Энергетическая установка – это комплекс механизмов, аппаратов, устройств и трубопроводов, предназначенных для обеспечения движения судна. Совершенство буксирных судов, а также их эффективное использование во многом определяется энергетической установкой, степенью ее автоматизации, надежности и экономичности. Энергетические установкиКомплексная автоматизация энергетических установок буксирных судов буксиров обладают определенной спецификой и перспективой развития. Однако в отечественной и известной зарубежной литературе им уделено мало внимания.
Особенности работы буксиров в морских, озерных, а также речных и портовых условиях определяют основные требования, предъявляемые к их главным энергетическим установкам:
- Высокая надежность и простота обслуживания. Это требование имеет особое значение для буксиров, так как от надежности работы энергетической установки зависит безопасность плавания буксируемого судна или толкаемого состава. Одно из основных средств повышения надежности энергетической установки буксира — применение установок, состоящих из двигателей, срок службы которых значительный (применительно к дизелям — 4-5 тыс. ч до выема поршневой группы).
- Способность автоматически поддерживать постоянную мощность во всем диапазоне нагрузок. Это требование имеет особое значение для энергетических установок буксиров, плавающих в ледовых условиях, так как сопротивление движению судна во льдах непрерывно меняется, и поддержание постоянной мощности вручную практически невозможно. Учитывая, что все моря, омывающие РФ, и большая часть внутренних водных путей в зимний период покрывается льдом, препятствующим плаванию судов, развитие перевозок по замерзающим водным путям делает необходимым при проектировании буксиров, наряду с увеличением общей мощности энергетической установки, реализовать требование автоматического поддержания мощности на гребном винте. Это требование важно и для речных буксиров; плавающих в условиях мелководья.
- Повышенная маневренность установки, под которой понимается ее способность к быстрому реверсу, достижению в возможно короткий срок полной мощности заднего хода; обеспечение малых скоростей хода буксира с составом.
- Комплексная автоматизация энергетической установки, позволяющая работать без несения постоянной вахты в машинном отделении.
- Отсутствие запретных зон при вращении гребного винта на рабочих режимах.
- Рациональное расположение механизмов в машинном отделении. На современных буксирах отсек энергетической установки занимает до 40-60 % длины судна. Длина этого отсека в значительной степени определяет главные размерения буксира, поэтому уменьшение его размеров в результате выбора по возможности малогабаритных двигателей и рационального размещения всех механизмов — одна из основных задач проектирования установки. При разработке общего расположения энергетической установки необходимо соблюдать требуемые нормами охраны труда проходы, стремиться к уменьшению числа изолированных помещений и выгородок с тем, чтобы упростить обслуживание установки и ремонт.
- Обеспечение уровней шумности в машинном отделении в соответствии с действующими нормами.
- Применение унифицированного серийного оборудования.
- Высокая экономичность. Применительно к энергетическим установкам буксиров имеется в виду достижение минимального часового расхода топлива в широком диапазоне изменения нагрузки. Поэтому целесообразно такое управление, при котором заданный режим реализуется в случае минимального расхода топлива.
Развитие и совершенствование энергетических установок мирового буксирного флота характеризуется применением в качестве главных двигателей преимущественно средне- и высокооборотных дизелей. Дизельные установки используются во всем диапазоне мощностей до 16 000 л. с.

Определенный интерес к применению на буксирных судах газотурбинных установок объясняется следующими их достоинствами: высокой мощностью в агрегате; большой перегрузочной способностью; меньшим, чем у дизельных установок, весом и габаритами; большим сроком службы. Однако ввиду высокого удельного расхода топлива, почти вдвое превышающего удельный расход топлива дизельных установок, применение газотурбинных установок на буксирах невыгодно.
Примером использования газотурбинной установки служит построенный в 1961 г. японский буксир Хирио Мару, оборудованный СПГГ фирмы «Сигма» мощностью 2×1 000 л. с., работающими через редукторы на ВРШ.
Успехи, достигнутые в последнее время в области газотурбинных установок, дают основание полагать, что эти установки при определенных условиях могут оказаться конкурентоспособными с дизельными.
Читайте также: Классификация буксирных судов, типы и виды
На буксирах применяются дизели различного типа. В качестве главных двигателей буксирного флота используются дизели простого действия, рядные или V-образные с газотурбинным наддувом. Двигатели с числом цилиндров 4-8, как правило, выполняют однорядными, а при 12 и более цилиндрах — V-образными. Наибольшее распространение получили однорядные двигатели с числом цилиндров 6 и 8. Они обладают хорошей уравновешенностьюПонятие уравновешенности. Действие неуравновешенного двигателя на фундамент и корпус судна и достаточно высоким механическим к. п. д. V-образная компоновка позволяет снизить весогабаритные характеристики дизелей, особенно большой мощности. Высокие агрегатные мощности, как известно, могут быть достигнуты увеличением рабочего объема или числа цилиндров. Увеличение числа цилиндров до 12-16 в V-образном исполнении позволяет на 10-15 % снизить удельный вес дизеля по сравнению с однорядным такой же мощности.

