Что такое силовая установка судового двигателя

Виды судовых двигателей

Когда суда только начинали своё развитие, то в качестве двигателя использовался парус. Действительно, на тот момент паруса являлись наиболее привлекательным средством для увеличения скорости корабля. Естественно, на скорость также влияла и осадка. Однако в один прекрасный момент человеку надоело зависеть от милости природы.

На сайте http://www.mpsystems.ru/ можно приобрести судовые двигатели на наиболее выгодных условиях. Сотрудничая с производителем напрямую, Вы существенным образом экономите. В нижеприведённой публикации будут описаны различные типы двигателей.

Паровые котлы и паровые турбины

Безусловно, следующим шагом в развитии после паруса стали паровые котлы. Однако, они имели существенный недостаток. Чтобы заставить судно двигаться, приходилось использовать невероятное количество топлива.

Естественно, топливо складировалось на корабле. Это приводило к сокращению полезного пространства, а также к увеличению общего веса судна. Достаточно быстро технический прогресс перешёл к использованию паровых турбин.

Основными техническими особенностями их эксплуатации можно назвать следующие:

• требуется меньшее количество топлива;
• обладает высокими оборотами;
• использует редуктор для подачи вращательного движения на винт;
• на корабле необходимо использовать две турбины.

Наверняка возник вопрос – для чего использовать вторую турбину. Дело в том, что главным недостатком паровой турбины считается невозможность заднего хода у судна. Специально для этого устанавливалась дополнительная турбина, которая по мощности была в два раза меньше.

Несмотря на это, технический прогресс не останавливался и сегодня судовые двигатели существенно преобразились.

ДВС, газотурбинные двигатели, атомные силовые установки

ДВС сегодня – это наиболее распространённый вид двигателя в судоходстве. Он использует относительно небольшое количество топлива при этом предоставляет стабильную работу.

Используются малооборотистые ДВС. Благодаря этому удалось избавиться от громоздких редукторов. Между тем, газотурбинные двигатели также стали использоваться. В них основным топливом служит газ.

Безусловно, топлива уходит несколько больше, то эта силовая установка способна предоставить лучшие ходовые характеристики. Однако в случае охлаждения (изменения климата) КПД газотурбинного двигателя резко подает на большую величину.

Атомные двигатели используются исключительно на ледоколах. Во-первых, такая мощь необходима далеко не каждому двигателю. Во-вторых, атомные ледоколы не ходят наиболее популярными мореходными путями. В случае аварии во льдах, ущерб будет минимальным.

Смотрите также:

• Узнайте о том, как выбрать название для яхты.

• Описание принципа работы воздушной подушки (в судостроении) — http://yakauto.ru/printsip-rabotyi-vozdushnoy-podushki/

В видео будет описан принцип действия судового двигателя внутреннего сгорания:

Главная энергетическая установка ВМС США

Начиная с 70-годов XX века, в мире проявилась четкая тенденция по переходу энергетики на природный газ, как основной вид топлива, и газотурбинные установки (ГТУ) в качестве ведущих силовых агрегатов для привода электрогенераторов. Развитыми странами мира выделяется существенное финансирование на работы по повышению эффективности и топливной экономичности газотурбинных установок.

Уже эксплуатируются большие ГТУ мощностью свыше 400 МВт. Температура рабочих газов современных ГТУ на входе в турбину перешла за отметку 1500 °С, что на 150/200 °С выше, чем на установках предыдущего поколения.

Нынешний период характеризуется активными работами по созданию ГТУ третьего поколения, представляющих собой компактные и одновременно мощные силовые установки для морской техники гражданского и военного назначения.

Второе поколение

Корабельные ГТД второго поколения разрабатывались на основе авиационных турбореактивных двигателей с учетом использования в морских условиях. Они имеют малый удельный расход топлива, повышенную коррозионную стойкость, меньшие, чем у ГТД первого поколения, вес и габариты, больший срок службы и повышенную надёжность. КПД этих двигателей был увеличен за счёт повышения рабочего давления, температуры цикла, а также применения эффективного охлаждения лопаток турбины.

Наиболее напряженные узлы и детали таких двигателей изготавливаются из высокопрочных коррозионно-стойких сплавов. Ротор и статор компрессора выполняются из титановых или никелевых, а компоненты турбины и камеры сгорания – из кобальтовых или никелевых сплавов. Все детали ГТД, работающие при высокой температуре (камера сгорания, лопатки турбины высокого давления, направляющие и активные лопатки первой и второй ступеней турбины низкого давления), имеют алюминизированные или хромированные пленочные покрытия, которые являются достаточно надежной защитой от высокотемпературной коррозии.

