На морских судах в системах водяного охлаждения используют два типа воды: пресную воду и забортную (морскую) воду. Оба вида воды имеют свои свойства и особенности отличные друг от друга.
В данном материале будут рассмотрены области и среды применения пресной и забортной воды для охлаждения оборудования на судне.
Системы водяного охлаждения
С помощью системы охлаждения обеспечивается отвод теплоты от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах.
В СЭУ наиболее распространены системы водяного охлаждения. Забортной водой охлаждают:
- главные и вспомогательные конденсаторы паровых турбин;
- холодильники пресной воды ДВС и ГТД;
- маслоохладители циркуляционных систем смазки редукторов, ДВС, ТЗА и ГТД;
- компрессоры;
- подшипники линии вала и другие элементы СЭУ.
Система охлаждения забортной водой может быть использована для аварийного осушения МО, а также для подачи забортной воды к потребителям, не относящимся к ЭУ.
Согласно требованиям Регистра РФ каждое машинное отделение должно иметь не менее двух кингстонных ящиков циркуляционной или охлаждающей воды, обеспечивающих прием забортной воды в любых условиях эксплуатации. Работоспособность системы должна быть обеспечена при длительном крене до 15° и дифференте до 5°.
На крупных морских судах, предусматривают кингстонно-распределительный канал, в который вода поступает из кингстонных ящиков, а затем через клинкетные задвижки – в систему охлаждения. Отвод воды за борт осуществляется через невозвратно-запорные клапаны (иногда через клинкеты). Во избежание попадания нагретой воды в приемные отверстия отливные и приемные отверстия разносят по длине судна, располагая последние в нос от отливных. Отливные забортные отверстия размещаются на днище или на борту, как правило, не менее 300 мм ниже ватерлинии наибольшей осадки.
Расчетная температура забортной воды для судов неограниченного района плавания составляет 32 °С, для ледоколов 10 °С. Для последних проверочные расчеты производят при температуре забортной воды 30 °С.
Наибольшее количество теплоты отводится забортной водой в системе охлаждения ПТУ, которое составляет 55-65 % всей выделенной при сгорании топлива.
В этих установках теплота, в основном, отводится при конденсации пара в главных конденсаторах. Средний температурный напор в конденсаторе между теплообменивающимися средами незначителен (4-12 °С) и зависит от температуры забортной воды и давления в конденсаторе. На судах неограниченного района плавания при расчетной температуре забортной воды 23-24 °С ее нагрев составляет 4-11 °С в зависимости от конструкции конденсатора.
В дизельных установках применяются двухконтурные системы охлаждения пресной и забортной водой. Отвод теплоты от узлов главных и вспомогательных двигателей производится непрерывно циркулирующей в системе пресной водой, которая охлаждается забортной водой и водо-водяном холодильнике.
Режим охлаждения двигателя определяется разностью температур пресной воды на входе в двигатель и на выходе из него. Во избежание повышенных термических напряжений во втулке и крышке цилиндра и других деталях двигателя рекомендуется такой режим охлаждения, при котором поступающая в двигатель вода имеет температуру не ниже 55 °С, что исключает охлаждение двигателей непосредственно забортной водой из-за интенсивного солеотложения.
Режим охлаждения двигателя оказывает влияние на эффективность его работы. С повышением температуры охлаждающей воды индикаторный КПД двигателя падает, что объясняется уменьшением коэффициента наполнения, периода задержки воспламенения и скорости нарастания давления. Вместе с тем благодаря снижению вязкости масла уменьшаются потери на трение (механический КПД растет) и износ деталей двигателя. В результате при изменении температуры воды от 50 до 150 °С наблюдается незначительное увеличение эффективного КПД дизеля.
Будет интересно: Специальные системы газовозов
Температурный уровень охлаждения влияет на количество и характер лако- и нагарообразования, выпадение осадка и окисления масла. С ростом температуры ускоряется окисление масла, однако лакообразование уменьшается.
Таким образом, повышение температуры охлаждающей воды в двигателе сопровождается некоторым улучшением его показателей. Кроме того, наблюдается благоприятное с точки зрения утилизации теплоты перераспределение потоков вторичных энергоресурсов: количество теплоты, отводимой отходящими газами, возрастает, а охлаждающей водой – уменьшается.