Источник: fleetphoto.ru
На буксирах находят применение как четырехтактные, так и двухтактные дизели. Наибольшее распространение получили четырехтактные дизели. Частота вращения главных двигателей характеризуется диапазоном 250-2 300 об/мин.
Конструкция валопроводаРемонт валопроводов и судовых гребных винтов от главных двигателей к гребным винтам обеспечивает передачу крутящего момента и придает установке буксира качества, которых лишены двигатели. Так, ни один из судовых двигателей, за исключением паровой поршневой машины, не обладает свойством саморегулируемости. Дизель, как известно, не может устойчиво работать при частоте вращения менее 30 % от номинальной; в случае взаимодействия со льдом возможна полная его остановка, а частые реверсы резко снижают срок службы. Поэтому на главную передачу возлагаются следующие основные функции:
- реверсирование гребных винтов;
- редуцирование частоты вращения в случае применения дизелей с форсированными оборотами;
- обеспечение эффективного использования мощности двигателей как на свободном ходу, так и при ходе с составом, а также на швартовном режиме (рис. 1);
- обеспечение хороших маневренных качеств установки;
- защита двигателя от перегрузок;
- суммирование на гребном валу мощности нескольких главных двигателей.

1 – дизель – ВФШ (прямая передача или односкоросткой реверсредуктор); 2 – дизель – многоскоростной репере редуктор ВФШ; 3 – дизель – ВРШ (или КД); 4 – дизель-гидротрансформатор – ВФШ; 5 – электропередача на постоянном токе.
I – область работы установок с прямой передачей и ВФШ; II – область часть работы установок с ВРШ.
а – швартовный режим; б – ход с составом; в – свободный ход
На буксирах нашли применение следующие основные типы главных передач:
- прямая передача мощности непосредственно от реверсивного двигателя к ВФШ;
- зубчатая передача;
- передача мощности от двигателя к регулируемому движителю (ВРШ или КД);
- электропередача па постоянном токе;
- гидравлическая передача.
На современных морских буксирах практически отказались от прямой жесткой передачи мощности на ВФШ, поскольку она обеспечивает использование полной мощности главных двигателей и получение хорошей тяги только на одном расчетном режиме. Это обстоятельство, а также весьма низкая маневренность установки обусловили отказ от применения таких установок на морских буксирах.
Основным средством для более эффективного использования мощности главных двигателей является применение различных типов одно- и многоскоростных реверсивно-редукторных передач. Наибольшее распространение на зарубежных буксирах получили двух- и трехскоростные реверсивно-редукторные передачи. Введение в реверсивно-редукторную передачу эластичной разобщительной муфты (гидравлической, электромагнитной либо шинно-пневматической) позволяет отключить двигатель, что облегчает его пуск и прогрев, упрощает монтаж, уменьшает крутильные колебания, смягчает удары (например, удары во льдах) и повышает маневренность установки.
Приведенные достоинства зубчатых передач с различными демпфирующими элементами обусловили широкое распространение их на буксирах различной мощности. В большинстве случаев на морских буксирах применяют установки с реверсивно-редукторными передачами.
ВРШ и КД выполняющие роль реверсивного устройства, а КД кроме того, — и редуцирующего устройства, также могут рассматриваться в качестве основных типов передач. Не останавливаясь подробно на особенностях установок с ВРШ и КД, уместно отметить, что их применение на буксирах по сравнению с ВФШ позволяет:
- использовать полную мощность главного двигателя на заданной скорости при различных режимах плавания, в том числе при реверсе и на заднем ходу, за счет изменения шага движителя;
- повысить тягу на швартовах на 20-25 %;
- получить любую малую скорость судна (вплоть до полной остановки при работающем главном двигателе) путем установки лопастей в нулевое положение;
- значительно сократить время реверса и длину выбега судна в результате быстрого развития тормозного упора во время поворота лопастей на задний ход;
- сократить количество остановок и пусков главного двигателя (это повышает его моторесурс);
- проще осуществить привод вспомогательных механизмов, в частности валогенераторов, непосредственно от валопровода главных двигателей;
- повысить экономичность работы энергетической установки на частичных режимах в результате управления главным двигателем и движителем по принципу экономической оптимизации;
- в случае применения КД отказаться от дейдвудного устройства, упорного подшипника и рулевого устройства.
Главным недостатком энергетических установок с регулируемыми движителями является сложность конструкции и меньший, чем у ВФШ, к. п. д. на расчетном режиме (примерно на 2 %). Кроме того, в случае применения двигателей средней быстроходности при использовании ВРШВлияние гребного винта регулируемого шага (ВРШ) и руля на управляемость судна следует иметь редуктор на линии вала. Однако эти недостатки компенсируются положительными качествами ВРШ и КД.
На отечественных судах главные энергетические установки с КД нашли применение на портовых и рейдовых буксирах мощностью 600 и 900 л. с. (рис. 2). Установки с ВРШ используются на Морские буксирные суда, классификация и видыбуксирах-кантовщиках мощностью 600 и 1 200 л. с.