ГТД второго поколения могут работать на авиационном керосине, дизельном и дистиллятном топливах и даже природном газе. В отличие от ГТД первого поколения они выделяют незначительное количество дыма, что достигнуто благодаря применению совершенной конструкции топливных форсунок и полному его перемешиванию с воздухом в аксиальных вихревых камерах сгорания.

Американской компании «General Electric» с середины 60-х годов прошлого века удалось создать широкий типовой ряд энергетических газотурбинных установок разной мощности. Эти двигатели широко использовались на различных типах гражданских самолётов в США. Позднее их применили для создания промышленных ГТУ и судовых двигателей.

LM-2500

Эксперты считают лучшим морским ГТД второго поколения американский двигатель LM-2500 фирмы «General Electric».

Он создан на базе авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя TF39 и является развитием серии CF6-6 той же фирмы.

ГТД представляет собой двухвальный двигатель простого цикла, в состав которого входят 16-ступенчатый компрессор, быстросъемная кольцевая камера сгорания малого диаметра, двухступенчатая турбина высокого давления и шестиступенчатая свободная силовая турбина. При нормальных эксплуатационных условиях (температура окружающего воздуха 15 °С, давление 1,03 кг/кв. см.) и теплотворной способности топлива 10 270 ккал/кг двигатель имеет максимальную длительную мощность 24 700 л. с. при 3 400 об/мин. Удельный расход топлива на этой мощности 181,9 г/л. с. ч и расход воздуха 59–65 кг/с. Длина двигателя составляет 6,25 м, вес около 3,8 т. Компрессор выполнен однороторным со степенью сжатия 17:1.

По сравнению с корабельными ГТД других типов, температура газа в двигателе LM-2500 значительно повышена, однако, благодаря эффективному охлаждению, температура его стенок оказалась ненамного выше, чем у ГТД первого поколения. Особое внимание при этом уделяется обеспечению контроля за потоком охлаждающего воздуха, уменьшению его потерь, а также контролю за радиальным зазором.

Силовая турбина представляет собой прямоточную шестиступенчатую конструкцию с небольшими окружными скоростями. Силовой вал ГТД снабжён с обеих сторон эластичными дисковыми муфтами сцепления, выравнивающими несогласованные крутящие моменты. Считается, что дисковые муфты наиболее полно удовлетворяют требованиям корабельных ГТД, так как не требуют смазки, не имеют трущихся поверхностей и обладают высокой коррозионной стойкостью. Подшипники ГТД смазываются с помощью масляных насосов синтетическим маслом.

Компрессор и корпус силовой турбины для удобства обслуживания и ремонта выполнены разъёмными, что позволяет заменять лопатки без демонтажа двигателя в целом. Кроме того, имеются смотровые отверстия для наблюдения за состоянием наиболее важных частей, а вся топливная система смонтирована снаружи двигателя.

В период стендовых испытаний ГТД LM-2500 время его безаварийной работы значительно превысило моторесурс двигателей первого поколения.

В ходе пробной эксплуатации на судне «Адмирал Коллагэн» в 1972 году этот двигатель отработал более 15 тыс. часов, из них 5 тыс. часов он работал в диапазоне мощностей 19–21 тыс. л. с. Еще одной особенностью этого ГТД является то, что, легко удалив из корабля на береговой ремонт, его можно заново установить в течение 72 часов. Развитый глобальный фирменный сервис позволяет укладываться с указанное время, что дает компании «General Electric» серьезное конкурентное преимущество перед другими производителями ГТД.

Захватив лидерство на мировом энергетическом рынке, «General Electric» последние 30 лет производит около 70 % всех выпускаемых в мире ГТУ.

В настоящее время компания выпускает судовые установки мощностью трех типов:

серия LM-2500 – мощностью от 22,4 до 33,4 МВт,
серия LM-6000 – мощностью от 42,4 до 47,5 МВт,
серия LMS-100 – мощностью 110 МВт.

По состоянию на конец 2018 года изготовлено порядка 2 100 судовых двигателей серии LM-2500 различных модификаций, среди которых выделяют:

• General Electric LM-2500 мощность 22,4 МВт,
• General Electric LM-2500+ мощность 31,1 МВт,
• General Electric LM-2500+G4 мощность 33,4 МВт.