Несмотря на ряд положительных факторов в ближайшее время вряд ли можно ожидать применения высокотемпературного охлаждения судовых дизелей, поскольку это заметно усложнило бы как сам двигатель, так и систему охлаждения, и потребовало бы обеспечения надлежащей надежности при эксплуатации. Кроме того, условия обитаемости в МО заметно ухудшились бы из-за повышения тепловыделений в окружающую двигатель среду.
Исходя из этих соображений, температура воды на выходе из двигателя ограничивается: в главных малооборотных двигателях не более 60-70 °С, а в главных среднеоборотных и вспомогательных 75-85 °С.
Значительное количество теплоты отводится водой при охлаждении наддувочного воздуха в МОД, в последних моделях двигателей оно достигает 14 % выделенной при сгорании топлива.
Теплота в ДВС отводится и в системе смазки (до 4 %), а также передается топливу при охлаждении форсунок. В общем случае ДУ с МОД потеря теплоты с охлаждающей водой составляет 22-24 %.
В результате совершенствования двигателей происходит перераспределение потоков энергии: снижается доля теплоты с охлаждающей пресной водой и возрастает при охлаждении наддувочного воздуха (табл. 1).
| Таблица 1. Теплота, отводимая системой охлаждения МОД, в зависимости от времени их производства | |||
|---|---|---|---|
| Годы постройки дизелей | Количество теплоты, %, от выделенной при сгорании топлива | ||
| с охлаждающей пресной водой | от наддувочного воздуха | с маслом | |
| 1965-1970 | 11-15 | 6-8 | 3,3-4,0 |
| 1971-1975 | 9-14 | 8-11 | 3,2-3,9 |
| 1976-1980 | 8-13 | 10-13 | 3,1-3,8 |
| 1981-1985 | 6-11 | 12-15 | 3,0-3,7 |
| 1986-1990 | 5-9 | 13-16 | 2,9-3,6 |
В ГТУ, как и в ДУ, применяются двухконтурные системы водяного охлаждения. Для уменьшения температур стенок корпусов турбин и радиальных зазоров используют охлаждение пресной водой, проходящей через систему специально предусмотренных каналов. Температурный режим охлаждения несколько выше, чем в двигателях. Промежуточное охлаждение воздуха между ступенями компрессора осуществляется забортной водой, температура которой на выходе из воздухоохладителя во избежание отложений не превышает 40-45 °С.
В мощных высокоэкономичных ПТУ охлаждение циркуляционного масла в маслоохладителях на ходовом режиме производится конденсатом, поступающим из главного (и вспомогательного) конденсатора.
Состав и схемы систем водяного охлаждения
Система охлаждения состоит из следующих основных элементов:
- насосов пресной и забортной воды;
- фильтров;
- расширительных и сточных цистерн;
- цистерн для приготовления присадок охладительной пресной воды;
- подогревателей пресной и забортной воды;
- приемных и отливных устройств;
- трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой;
- контрольно-измерительных приборов.
На рис. 1 показана схема системы охлаждения ПТУ транспортного судна.
Вода из донного кингстонного ящика 8 подается главными циркуляционными насосами 6 к главному конденсатору 5, подогревается в нем и отводится за борт. Часть забортной воды после насосов отбирается для охлаждения подшипников валопровода 4 и вспомогательных конденсаторов 3. На стоянках к этим конденсаторам вода перекачивается циркуляционными насосами 2 из отдельного кингстонного ящика 1. При движении по мелководью вода на охлаждение забирается из бортового кингстонного ящика 7.
На всасывающем трубопроводе имеется отросток 9 с невозвратным клапаном для аварийного осушения МО.
Из-за относительно небольшого нагрева через главный конденсатор прокачивается значительное количество забортной воды. Для снижения расхода энергии на циркуляционный насос необходимо уменьшить сопротивление канала, по которому забортная вода идет к насосам. В связи с этим на приемных трубопроводах мощных ПТУ фильтры забортной воды отсутствуют.
В СЭУ применяют одно- и двухпроточные конденсаторы с поверхностью охлаждения 0,08-0,13 м2/кВт. Сопротивление системы с двухпроточным конденсатором составляет 0,075-0,085 МПа, с однопроточным – 0,045-0,05 МПа. Если применяется двухпроточный конденсатор с двумя главными циркуляционными насосами (см. рис. 1), один из них можно оставлять в резерве. В системах охлаждения ПТУ допускается установка одного главного циркуляционного насоса, резервным в этом случае служит вспомогательный, подача которого составляет 15-20 % подачи главного.