Применение электропередачи на постоянном токе целесообразно для буксирных судов, эксплуатирующихся в ледовых условиях. Основными достоинствами этих передач являются:
- возможность использования полной мощности первичных двигателей в широком диапазоне внешних нагрузок гребных винтов — от свободного хода до швартовного режима;
- повышенная маневренность, создаваемая за счет неограниченного количества реверсов, быстроты реверса, плавности изменения частоты вращения генератора электродвижения (ГЭД), обеспечения малых скоростей хода;
- высокая эксплуатационная надежность, живучесть и возможность защиты первичных двигателей от недопустимых перегрузок как в статических, так и переходных процессах;
- использование для питания мощных судовых потребителей постоянного тока (пожарные и водоотливные насосы) главной энергетической установки (ГЭУ).
Предлагается к прочтению: Ремонт судового двигателя внутреннего сгорания в рыбной промышленности
Дизель-электрическая передача на постоянном токе в отечественной практике применена на морских буксирах мощностью 2 000 л. с. (рис. 3), на буксирах-спасателях мощностью 2 200 л. с. и шлюзовых буксирах-толкачах мощностью 600 л. с.

Гидравлические передачи и, в частности гидродинамические, применяются пока редко, несмотря на их очевидные достоинства. Из-за отсутствия опыта эксплуатации гидротрансформаторов на морских буксирах такие вопросы, как поведение гидропреобразователей в динамике, надежность работы уплотнений в условиях частых реверсов и ударов винта и корпуса о лед, пока еще не ясны.
На судах внутреннего плавания эксплуатируется гидрозубчатая передача, установленная на буксире-толкаче мощностью 4 000 л. с. Маршал Блюхер (рис. 4). В состав энергетической установки толкача входят два главных дизель-гидрозубчатых агрегата 1ДГРЛ мощностью по 2 000 л. с. при частоте вращения 175 об/мин. Каждый агрегат состоит из двухтактного V-образного дизеля 10Д40 и универсальной гидрозубчатой передачи ГЗГ1С-2 000, соединенных шинно-пневматической муфтой 8ШМС. Он позволяет после разгона и реверсирования при длительных режимах автоматически передавать мощность на гребной вал через гидромуфту, имеющую более высокий к. п. д.

1 – главный двигатель 10Д40; 2 – гидропередача универсальная; 3 – дизель-генератор ТД100-I; 4 – дизель-генератор стоячный ДГ50-9; 5 – насос конденсатный турбогенератора ЭНЦ-25М; 6 – насос маслоперекачивающий РЗ-7,5; 7 – насос осушительный НЦВС 25/20; 8 – насос балластный НЦВС 63/20; 9 – насос пожарный НЦВ 63/80; 10 насос общего назначения 2КМ-6; 11 – насос маслоперекачивающий главного двигателя ЭВН; 12 – компрессор 20К1-38; 13 – баллон сжатого воздуха главного двигателя и тифона; 14 – ящик забортной воды; 15 – маслоохладитель; 16 – насос топивоперекачивающий РЗ-30Н; 17 – котел утилизационный КУП-135-7/5 (в кожухе дымовой трубы); 18 – сепаратор топлива СЦ-1,5/1-11; 19 – насос топивоперекачивающий РЗ-3; 20 – насос циркуляционный 2КМ-6 холодильной установки; 21 – холодильная установка МАК-ФУ60,1; 22 – насос и пневмоцистерна забортной воды; 23 – насос и пневоцистерна питьевой воды; 24 – насос циркуляционный турбогенератора 6КМ-12А; 25 – подогреватель горячего водоснабжения ВFА-200; 26 – турбогенератор ТД100-1 (на платформе); 27 – паровой котел (на платформе); 28 – цистерна расходная топливная
Агрегат обеспечивает получение высоких тяговых характеристикТяговые характеристики буксирных судов при практически постоянном моменте двигателя независимо от изменения крутящего момента на гребном валу. Максимальные значения крутящего момента в случае заклинивания движителя могут в 2,5-2,8 раза превышать рабочий момент. Реверсирование гребного винта с полного переднего хода на полный задний, без изменения частоты вращения дизеля, осуществляется за 15 с. Таким образом, дизель-гидроредукторные агрегаты, имея существенные преимущества перед дизель-электрическими установками по экономичности, весу и габаритам, расширяют тяговые и маневренные возможности буксиров-толкачей, допускают плавание в ледовых условиях и на мелководье. В будущем они могут найти более широкое применение.