Корабельный газотурбинный двигатель LM-2500 является самым массовым и надежным и используется на боевых кораблях от фрегата до авианосца. Подавляющее большинство кораблей действующего состава ВМС США оснащены этим двигателем. ГЭУ LM-2500 компании General Electric применяются на более 400 кораблях ВМС 33 стран мира с 1972 года. Более 1000 судовых двигателей LM-2500 в мире эксплуатируются ежедневно. С 1998 года ГТУ LM-2500+ применяется для оснащения коммерческих морских судов.

Типы военных кораблей и судов с ГЭУ GE LM-2500 и его модификаций

Корабли ВМС и Береговая охрана США:

• Океанский патрульный корабль класса «Легенда» (США) – в составе БОХР США,
• Фрегаты типа «Оливер Хазард Перри» (США) – списаны,
• Эскадренные миноносцы типа «Спрюэнс» (США) – списаны,
• Эскадренные миноносцы типа «Кидд» (США) – списаны,
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Арли Бёрк» (США) – в составе ВМС,
• Ракетные крейсера типа «Тикондерога» (США) – в составе ВМС,
• УДК типа «Америка» (США) – в составе ВМС.

Корабли и суда других стран:

• Корветы типа «Нильс Юэль» (Дания),
• Корветы типа «Пхохан» (Южная Корея),
• Корветы типа «Саар 5» (Израиль),
• Фрегаты типа «Галифакс» (Канада),
• Фрегаты типа «Гидра» (Греция),
• Фрегаты MEKO тип «200» (Австралия и Новая Зеландия, ФРГ, Турция, Греция, Португалия, Аргентина, Малайзия, ЮАР, Алжир),
• Фрегаты серии F-122 «Брандербург» (ФРГ),
• Фрегаты серии F-123 типа «Бремен» (ФРГ),
• Фрегаты серии F-124» типа «Саксония» (ФРГ),
• Фрегаты типа «Ченг Кунг» (Тайвань),
• Фрегаты типа УРО типа «Горизонт» (Франция, Италия),
• Фрегаты типа FREMM (Франция, Италия, Марокко, Египет),
• Фрегаты типа «Альваро де Базан» (Испания),
• Фрегаты типа «Санта Мария» (Испания),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Асахи» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Акидзуки» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Таканами» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Мурасамэ» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Конго» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Атаго» (Япония),
• Эскадренные миноносцы УРО типа KDX-I и КВЧ-II (Южная Корея),
• Эскадренные миноносцы УРО типа «Король Седжон» (Южная Корея)
• Эскадренные миноносцы типа «Луиджи Дуранд де ла Пенне» (Италия),
• Эскадренные миноносцы типа 052 (Китай),
• Эскадренные миноносцы-вертолетоносцы типа «Идзумо» (Япония),
• Эскадренные миноносцы-вертолетоносцы типа «Хюго» (Япония),
• УДК типа «Хуан Карлос» (Испания),
• УДК типа «Канберра» (Австралия),
• Авианосец «Кавур» (Италия),
• Авианосец «Принсипе де Астуриас» (Испания).

Круизные лайнеры типа «Queen Mary 2»

Пожелания о будущем ВМФ России

Вопрос унификации главных энергетических установок военных кораблей и судов стоит и перед российским ВМФ.

Такого разнообразия в морских двигателях, как у нас, нет ни на одном военно-морском флоте мира, входящем в первую десятку крупнейших морских держав.

Перспективные планы по строительству новых кораблей должны быть нацелены на максимальную унификацию большинства проектов на основе единой ГТД и дизельных двигателей.

Разработка современного отечественного авиационного двигателя ПД-14 и его более мощных модификаций – ПД-18 и ПД-35 открывает возможности по созданию на их базе морских версий ГТД нового поколения.

По данным СМИ, начаты работы по созданию на основе двигателей серии ПД газотурбинных установок для газоперекачивающих станций (ГТУ ГПС). Имеет смысл вместе с испытаниями авиационных двигателей и ГТУ ГПС уже сейчас начать разработку морских ГТД нового поколения.

Также руководству ВМФ России необходимо перед проектировщиками ставить задачу по включению указанных ГТД во все новые проекты кораблей и судов, где это экономически оправдано и целесообразно.

Широкая линейка унифицированных авиационных двигателей, газовых установок и морских ГТД даст существенную экономию при их эксплуатации и ремонте. Совместные центры ремонта и обслуживания позволят оперативно решать вопросы сервисного обслуживания внутри России.