Мощность, потребляемая приводами главных циркуляционных насосов, достигает 0,8 % мощности ГТЗА. Спецификационная мощность превышает потребляемую на 10-15 %.
В ПТУ широкое применение находят самопроточные системы циркуляции забортной воды, в которых используется скоростной напор набегающего потока воды, образующегося при движении судна (рис. 2).
1 – приемный патрубок; 2 – конденсатор; 3 – отливной патрубок
Приемному и отливному устройствам придается такая форма, при которой динамический напор наиболее эффективно преобразуется в статический. Циркуляционный насос с малой подачей служит для прокачивания воды на частичных режимах и заднем ходу. На режимах полного хода забортная вода подается не насосом, а самопротоком за счет скорости набегающего потока воды, образующегося при движении судна со скоростями более 14 уз. В этом случае отпадает необходимость иметь мощный насос забортной воды. Выигрыш в энергии при переходе от циркуляционной системы к самопроточной отсутствует.
На рис. 3 показана самопроточная система циркуляции танкера.
Из приемного устройства через поворотный затвор 9 вода поступает в трубопровод 8 маслоохладителя и приемный трубопровод 7 главного конденсатора 4. Подогретая в конденсаторе вода через отливной трубопровод 5 и поворотный затвор 6 идет в отливное устройство. При уменьшении скорости до значения, при котором самопроток недостаточен, автоматически включается циркуляционный электронасос 2, подающий воду из бортового кингстонного ящика 1 через поворотный затвор 3 в приемный трубопровод. При этом осуществляется соответствующее переключение затворов 3 и 9.
В дизельных установках морских Конструктивные типы транспортных судов и особенности проектирования их конструкцийтранспортных судов применяются двухконтурные системы охлаждения, в которых ГД и ДГ охлаждаются пресной водой первого замкнутого контура. Теплота от пресной воды передается забортной воде второго контура в водно-водяных теплообменных аппаратах.
В зависимости от способа охлаждения поршней и форсунок ГД системы пресной охлаждающей воды делят на три группы:
- поршни, форсунки и цилиндры охлаждаются пресной водой;
- поршни охлаждаются маслом, форсунки и цилиндры – водой;
- форсунки охлаждаются топливом, поршни – маслом, цилиндры – водой.
Системы первой группы наиболее сложны. Во избежание загрязнения топливом и маслом воды, охлаждающей цилиндры, в этих системах предусматривают три автономных контура пресной воды: для охлаждения поршней, цилиндров и форсунок.
Часто контуры охлаждения цилиндров и поршней объединяют в один контур, а постоянное отделение попадающего из телескопических устройств масла осуществляют в маслоотделителях. Система охлаждения форсунок всегда выполняется автономной.
Системы пресной воды ДГР могут быть автономными (с навешенными на ДГР насосами и теплообменными аппаратами) и объединенными. В последнем случае ДГР охлаждается пресной водой, поступающей из системы охлаждения ГД.
Системы пресной охлаждающей воды различаются также по уровню и принципам Классификация систем автоматического регулированияавтоматического регулирования температурного режима охлаждения. Для достижения высокой экономичности и надежности эксплуатации дизелей на судах температура пресной воды автоматически регулируется терморегулятором путем перепуска части пресной воды мимо воздухоохладителя. Регулирование производится по температуре воды на входе в двигатель или на выходе из него.
Рекомендуется к прочтению: Масляные системы судов морского флота
Устойчивая циркуляция пресной воды достигается благодаря постоянному отводу паровоздушной смеси из полостей охлаждения, обеспечению полного заполнения водой циркуляционного контура (периодическим пополнением воды) и возможности изменения объема воды из-за динамичности процессов охлаждения во время эксплуатации. Для этого в каждой системе последовательно с основным контуром циркуляции воды (или параллельно ему) устанавливают дренажно-компенсаторный контур с расширительной цистерной, связанной с атмосферой. В этой цистерне происходит выделение паровоздушной смеси из воды. Она служит для пополнения утечек воды и является буферной емкостью при изменении объема воды.
Для обеспечения надежности работы систем охлаждения, в ДУ с МОД насосы пресной и забортной воды резервируют.
