Главная энергетическая установка буксирного судна

Энергетическая установка представляет собой комплекс механизмов, агрегатов, устройств и трубопроводов, предназначенных для обеспечения движения судна. Совершенство буксиров, а также их эффективное использование во многом определяются силовой установкой, степенью автоматизации, надежностью и экономичностью. Силовые установкиКомплексная автоматизация силовых установок буксиров имеет определенные особенности и возможности развития. Однако в отечественной и известной зарубежной литературе им уделялось мало внимания.

Особенности работы буксиров в морских, озерных, а также речных и портовых условиях определяют основные требования к их главным энергетическим установкам:

Высокая надежность и простота обслуживания. Это требование особенно важно для буксиров, так как от надежности работы силовой установки зависит безопасность плавания буксируемого судна или толкаемого состава. Одним из основных средств повышения надежности силовой установки буксира является применение установок, состоящих из двигателей, срок службы которых значителен (по сравнению с дизелями — 4-5 тыс часов до снятия поршневой группы).
Возможность автоматического поддержания постоянной мощности во всем диапазоне нагрузки. Это требование особенно важно для силовых установок буксиров, плавающих в ледовых условиях, так как сопротивление движению судна во льдах постоянно меняется, и поддерживать постоянную мощность вручную практически невозможно. Учитывая, что все моря вокруг РФ и большинство внутренних водных путей в зимнее время покрываются льдом, что препятствует плаванию судов, развитие транспорта по обледенелым водным путям вызывает необходимость проектирования буксиров, наряду с увеличением суммарной мощности силовой установки , чтобы реализовать требование автоматического поддержания мощности на гребном винте. Это требование важно и для буксиров, плавающих на мелководье.
повышенная маневренность установки, под которой понимается ее способность к быстрому реверсированию, достижению полной реверсивной мощности в кратчайшие сроки; обеспечить малые скорости на буксире с составом.
Комплексная автоматизация силовой установки, поэтому вы можете работать без постоянной вахты в машинном отделении.
Отсутствие запретных зон при вращении винта на рабочих режимах.
Рациональное расположение механизмов в машинном отделении. На современных буксирах машинное отделение занимает до 40-60% длины корабля. Длина этого пространства во многом определяет основные размерения буксира, поэтому уменьшение его размеров в результате выбора максимально малых двигателей и рационального размещения всех механизмов является одной из основных задач при проектировании установки. При разработке генерального проекта электростанции необходимо соблюдать требуемые нормами охраны труда проходы, стремиться к уменьшению количества изолированных помещений и ограждений для упрощения обслуживания и ремонта станции.
Обеспечить уровень шума в машинном отделении в соответствии с действующими нормами.
Использование единого серийного оборудования.
Высокая экономичность. В случае с силовыми установками буксиров это означает достижение минимального часового расхода топлива в широком диапазоне изменения нагрузки. Поэтому целесообразно проверить, чтобы указанный режим реализовывался при минимальном расходе топлива.

Развитие и совершенствование силовых установок буксирного флота мира характеризуется использованием в качестве главных двигателей преимущественно средне- и высокооборотных дизелей. Дизель-генераторы используются во всем диапазоне мощностей до 16 000 л.с. С.

Канатная дорога Демириолу II, пролив Босфор

Определенный интерес к использованию газотурбинных установок на буксирах объясняется следующими преимуществами: большая мощность агрегата; высокая перегрузочная способность; меньшие, чем у дизельной установки, масса и габариты; длительный срок службы. Однако из-за высокого удельного расхода топлива, почти в два раза превышающего удельный расход топлива дизельных установок, применение газотурбинных установок на буксирах нерентабельно.

Примером использования газотурбинной установки является японский буксир Hirio Maru, построенный в 1961 г., оснащенный 2×1000 л.с. САУ фирмы Sigma med., работающими через редукторы на КПП.

Последние достижения газотурбинных установок дают основания полагать, что при определенных условиях эти установки могут составить конкуренцию дизельным установкам.

На буксирах используются дизельные двигатели различных типов. В качестве главных двигателей в тягаче используются дизельные двигатели одностороннего действия, рядные или V-образные с газотурбинным нагнетателем. Двигатели с 4-8 цилиндрами обычно однорядные, а с 12 и более цилиндрами — V-образные. Наиболее распространены однорядные двигатели с числом цилиндров 6 и 8. Имеют хорошую балансировку Концепция баланса. Влияние неуравновешенного двигателя на фундамент и корпус корабля и достаточно высокий механический КПД. Как известно, высокой агрегатной мощности можно добиться за счет увеличения рабочего объема или числа цилиндров. Увеличение количества цилиндров до 12-16 в V-образной схеме приводит к снижению массы дизеля на 10-15% по сравнению с однорядным двигателем той же мощности.