Ведь везде, где есть российские военно-морские базы флота, рядом находится гражданский или военный аэродром, позволяющий обеспечить срочную доставку запчастей и новых подменных двигателей. А поставки кораблей и судов наших проектов по линии военно-технического сотрудничества помогут сформировать сервисную сеть за рубежом.

Судовые энергетические установки (СЭУ)

7.1. Тип, состав и размещение СЭУ на судне

СЭУ – комплекс взаимосвязанных механизмов, теплообменных аппаратов, оборудования, устройств и систем, предназначенный для обеспечения движения с заданной скоростью, а также для выработки энергии для судовых нужд. Двигатель, обеспечиваю-щий движение судна,- главный двигатель – передаёт энергию (тем или иным способом) движителю, который преобразует её в упор, преодолевающий сопротивление среды движению судна, что обеспечивает движение судна с заданной скоростью.

СЭУ классифицируются по: — способу превращения тепла в меха-ническую энергию (поршневые, турбинные, реактивные); — типу главного двигателя (ДВС – дизель, паровая турбина – ПТУ, газовая турбина – ГТУ, паровая машина – ПМ, комбинированные парога-зотурбинные — ПГТУ); — по топливу (дизельное, моторное, мазут, уголь, ядерное); — по способу передачи мощности к движителю (прямая передача, механическая, гидравлическая, электрическая, комбинированная.

Размещение СЭУ на судне. В отдельных специальных помещениях, которые так и называются отделениями – котельное, машинное, вспомогательных механизмов. Часто объединяют в одно помещение: машино-котельное МКО. МКО чаще всего размещается в корме вместе с надстройкой, отводя более объёмную часть корпуса под полезные грузы.

7.2. Наиболее применяемый тип СЭУ – ДВС. В 1986г 98% мирово-го торгового флота имели ДВС, который имеет реверс, наибольший к.п.д., экономичен, но занимает больше места, меньше мо-торесурс, тяжёл. В состав каждой СЭУ входят: главный двигатель, двигатель, валопровод, редуктор, вспомогательные механизмы (за исключением электродвижения). У ПТУ – больше моторесурс, меньше занимаемый объём, меньше кпд, менее экономична. Применяют на больших судах. ГТУ – малый моторесурс, малые габариты при большой мощности. Применяют на ролкерах, контейнеровозах, быстроходных судах, промысловых судах. –ПГТУ – имеют два режима: экономичный ход и форсаж.

7.2.1. Паровые машины и котлы. Паровые котлы (сюда можно отнести ядерную установку) пред-назначены для выработки пара с целью обеспечения им главных и вспомогательных механизмов, бытовых нужд. Главные котлы снабжают паром главные и вспомогательные механизмы (турби-ны, турбогенераторы, холодильные машины и пр.), вспомога-тельные – систему отопления помещений, камбуз, баню и т.п. Они работают только на стоянках /иногда работает один главный котёл на пассажирских судах. Судовые котлы работают в основном на жидком топливе, редко – на угле.

В ядерных установках вместо парового котла служит парогенера-тор. Паровой котёл состоит из корпуса, топки и газоходов. Котлы подразделяются на водотрубные и газотрубные (иногда водога-зотрубные). Харатеристики котла: площадь поверхности нагрева, паропроизводительность (количество пара в час), рабочее давле-ние, температура перегрева пара, удельный паросъём. Вода в котле циркулирует принудительно или естественно. Если вода полностью испаряется в трубках коллектора, то котёл называется прямоточным. Параметры пара на СЭУ крупных танкеров: давле-ние 8МПа (80атм), температура перегрева пара в экономайзере – до 515 град.С. Системы, подающие рабочие среды: топливная, питательная, воздушная (наддув). Вспомогательные котлы – Р = 1МПа (10кгс/см кв), производительность – 1-5т/час, температура – до 200 град.. Утилизационные котлы используют тепло отходя-щих газов главного двигателя на дизельных и газотурбинных уста-новках; размещаются на выхлопных трубороводах.

Паровые машины – поршневые паровые установки с низким кпд, для нового судостроения не применяются.

7.2.2. Паровые турбины (ПТ).

ПТ – механизм, преобразующий потенциальную энергию пара сначала в кинетическую энергию скоростной струи пара, а затем – в механическую работу вращения вала. ПТ состоит из: дисков с лопатками, насаженными на вал, ротора, статора (неподвижной части). В направляющем аппарате происходит расширение пара, падает давление, увеличивается скорость струи. Турбины класси-фицируются как: вертикальные, горизонтальные – по расположе-нию оси, однокорпусные, многокорпусные, активные, реактивные.