Регистром РФ допускается установка трех главных циркуляционных насосов пресной воды, забортной воды и резервного пресной и забортной воды. Резервный насос, как правило, должен быть подключен к системе забортной воды и отделен глухими прокладками от системы пресной воды. Подключение этого насоса к контуру пресной воды осуществляется перестановкой прокладок в контур забортной воды. Резервирование стояночного насоса пресной воды выполняется обычно главным насосом, насосом систем охлаждения поршней и форсунок – путем простого дублирования. На судах зарубежной постройки широкое распространение получили так называемые сервис-насосы, которые выполняют функции резервного пожарного, балластного (для чистого балласта) и резервных насосов систем охлаждения СЭУ.
Несмотря на то, что по условию надежности резервирование водо-водяных теплообменных аппаратов системы охлаждения не требуется, в объединенных системах ГД и ДГ необходима установка двух теплообменных аппаратов (желательно с равными площадями поверхности теплообмена).
Системы забортной охлаждающей воды различаются в зависимости от расположения по ходу воды главных теплообменных аппаратов (охладителей воздуха, масла и пресной воды) и способа подачи забортной воды к ДГР. В ЭУ теплоходов нашли применение системы с последовательным, параллельным и последовательно-параллельным подключением главных теплообменных аппаратов. Дизель-генераторы имеют автономную систему охлаждения забортной воды или объединенную с ГД.
На рис. 4 и 5 показаны схемы системы охлаждения забортной и пресной водой дизельной установки с главным малооборотным двигателем мощностью 15 500 кВт нефтерудовоза дедвейтом 100 000 т.
Забортная вода (рис. 4) в зависимости от условий эксплуатации через один из кингстонных ящиков (днищевой 1, бортовой 2 или ледовый 3) идет в кингстонно-распределительный клапан 4. Одним из главных циркуляционных насосов 5 забортная вода подается к охладителям ГД – наддувочного воздуха 6, масла 7 и пресной воды 8 и через отливной ящик 9 удаляется за борт или при необходимости поступает на рециркуляцию (рис. 5).
Этими же насосами вода направляется к охладителям масла ГТН 10, топлива 11, масла уплотнительной системы дейдвуда 12 и подшипников валопровода 13. Одним из насосов 14 осуществляется подача забортной воды на охлаждение электрокомпрессоров 15, охладителей ДГР – воздуха 16, масла и воды 17, к эжекторам 18, охладителям 19 и конденсаторам 20 грузовых и зачистных турбонасосов и сливается через водоотливной канал 21. К охладителю 22 опреснительной установки забортная вода направляется автономным насосом 23. С помощью циркуляционного насоса 24 вода идет к турбогенератору: конденсатору 25, охладителям масла 26, воздуха 27 и эжектору 28. Вспомогательный конденсатор 29 может прокачиваться стояночным циркуляционным насосом 30. Вода после конденсатора 29 отводится за борт или подается на продувание ледового кингстонного ящика. Охладители рулевой машины 31, проб воды 32 и дополнительный конденсатор 33 прокачиваются отбираемой из общей магистрали забортной водой, которая затем поступает в отливной ящик 34.
Для поддержания нормального температурного режима предусмотрена возможность частичной рециркуляции забортной воды в ледовый ящик. К отливным ящикам и патрубкам подводится пар давлением до 0,5 МПа.
Непосредственное охлаждение ГД и ДГР производится объединенной замкнутой системой пресной воды (см. рис. 5). Одним из насосов 7 (другой – в резерве) вода подается через водо-водяные теплообменные аппараты 10 к ГД 3. Подогретая в ГД вода через паровой подогреватель 4 (пар к которому подается только в режиме разогрева) и деаэратор 5 поступает к вакуумному опреснителю 6, а затем во всасывающую магистраль. Часть воды из нагнетательной магистрали подводится к ДГР 14 и в режиме резерва – к теплообменным аппаратам 13, установленным в масляных цистернах ДГР. На стоянке циркуляция воды осуществляется насосом 8.
Для отвода паровоздушной смеси и пополнения утечек в системе служит расширительная цистерна 2, с которой соединены охлаждающие полости ГД, ДГР и теплообменные аппараты 10. Для хранения антикоррозионных присадок предусмотрена цистерна 1, заполнение которой производится от питательного трубопровода. При осушении системы вода перекачивается в сливную цистерну 11, которая соединена с атмосферой через воздушный клапан 12. Возврат воды в систему осуществляется насосом перекачивания воды 9.
На рис. 6 и 7 показаны принципиальные схемы системы охлаждения забортной и пресной водой элементов дизель-редукторной установки суммарной мощностью 5 150 кВт большого автономного траулера.