Буксир Посейдон, Балтийское море, залив Мууга
Источник: Fleetphoto.ru

На буксирах используются как четырехтактные, так и двухтактные дизельные двигатели. Наиболее часто используются четырехтактные дизельные двигатели. Скорость вращения главных двигателей характеризуется диапазоном 250-2300 об/мин.

Конструкция вала Ремонт вала и судовых гребных винтов от главных двигателей к гребным винтам обеспечивают передачу крутящего момента и обеспечивают установку качественного буксира, лишенного своих двигателей. Так что ни один из судовых двигателей, за исключением парового поршневого двигателя, не обладает свойством саморегулирования. Дизель, как известно, не может стабильно работать при оборотах менее 30% от номинала; при взаимодействии со льдом он может полностью остановиться, а частые реверсы сильно сокращают срок его службы. Поэтому на главную передачу возлагаются следующие основные функции:

реверс гребного винта;
снижение скорости при использовании дизелей с форсированными скоростями;
обеспечивать эффективное использование мощности двигателя как на холостом ходу, так и при движении с поездом, а также в швартовном режиме (рис. 1);
обеспечить хорошую маневренность установки;
защита двигателя от перегрузки;
суммирование на карданном валу мощности нескольких маршевых двигателей.

Рис. 1 График изменения мощности и КПД в зависимости от частоты вращения карданного вала для различных типов бортовых передач.
1 — дизель — ВФШ (прямой редуктор или одноступенчатый реверс); 2 — дизель — многоступенчатая рамная коробка передач ВФШ; 3 — дизель — ВРШ (или КД); 4 — гидротрансформатор дизеля — ВФШ; 5 — передача постоянного тока.
I — рабочий диапазон для установок с прямой передачей и ВФС; II — рабочий диапазон для установок с СЗУ.
а — швартовный режим; б — ход с составом; я — свободный ход

На буксирах нашли применение следующие основные типы главных передач:

прямая передача мощности непосредственно от реверсивного двигателя к VFS;
оборудование;
передача мощности от двигателя к управляемому движителю (ВРШ или КД);
передача электроэнергии постоянного тока;
гидравлический редуктор.

На современных морских буксирах от прямой жесткой передачи мощности на винты фиксированного шага практически отказались, так как она обеспечивает использование полной мощности главных двигателей и достижение хорошей тяги только на одном расчетном режиме. Это обстоятельство, а также очень низкая маневренность установки привели к отказу от использования таких установок на буксирах.

Основным средством более эффективного использования мощности главных двигателей является применение различных типов одно- и многоступенчатых реверсивных передач. Наиболее распространены на зарубежных буксирах двух- и трехступенчатые реверс-редукторы. Введение эластичной отключающей муфты (гидравлической, электромагнитной или шинно-пневматической) на задней передаче позволяет выключать двигатель, что облегчает пуск и прогрев, упрощает монтаж, уменьшает крутильные колебания, гасит удары (для например, удары в гололед) и повышает маневренность установки.

Вышеуказанные преимущества передач с различными демпфирующими элементами обусловили их широкое применение на буксирах различной грузоподъемности. В большинстве случаев морские буксиры используют реверсивные установки.

Основными типами передач также можно считать ВРШ и КД, выполняющие роль реверсивного устройства, а КД вдобавок — еще и редукционного устройства. Не останавливаясь подробно на особенностях установок с КДУ и КД, уместно отметить, что их применение на буксирах, по сравнению с КСФ, позволяет:

приложение полной мощности маршевого двигателя при заданной скорости на различных режимах плавания, в том числе при движении задним ходом и задним ходом, путем изменения тангажа вперед;
увеличить тягу на якорных канатах на 20-25 %;
получение любой малой скорости судна (вплоть до полной остановки при работающем маршевом двигателе) установкой лопастей в ноль;
значительно сократить время реверса и длину выхода судна в результате быстрого развития тормозного упора при повороте лопастей на реверс;
уменьшить количество остановок и пусков основного двигателя (это увеличивает ресурс двигателя);
легче управлять вспомогательными механизмами, особенно валогенераторами, непосредственно от валопровода главных двигателей;
повышение эффективности работы силовой установки на парциальных режимах за счет управления маршевым двигателем и движителем по принципу экономической оптимизации;
при использовании КД оставить кормовой редуктор, подпятник и рулевой механизм.

Основным недостатком силовых установок с управляемым движителем является сложность конструкции и меньший, чем у ВФш, КПД в расчетном режиме (примерно на 2%). Кроме того, при использовании среднеоборотных двигателей, использующих ВДУ, влияние винта регулируемого шага (ВРШ) и руля на управляемость судна должен иметь редуктор на валопроводе. Однако эти недостатки компенсируются положительными свойствами ВРШ и КД.