Многокорпусные – ТВД, ТСД, ТНД, ТЗХ (высокое, среднее, низкое давление, задний ход).

Активные ПТ – расширение пара только в направляющем аппарате.

Реактивные ПТ — расширение пара на лопатках специального профиля.

КПД ПТУ » 28-31% обороты турбины – до 6000 в мин; на винт через редуктор – 80-200 об/мин. Конденсатор – теплообменник, в котором отработавший пар конденсируется до воды и возвращается в питательную систему.

7.2.3. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), дизельные установки

ДВС – поршневой тепловой двигатель, в котором сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую происходит непосредственно внутри рабочего цилиндра. Рабочая тело — смесь газов, образующаяся при сгорании топлива. Под давлением газов поршень движется возвратно-поступательно, и крившипный-шатунный механизм с коленчатым валом преобразует его во вращательное движение гребного вала и винта. Неподвижная часть ДВС, на которую опираются цилиндр, называется; станина опирается на фундаментную раму. Нижняя часть станины с фундаментной рамой образуют картер. Рабочий процесс, совершающийся в ДВС, состоит из последовательно сменяющих друг друга процессов: всасывания воздуха в цилиндр, сжатия воздуха в цилиндре, впрыска топлива, воспламенения и расширения горячих газов в цилиндре (рабочий ход) и выхлопа отработавших газов. Эти процессы могут происходить до 2 или до 4 хода поршня. От этого ДВС бывают 4х и 2х тактными.

ДВС классифицируются также как простого и двойного действия (рабочий ход совершается в одной или двух полостях цилиндра; в зависимости от скорости движения поршня: до 6,5 м/см – тихоходные; малооборотные 150-250 об/мин; среднеоборотные – 300-600 об/мин; крейцкопфные и тронковые (шатун с ползуном и без); карбюраторные и дизели (по способу воспламенения: свеча и без); компрессорные и безкомпрессорные (способ распыления топлива); по топливу: нефтяные, керосиновые, бензиновые, газогенераторные. У ДВС есть реверсивное устройство.

Нормальная работа ДВС обеспечивается системами: топливной, смазки, охлаждения и пусковой. Расположение цилиндров: рядное, V-образное, звездой.

Система обозначения ДВС:

КПД ДВС – 35-45%, меньший расход топлива по сравнению с ПТУ.

Отрицательное: высокая стоимость топлива и смазки, сложность конструкции, большая масса, неспособность работы с перегрузкой; меньший моторесурс, сложность ремонта, более высокая стоимость установки, шум и вибрация (более мощный фундамент из-за неуравновешенности).

7.2.4. Газовые турбины и газотурбинные установки (ГТУ)

Газовая турбина – представляет турбоагрегат, где рабочим телом является не пар, а более высоких тепловых параметров газы, образующиеся при сгорании топлива в специальных камерах. Т.к. ГТ – нереверсивный механизм, то в ГТУ предусматривается турбина заднего хода.

Состав ГТУ: сама ГТ, воздушный компрессор, камера горения (генератор газа), трубопроводы, утилизационное устройство для использования тепла отходящих газов, пусковая паровая турбина (пар от вспомогательного котла), топливная и масляная система. Для образования рабочего газа на ГТУ используют камеру горения или СПГГ (свободно-поршневой генератор газа). Параметры газа: t=650-850 0 С.

СПГГ – симметричный аппарат состоящий из двухтактного одноцилиндрового двигателя с противоположно движущимися поршнями, одноступенчатого компрессора простого действия и двух буферных цилиндров. В цилиндре расположено два рабочих поршня, соединенные с компрессорами и буферными цилиндрами. Благодаря СПГГ улучшается компоновка ГТУ. Несколько СПГГ могут работать на одну турбину. ГТУ применяются на скоростных судах и ролкерах, где желательно разделение установки по бортам: в общем ГТУ занимает меньший (по сравнению с ПТУ, ДВС) объём, меньше расходует топлива; однако имеет меньший моноресурс, повышенную шумность.