Забортная вода (см. рис. 6) из кингстонных ящиков поступает в кингстонно-распределительный канал 1, откуда одним из охлаждающих насосов 2 (второй – резервный) через клинкетные задвижки подается к охладителям: масла редуктора 4, наддувочного воздуха ГД 5, циркуляционного масла 6 и пресной воды 7, масла дейдвуда 13 и проб котловой воды 11, а также к воздушным компрессорам 9, охладителю-конденсатору 10 и опорным подшипникам 12 валопровода. Забортная вода к ДГР 14 подводится с помощью навешенных на них насосов. Подогретая вода через невозвратно-запорные клапаны и отливной ящик 8 идет за борт.
При низкой температуре часть забортной воды через клинкетную задвижку перепускается в приемную магистраль для поддержания нормального температурного режима охлаждения. Кроме того, к маслоохладителям 6 вода поступает через терморегулирующие клапаны. Предусматривается аварийное осушение МО охлаждающими насосами, а также подвод воды к пожарному трубопроводу из приемной магистрали. На стоянке забортную воду подает стояночный насос 3.
Пресная вода циркуляционной системы охлаждения (рис. 7) из расширительной цистерны 3, состоящей из двух секций, с помощью циркуляционных насосов 5 (или резервного 7) идет на охлаждение ГД 12.
Часть подогретой в ГД воды поступает к опреснительным установкам 13, где она частично охлаждается, а затем смешивается с другой частью подогретой воды и через терморегулирующий клапан попадает в охладитель 11. Отдав теплоту забортной воде, охлажденная пресная вода поступает в расширительную цистерну. Дизель-генераторы 8 оснащены автономными циркуляционными контурами пресной воды с расширительными баками 6. Для поддержания ДГР в горячем резерве часть воды из контура охлаждения ГД пропускают через ДГР и масляный бак 9 путем прикрытия регулирующего клапана 10.
Пополнение системы водой осуществляется питательным трубопроводом из теплого ящика. Подача в систему ингибитора производится через цистерну ввода присадок 2. Паровоздушная смесь из расширительной цистерны отводится через воздушный клапан с поплавком 1. Перед пуском ГД предусматривается их прогрев пресной водой, которая, в свою очередь, подогревается в паровом подогревателе 4.
Система охлаждения оснащена контрольно-измерительными приборами для измерения температуры, давления, а также для предупреждения падения давления воды в системе. Она частично автоматизирована: резервные насосы запускаются автоматически при падении давления воды в напорных магистралях; клапаны перед компрессорами открываются и закрываются автоматически соответственно при включении и выключении компрессора.
Основные технические характеристики элементов системы:
- напор насосов забортной воды – 30 м вод. ст.;
- подача главных насосов – по 400 м3/ч;
- стояночного насоса – 100 м3/ч.
Площадь поверхности теплообмена:
- маслоохладителей – ГД и редуктора – по 60 м2;
- дейдвуда – 4 м2;
- водоохладителей – 16 м2;
- напор насосов пресной воды – 20 м вод. ст.;
- подача – 100 м3/ч.
Спецификационная подача:
насоса пресной воды:
насоса забортной воды:
где:
- k1 = 1,2 ÷ 1,3; k2 = 1,1 ÷ 1,2 – коэффициенты запаса подачи;
- aп. в = 0,16 ÷ 0,25 – доля теплоты, отводимой пресной водой, от всего количества теплоты, выделившегося при сгорании топлива;
- ge – удельный эффективный расход топлива в дизеле, кг/(кВт·ч);
- Ne – эффективная номинальная мощность дизеля, кВт;
- Qнр – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;
- сп. в, сз. в – удельная теплоемкость соответственно пресной и забортной воды, кДж/(кг·К);
- ∆tп. в = 5 ÷ 15 °C; ∆tз. в = 15 ÷ 20 °C – разность температур соответственно пресной и забортной воды;
- Qi – количество теплоты, воспринятое водой в i-м элементе системы (маслоохладителе, компрессоре, подшипнике валопровода и т. п.), кДж/ч.
