быстроходных судах, требующих развития высокой скорости в легких энергетических установках. Например, на судах с подводными крыльями мощность серийных дизелей этого типа достигает 3700 кВт. Они отличаются малыми размерами диаметра и большим числом цилиндров (12…56). Этот тип двигателей обладает наименьшим ресурсом и в этом их основной недостаток.

5.3.1 Дизельные установки с малооборотными двигателями.

Компоновка, масса, габариты и стоимость установки зависит в основном от характеристик главного двигателя, а малооборотные дизели имеют большие размеры и массу. Поэтому они размещаются в средней части машинного отделения. Чаще всего такие дизели применяются в одновальных установках с размещением в диаметральной плоскости судна параллельно основной плоскости или с незначительным отклонением от линии гребного вала.

Реже встречаются двухвальные установки, а в практике судостроения известен случай строительства трехвального контейнеровоза (Япония) с малооборотными дизелями фирмы «Мицубиси». На этом судне установлено два дизеля эффективной мощностью 18, 5 мВт по бортам и один дизель эффективной мощностью 26 мВт – по диаметральной плоскости.

Следует иметь в виду, что многовальная установка во многом уступает одновальной по массе, габаритам, сложности, капитальным затратам, затратам на обслуживание и др. Во многих случаях многовальную установку с малооборотными дизелями не всегда можно считать оправданной, тем более, что в настоящее время максимальная мощность таких дизелей составляет 70 мВт при высокой экономичности. Например, дизели фирмы «Зульцер» типа RTA в 12-ти цилиндровом исполнении.

Таким образом, наиболее эффективны одновальные установки с малооборотными дизелями.

5.3.2 Дизель-редукторные установки со среднеоборотными и высокооборотными двигателями.

Такие установки занимают второе место по распространенности и применяются на морских судах транспортного, технического, вспомогательного и промыслового флота, а также на судах смешанного плавания (река-море) и на речных судах.

Число оборотов коленчатого вала среднеоборотных дизелей (250…750 об/мин) превышает допустимые обороты гребного винта и поэтому в состав такой дизельной установки включаются передачи мощности (механические, гидравлические или комбинированные).

Совокупность установленных на общей фундаментной раме главных двигателей и передач, соединительно-разъединительных или пружинных муфт называется дизель-редукторным агрегатом.

К передачам, как правило, присоединяются один или два валогенератора, что усложняет схему установки, но дает выигрыш в экономии топлива для выработки электроэнергии при работе главного двигателя. Такое решение также позволяет уменьшить количество дизель-генераторов судовой электростанции и экономить ресурс.

Редукторы и соединительно-разъединительные муфты увеличивают массу (на 25…60%) и габариты (на 30…50%) дизель-редукторной установки. Однако, в целом, они в 1, 2…2 раза меньше, нежели установки с малооборотными дизелями. Габариты дизель-редукторного агрегата практически не отличаются от габаритов установки с малооборотным дизелем. Однако, последний в два раза выше.

Незначительная высота среднеоборотных дизелей позволяет использовать их на судах, которые перевозят длинномерные грузы и на которых необходимы палубные проезды для колесной техники (например, суда с горизонтальной грузообработкой).

Конструктивно главные установки со среднеоборотными дизелями и механическими передачами бывают одно-, двух-, трех- и четырехмашинными, которые присоединяются к одному редуктору. Такие СЭУ бывают одно- и многовальными.

По сравнению с установками с малооборотными двигателями, рассматриваемые установки имеют ряд преимуществ:

- машинное отделение судна со среднеоборотными дизелями может иметь меньшую высоту, а сама ГЭУ – меньше массу и габариты;

- наличие редуктора позволяет использовать двигатели и гребной вал при частичных оборотах, что отвечает наибольшему КПД винта;

- эксплуатационные характеристики установки выше за счет того, что при снижении скорости хода судна отдельные двигатели можно остановить, а оставшиеся в работе используются более эффективно;

- неисправность одного из двигателей не приводит к остановке судна, а возможность отключения неисправного двигателя позволяет выполнить его ремонт во время рейса.

Следует отметить и недостатки установок со среднеоборотными двигателями по сравнению с установками с малооборотными:

- ресурс среднеоборотного дизеля значительно ниже;

- из-за затрат энергии в редукторе и муфтах механический КПД меньше;

- более сложна эксплуатация из-за большого количества цилиндров дизелей;

- эти установки имеют повышенный уровень шума, что заставляет принимать дополнительные меры по шумоизоляции, а это ведет к удорожанию установки.

Установки с высокооборотными дизелями применяются на рыболовецких сейнерах речного флота, портовых буксирах, судах обеспечения, катерах, судах на подводных крыльях и на воздушной подушке. К этому классу относятся двигатели с частотой вращения коленчатого вала выше 750 об/мин. Поэтому в состав энергетической установки применяется понижающая передача на движители. Как правило, применяется механические, гидравлические, гидромеханические и электрические передачи.

Высокооборотные дизели имеют меньше массогабаритные показатели, чем среднеоборотные, меньшую стоимость и высокую ремонтопригодность. Однако они уступают среднеоборотным экономичностью, ресурсом и требуют использования легкого (дизельного) топлива.

Высокооборотные дизели широко применяются в установках с электропередачей. Это позволяет создавать компактные энергетические установки, так как дизель-генераторы можно размещать в любом месте судна, включая платформы и верхнюю палубу. При наличии условий передачи мощности на гребной винт в таких установках можно обойтись без валопровода.

СЭУ со среднеоборотными и высокооборотными дизелями отличаются между собой разнообразием конструктивных и компоновочных решений, которое определяется в большей степени типом и назначением судов. У них чаще, чем в установках с малооборотными дизелями, применяются навешанные вспомогательные механизмы (электрогенераторы, компрессоры воздушные, насосы топливные, масляные, охлаждения, осушительные, противопожарные), а это упрощает компоновку систем и уменьшает нагрузку на судовую электростанцию. В то же время навешанные механизмы (в большом количестве) могут снизить надежность и ремонтопригодность установки.