7.2.5. Ядерные энергоустановки (ЯЭУ или АЭУ)

ЯЭУ – судовая энергетическая установка, где для получения пара (или нагретого газа используется тепло управляемого процесса цепной реакции распада атомных ядер расщепляющихся веществ(урана, плутония, тория и их изотопов). Удельное получение энергии при этом очень велико. Так, при использовании 1 кг U 235 выделяется количество энергии, эквивалентное сжиганию 1400 т мазута. Однако, работа ядерного реактора в судовой ЯЭУ требует биологической защиты экипажа и окружающей среды от воздействия ионизирующих излучений, образующихся при распаде

атомных ядер расщепляющихся элементов. Поэтому вес ЯЭУ получается значительным, хотя возникает существенная экономия на отсутствии запасов топлива (органического). В целом стоимость энергии, получаемой в ЯЭУ, ещё достаточно высока, что сдерживает её использование в судоходстве и судостроении. Наибольшее применение ядерная энергия получила для ледоколов, судов арктического плавания, подводных кораблей (нет необходимости подачи воздуха для работы ЯЭУ, практически неограниченное энергообеспечение, увеличение дальности хода и автономности).

Основной элемент ЯЭУ – реактор. Это корпус толстого металла, активная зона, состоящая из набора ТВЭО-ов (тепловыделяющих элементов) с ядерным горючим. Если масса расщепляющегося вещества достигает критической, то начинается цепная реакция деления ядер, при которой выделяется тепловая энергия в больших количествах. Если не управлять процессом деления ядер, то это будет атомная бомба. Поэтому нужны: замедлитель, отражатель нейтронов, теплоноситель, система управления (поглотители нейтронов – управляющие стержни) и защита (АЗ – аварийная защита из поглотителей нейтронов). Замедлителем служит графит, тяжелая вода, обычная вода; теплоноситель – вода, жидкие металлы и сплавы (Na, K, V+Pb), газы (He, N2, CO₂, воздух). На судах наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы, у которых замедлителем и теплоносителем является дистиллированная вода (бидистиллат), наиболее простые и надежные ЯЭУ могут быть исполнены по 1,2,3-контурной схеме. Тогда необходимы парогенераторы, компенсаторы объема, ионообменные фильтры, насосы, биологическая защита на опасный блок агрегатов /см. схемы ЯЭУ/стр280Ф/. Одноконтурная ЯЭУ требует биологическую защиту вокруг всего контура, включая турбину. Двухконтурная более распространена, т.к. 2й контур уже безопасен (не нужно защиты); трехконтурная применяется, если теплоноситель в реакторе сильно активируется и его необходимо тщательно отделить от рабочего вещества благодаря ещё одному промежуточному контуру.

7.3. Передача энергии от двигателя к движителю. Электродвижение.

Главный судовой двигатель (D) вырабатывает энергию для

Движитель (d) – преобразует эту энергию в движение судна с заданной скоростью. Т.к. движитель, в основном, расположен в корме, а двигатель может быть в любой части судна (по длине), то необходимо передать энергию двигателя движителю. Передача может быть механическая – валопровод, гидравлическая, электрическая. Все агрегаты, участвующие в обеспечении движения судна, относятся к пропульсивной установке. Наиболее распространенной является механическая передача через валопровод, который передает крутящий момент от двигателя к движителю. Он состоит из: гребного вала, проходящего внутрь корпуса через дейдвудное устройство; промежуточных валов, опирающихся на опорные подшипники, упорного вала, главного упорного подшипника, передающего упор, создаваемый винтом, на корпус судна; валоповоротное устройство, тормоз. К пропульсивной установке относится также редуктор, разъединительная муфта. На гребной вал снаружи устанавливается винт, изнутри – гребной электродвигатель. Электрическая передача мощности от D к d состоит в следующем: Главный двигатель – турбо-, дизель- , валогенератор, вырабатывающий электроэнергию, которая подается на ГРЩ (главный распределительный щит). С ГРЩ подается на ГЭД (гребной электродвигатель). Если ГЭД обеспечивает все режимы движения судна, то промежуточные валы, редуктор, тормоз, разъединительная муфта становятся лишними. В этом существенный выигрыш такой передачи. Кроме того, преимущества электродвижения:

— работа и регулируемость на малых скоростях

— быстрое затормаживание (min выбег при реверсе).

Применение: на ледоколах, буксирах, промысловых судах (постоянный ток); плавкраны, земснаряды, мастерские (переменных ток).

Интерес также вызывает ГВРК (главная винторулевая колонка), которая в комплексе заменяет почти всю пропульсивную установку. Она представляет собой обтекаемую капсулу, внутри которой расположен ГЭД и упорный подшипник; снаружи установлен винт на гребном валу: вся капсула может поворачиваться на 360 0 вокруг оси, перпендикулярной гребному валу. Все эти агрегаты вынесены вне корпуса судна; из корпуса в ГВРК подаётся только эл. энергия от ГРЩ. В корпусе нет редуктора, муфты, никаких валов, подшипников и пр. Есть только те или иные источники энергии. Такие агрегаты уже применяются на крупных пассажирских судах. Кроме того, они исключают необходимость руля.