На отечественных судах главные энергетические установки с КД нашли применение в портовых и морских буксирах мощностью 600 и 900 л.с. С. (рис. 2). Установки с УЗО применяются на кантующих буксирах мощностью 600 и 1200 л.с. С.

Рис. 2 Форма общего проекта машинного отделения рейдового катера Марс мощностью 900 л.с. С.

Для буксиров, работающих в ледовых условиях, целесообразно использование электропередачи постоянного тока. Основными преимуществами этих программ являются:

возможность использования полной мощности главных двигателей в широком диапазоне внешних нагрузок на винты — от каботажного до швартовного режима;
повышенная маневренность, создаваемая за счет неограниченного количества реверсов, быстрого реверса, плавного изменения частоты вращения электродвижителя (ГЭУ), что обеспечивает малые скорости движения;
высокая эксплуатационная надежность, живучесть и возможность защиты главных двигателей от недопустимых перегрузок как в статических, так и в переходных процессах;
использование для электроснабжения мощных судовых потребителей постоянного тока (пожарных и водоотливных насосов) от главной энергетической установки (ГЭУ).

Рекомендуем прочитать: Ремонт морского двигателя внутреннего сгорания в рыбной промышленности

Дизель-электрическая трансмиссия с постоянным током в отечественной практике применяется на буксирах мощностью от 2000 л.с. С. (рис. 3), на спасательных буксирах мощностью 2200 л.с. С и стопорными толкателями мощностью 600 л.с. С.

Рис. 3 Схема общего расположения машинного отделения морского буксира «Иван Плюсин» мощностью 200 л.с. С.

Гидравлические редукторы, а особенно гидродинамические, несмотря на их очевидные преимущества, до сих пор применяются редко. Из-за отсутствия опыта эксплуатации гидротрансформаторов на буксирах пока не ясны такие проблемы, как поведение гидротрансформаторов в динамике, надежность уплотнений в условиях частых реверсов и ударов гребного винта и корпуса о лед.

На судах внутреннего плавания применяется гидропривод, установленный на подруливающем устройстве мощностью 4000 л.с. С. Маршал Блюхер (рис. 4). Силовая установка толкача включает два дизель-гидравлических главных редуктора 1ДГРЛ мощностью по 2000 л. С при скорости 175 об/мин. Каждый агрегат состоит из двухтактного V-образного дизеля 10Д40 и универсального гидроредуктора ГЗГ1С-2 000, соединенного с шинной пневматической муфтой 8ШМС. Он позволяет после разгона и реверса на длительных режимах автоматически передавать мощность на карданный вал через гидромуфту, имеющую более высокий КПД.

Рис. 4 Схема общего расположения машинного отделения подруливающего устройства Маршал Блюхер 4000 л.Мед.
1 — маршевый двигатель 10Д40; 2 — универсальный гидроредуктор; 3 — дизель-генератор ТД100-И; 4 – стоячий дизель-генератор ДГ50-9; 5 – конденсатный насос турбогенератора ЭНЦ-25М; 6 — маслоперекачивающий насос РЗ-7,5; 7 — дренажный насос НЦВС 25/20; 8 – балластный насос НЦВС 63/20; 9 — насос пожарный НЦВ 63/80; 10 общевойсковых насосов 2КМ-6; 11 — маслоперекачивающий насос к ЭВН главного двигателя; 12 — компрессор 20К1-38; 13 — баллон со сжатым воздухом маршевого двигателя и тайфуна; 14 — короб забортной воды; 15 — маслорадиатор; 16 — топливоперекачивающий насос РЗ-30Н; 17 – хозкотел КУП-135-7/5 (в дымоходной); 18 – топливный сепаратор СЦ-1,5/1-11; 19 — топливоперекачивающий насос РЗ-3; 20 — циркуляционный насос 2КМ-6 блока охлаждения; 21 — блок охлаждения МАК-ФУ60.1; 22 — насос и пневмобак забортной воды; 23 — насос и пневмобак с питьевой водой; 24 — циркуляционный насос турбогенератора 6КМ-12А; 25 — водонагреватель БФА-200; 26 – турбогенератор ТД100-1 (на платформе); 27 — паровой котел (на платформе); 28 — расходный топливный бак

Агрегат обеспечивает высокие тяговые свойства для буксиров при практически постоянном крутящем моменте двигателя, независимо от изменения крутящего момента на гребном валу. Максимальные значения крутящего момента при остановке могут быть в 2,5-2,8 раза больше рабочего крутящего момента. Реверс гребного винта с полного переднего хода на полный реверс, без изменения частоты вращения двигателя, осуществляется за 15 с.Таким образом, дизель-гидравлические агрегаты, имеющие значительные преимущества перед дизель-электрическими по экономичности, массе и габаритам, увеличивают срок службы двигателя тяговое усилие и маневренность толкачей, позволяют плавать в ледовых условиях и на мелководье. В будущем они могут найти более широкое применение.