Значение количества отводимой от двигателя или механизма теплоты указано в технической документации, поставляемой заводом-изготовителем. Количество теплоты, отводимое в МОД, приведено в табл. 2.
| Таблица 2. Количество теплоты, отводимое в МОД | |||
|---|---|---|---|
| Марка двигателя, мощность, кВт | Отводимая теплота, 106 кДж/ч | ||
| пресной водой | маслом | забортной водой в воздухоохладителе | |
| 5ДКРН 62/140-3; 4 500 | 5 | 1,55 | 1,97 |
| 6ДКРН 74/160-3; 7 800 | 8,1 | 6,3 | 3,4 |
| 8ДКРН 74/160-3; 10 100 | 10,4 | 8,1 | 4,4 |
В ГТУ для охлаждения конструктивных узлов ГТД и некоторых других элементов установки применяются двухконтурные системы охлаждения. Отвод теплоты в воздухо- и маслоохладителях обычно осуществляется забортной водой. Устройство систем охлаждения ГТУ и дизельных установок аналогично. Отличительной их особенностью является более высокий температурный уровень охлаждения корпусов турбин. Поэтому во избежание случайного вскипания пресной воды давление ее в полостях охлаждения поддерживается равным 0,5-0,7 МПа. Системы водяного охлаждения ГТУ несколько упрощаются, если охлаждение ГТД осуществляется воздухом.
Наиболее развиты системы охлаждения комбинированных (газопаротурбинных) установок.
На рис. 8 представлена принципиальная схема системы охлаждения забортной и пресной водой ГТУ с ТУК мощностью 37 000 кВт судна с горизонтальным способом погрузки «Капитан Смирнов».
Забортная вода (рис. 8, а) из кингстонно-распределительного канала 1 двумя из четырех насосов забортной воды 2 подается к маслоохладителям редуктора 3, ГТД 4, ДГР 5 и дейдвуда 6, воздушным компрессорам высокого 7 и среднего 8 давлений, охладителям пресной воды ДГР 9, конденсатов 10, масла рулевой машины 11 и топлива 12, а также к подшипникам валопровода 13. Нагретая забортная вода через невозвратно-запорные клапаны и отливной ящик 14 отводится за борт.
Для поддержания постоянной температуры масла перед маслоохладителями редуктора и ГТД установлены регуляторы температуры, перепускающие часть воды мимо маслоохладителей. Предусматривается аварийное осушение МО двумя насосами забортной воды.
Для охлаждения конденсаторов турбин, передающих мощность на винт, применен автономный контур забортной воды (на рис. 8, б показан только для конденсатора одной турбины). В нем прием воды осуществляется через клинкеты, установленные на кингстонных ящиках 15, с помощью циркуляционных насосов 16. Подогретая в конденсаторах 17 вода через днищевой отливной ящик 18 удаляется за борт. Для обогрева кингстонных ящиков Управление судном при плавании во льдахпри плавании во льдах предусматривается подвод насыщенного пара.
Охлаждение конденсаторов турбогенераторов (ТГ) осуществляется также автономной системой забортной воды (рис. 8, в). Каждый турбогенератор охлаждается отдельным насосом забортной воды 19. Вода подается к конденсаторам 20 и эжекторам ТГ 21 и выбрасывается за борт через отливной ящик 22.
Читайте также: Топливные системы судов морского флота
Опреснительная установка имеет индивидуальный контур забортной воды (рис. 8, г). Насос забортной воды 23 прокачивает воду через конденсатор опреснительной установки 24, которая затем идет на питание испарителя. Рассольным насосом 25 вода, воздух и рассол удаляются за борт или на рециркуляцию через фильтр 26.
Пресной водой охлаждаются только дизель-генераторы (рис. 8, д). При их работе циркуляция пресной воды осуществляется с помощью навешенных насосов. Вода поступает в теплообменный аппарат с терморегулирующим клапаном 27, где охлаждается забортной водой и всасывается навешенным насосом. Трубопровод пресной воды каждого из ДГР соединен с расширительной цистерной 28. Поддержание ДГР в горячем резерве выполняется путем прокачивания через них горячей воды с помощью насосов 29. В этом режиме вода подогревается паром в теплообменном аппарате 30.
В системе используются центробежные насосы с электроприводом следующих подачи и напора для охлаждения:
- главного конденсатора – 2 500 м3/ч, 0,06 МПа;
- забортной воды вспомогательных механизмов – 400 м3/ч, 0,03 МПа;
- конденсатора ТГ – 1 100 м3/ч, 0,1 МПа;
- забортной воды водоопреснительной установки – 63 м3/ч, 0,3 МПа;
- рассольной водоопреснительной установки – 45 м3/ч, 0,18 МПа;
- горячего резерва ДГР – 4 м3/ч, 0,37 МПа.