7.4. Анаэробные двигатели (СЭУ): Стирлинга, РЕДО, термоэлементы, парогазовая турбина (установка Вальтера)

Судовая силовая установка

Судовая силовая установка используется для привода судовых гребных винтов, работающих в условиях резко изменяющегося внешнего момента сопротивления. Судовая силовая установка содержит главный двигатель, соединенный с водилом планетарного редуктора, к эпициклу которого присоединен гребной винт, а к солнечному колесу — маломощная регулирующая электрическая машина, якорная обмотка которой присоединена ко второй электрической машине, соединенной с валом главного двигателя, при этом солнечное колесо и эпицикл планетарного редуктора жестко соединены с помощью блокировочной муфты. К якорной обмотке подключены два последовательно соединенных датчика тока, к которым параллельно присоединены два потенциометра. Выход первого потенциометра через первое регулируемое сопротивление присоединен ко входу дополнительной обмотки возбуждения второй электрической машины, а ее выход через второе регулируемое сопротивление — к выходу второго потенциометра. Вход и выход дополнительной обмотки возбуждения присоединены через соответствующие источники постоянного напряжения ко входам диодов, выходы которых соединены с первыми из входов потенциометров. К гребному винту фиксированного шага присоединен тахогенератор, выход которого подключен к центральному регулятору, расположенному на главном двигателе. Такое выполнение судовой силовой установки обеспечивает уменьшение скорости вращения гребного винта при резком увеличении или уменьшении внешнего момента сопротивления. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судовым силовым установкам, и может быть использовано для привода гребных винтов, судов ледового плавания.

Известны судовые силовые установки, содержащие главный двигатель, соединенный с водилом планетарного редуктора, к эпициклу которого присоединен гребной винт фиксированного шага, а к солнечному колесу — маломощная регулирующая электрическая машина, получающая питание от второй электрической машины, соединенной с валом главного двигателя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является судовая силовая установка, содержащая главный двигатель, соединенный с водилом планетарного редуктора, к эпициклу которого присоединен гребной винт, а к солнечному колесу — маломощная регулирующая электрическая машина, получающая питание от второй электрической машины, соединенной с валом главного двигателя, при этом солнечное колесо и эпицикл планетарного редуктора жестко соединены с помощью блокировочной муфты [1] .

Недостатком прототипа является то, что скорость вращения гребного винта не зависит от момента сопротивления, что при резком изменении внешнего момента сопротивления может привести к поломке гребного винта.

Задачей изобретения является создание судовой силовой установки с повышенной надежностью за счет того, что скорость вращения гребного винта уменьшается при резком увеличении или уменьшении внешнего момента сопротивления.

Поставленная задача решается тем, что судовая электромеханическая силовая установка, содержит главный двигатель, соединенный с водилом планетарного редуктора, к эпициклу которого присоединен гребной винт фиксированного шага, а к солнечному колесу — маломощная регулирующая электрическая машина, якорная обмотка которой присоединена ко второй электрической машине, соединенной с валом главного двигателя, при этом солнечное колесо и эпицикл планетарного редуктора жестко соединены с помощью блокировочной муфты.

Новым по сравнению с прототипом является то, что судовая силовая установка содержит два датчика тока, соединенных последовательно и подключенных к якорной обмотке, к которым параллельно присоединены два потенциометра, причем выход первого потенциометра через первое регулируемое сопротивление присоединен ко входу дополнительной обмотки возбуждения второй электрической машины, а ее выход через второе регулируемое сопротивление к выходу второго потенциометра; вход и выход дополнительной обмотки возбуждения также присоединены через соответствующие источники постоянного напряжения ко входам диодов, выходы которых соединены с первыми из входов потенциометров; кроме того к гребному винту фиксированного шага присоединен тахогенератор, выход которого подключен к центральному регулятору, расположенному на главном двигателе.

Новая совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата, так как в случаях резкого увеличения или уменьшения внешнего момента сопротивления на гребном винте суммарный поток второй электрической машины уменьшается, следовательно, уменьшаются ее е. д. с. и напряжение, подаваемое на маломощную регулирующую электрическую машину, что приводит к уменьшению ее скорости, а следовательно, и скорости гребного винта фиксированного шага.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема судовой силовой установки.

Судовая силовая установка содержит главный двигатель 1, соединенный с водилом 2 планетарного редуктора 3. Водило 2 через разобщительную муфту 4 и первую ступень планетарного редуктора 2 связано с главным двигателем 1, эпицикл 5 планетарного редуктора 2 — с гребным винтом 6 фиксированного шага, а солнечное колесо 7 — с маломощной регулирующей электрической машиной 8, якорная обмотка которой соединена со второй электрической машиной 9, находящейся на валу главного двигателя 1. Солнечное колесо 7 и эпицикл 5 жестко соединены при помощи блокировочной муфты 10.

Электрическая машина 9 содержит основную 11 и дополнительную обмотки 12 возбуждения.

Устройство содержит датчики 13 и 14 тока, параллельно к которым присоединены потенциометры 15 и 16 соответственно. Выход потенциометра 15 через регулируемое сопротивление 17 присоединен ко входу дополнительной обмотки 12 возбуждения, а ее выход — к потенциометру 16 через регулируемое сопротивление 18. Вход и выход дополнительной обмотки 12 возбуждения присоединены через соответствующие источники 20 и 19 постоянного напряжения ко входам диодов 22 и 21, выходы которых соединены с первыми из входов потенциометров 16 и 15.

Установка также содержит тахогенератор 23, расположенный на гребном винте 6 фиксированного шага, соединенный с центральным регулятором 24, расположенном на главном двигателе 1.

Устройство работает следующим образом. При увеличении момента сопротивления на винте 6 увеличивается момент на валу регулирующей электрической машины 8, увеличивается ток в якорной цепи электрических машин 8 и 9. Когда напряжение на потенциометре 15 станет больше, чем напряжение источника постоянного напряжения 19, в цепи дополнительной обмотки 12 возбуждения появится ток. Поскольку поток дополнительной обмотки 12 возбуждения направлен навстречу основному потоку возбуждения электрической машины 9, то общий поток последней ослабится, что приведет к ослаблению тока в якорной цепи электрических машин 8 и 9, а следовательно, уменьшится скорость главного двигателя 1. Электрический контур, состоящий из элементов 16, 18, 20, 22 при этом не работает, так как диод 22 препятствует пропусканию тока.

Когда момент сопротивления на валу главного двигателя 1 уменьшается, уменьшится и ток в якорной цепи машин 8 и 9. При достижении на потенциометре 16 напряжения, меньшего, чем напряжение источника 17, в контуре, состоящем из элементов 16, 18, 20, 22, а следовательно и в цепи дополнительной обмотки 12 возбуждения, появляется ток. И в этом случае поток машины 9 обмена ослабевает, следовательно, уменьшается скорость гребного винта 6. Контур, состоящий из элементов 15, 17, 19, 21, не работает, так как е. д. с. источника 20 меньше, чем е. д. с. источника 19, последняя в этом случае препятствует появлению тока в этом контуре.

Для регулирования нагрузки на главном двигателе 1 сигнал, пропорциональный скорости гребного винта 6 с тахогенератора 23, поступает на центральный регулятор 24, который увеличивает или уменьшает подачу топлива.

Предлагаемое устройство может быть использовано в гребных установках для широкого класса судов, особенно судов ледового плавания.

Источник информации 1. Авторское свидетельство N 385826 на изобретение «Судовая силовая установка». Авторы: Руденко Е. П. , Айзенштадт Е. Б. , Куценко Б. Н. и др. М. Кл. В 63 H 23/12; Заявлено 24.05.71; Опубл. 14.06.79 в Бюл. N 26. — прототип.

Судовая силовая установка, содержащая главный двигатель, соединенный с водилом планетарного редуктора, к эпициклу которого присоединен гребной винт фиксированного шага, а к солнечному колесу — маломощная регулирующая электрическая машина, якорная обмотка которой присоединена ко второй электрической машине, соединенной с валом главного двигателя, при этом солнечное колесо и эпицикл планетарного редуктора жестко соединены с помощью блокировочной муфты, отличающаяся тем, что она содержит два датчика тока, соединенных последовательно и подключенных к якорной обмотке, к которым параллельно присоединены два потенциометра, причем выход первого потенциометра через первое регулируемое сопротивление присоединен ко входу дополнительной обмотки возбуждения второй электрической машины, а ее выход через второе регулируемое сопротивление — к выходу второго потенциометра, вход и выход дополнительной обмотки возбуждения также присоединены через соответствующие источники постоянного напряжения ко входам диодов, выходы которых соединены с первым из входов потенциометров, кроме того, к гребному винту фиксированного шага присоединен тахогенератор, выход которого подключен к центральному регулятору, расположенному на главном двигателе.