Оборудование систем водяного охлаждения
В качестве охлаждающих насосов пресной и забортной воды применяются:
- несамовсасывающие горизонтальные (НЦГ) и вертикальные (НЦВ) центробежные электронасосы;
- самовсасывающие горизонтальные (НЦГС) и вертикальные (НЦВС).
Находят применение в общесудовых системах, а в системах охлаждения, как правило, не используются. В табл. 3 приведены основные характеристики указанных насосов.
| Таблица 3. Основные характеристики центробежных насосов | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Тип насоса | Подача | Напор, м | Частота вращения | КПД, %, для типов | Масса, кг, для типов | ||||
| м3/ч | л/с | с-1 | об/мин | НЦВ, НЦГ | НЦВС, НЦГС | НЦВ, НЦГ | НЦВС, НЦГС | ||
| НЦГ-10/40, НЦГС-10/40 | 10 | 2,8 | 40 | 50 | 3 000 | 47 | 35 | – | 121 |
| НЦВ-25/20, НЦВС-25/20 | 25 | 7 | 20 | 50 | 3 000 | 65 | 42 | 100 | 120 |
| НЦВ-26/65, НЦВС-25/65 | 25 | 7 | 65 | 50 | 3 000 | 57 | 50 | 175 | 315 |
| НЦВ-40/20, НЦВС-40/20 | 40 | 11,2 | 20 | 50 | 3 000 | 70 | 47 | 120 | 310 |
| НЦВ-40/80 | 40 | 11,2 | 80 | 50 | 3 000 | 60 | – | 354 | – |
| НЦВ-63/20, НЦВС-63/20 | 63 | 17,64 | 20 | 50 | 3 000 | 68 | 52 | 145 | 320 |
| НЦВ-63/30, НЦВС-63/30 | 63 | 17,64 | 30 | 50 | 3 000 | 72 | 59 | 160 | 335 |
| НЦВ-100/30, НЦВС-100/30 | 100 | 28 | 30 | 50 | 3 000 | 75 | 66 | 280 | 300 |
| НЦВ-160/20, НЦВС-160/20 | 160 | 44,8 | 20 | 25 | 1 500 | 76 | 64 | 262 | 334 |
| НЦВ-250/30, НЦВС-250/30 | 250 | 70 | 30 | 25 | 1 500 | 80 | 71 | 498 | 524 |
| НЦВ-400/30, НЦВС-400/30 | 400 | 112 | 30 | 25 | 1 500 | 82 | 77 | 755 | 940 |
| НЦВ-630/30, НЦВС-630/30 | 630 | 176,4 | 30 | 25 | 1 500 | 83 | 78 | 1 050 | – |
| НЦВ-1600/25, НЦВС-1600/25 | 1 600 | 448 | 25 | 25 | 1 500 | – | – | 1 590 | – |
Насосы забортной воды обычно размещаются так, чтобы они находились ниже ватерлинии при крене до 15° и дифференте до 5°.
В ПТУ в качестве циркуляционных насосов забортной воды используют вертикальные центробежные, а иногда и осевые с электроприводом (благодаря невысокому напору).
Спецификационная (устанавливаемая) подача главных циркуляционных насосов:
где:
- k – коэффициент запаса;
- Dк – количество пара, поступающего в конденсатор на номинальном режиме, кг/ч;
- I, iк – энтальпии соответственно пара и конденсата, кДж/кг;
- сз. в – удельная теплоемкость забортной воды, кДж/(кг·К);
- ∆tз. в – изменение температуры забортной воды в конденсаторе, К.
Подача насосов обычно принимается на 10-12 % больше расхода воды на конденсатор (k = 1,1 ÷ 1,12). Около 5 % этого количества расходуется на охлаждение некоторых вспомогательных устройств, остальная часть составляет запас для компенсации снижения подачи по мере износа. В качестве приводов применяют одно- и двухскоростные электродвигатели переменного тока с частотой вращения 5-12 с-1.
Для предохранения полостей охлаждения двигателей и теплообменных аппаратов от засорения на приемных трубах насосов забортной воды Виды топливных фильтров и фильтрационных установок используемых на судовых дизеляхустанавливают фильтры. В качестве фильтрующего элемента используются литой пластмассовый (Dy = 40 ÷ 80 мм) или сетчатый (Dy = 100 ÷ 350 мм) патрон, а также перфорированные листы (Dy = 40 ÷ 250 мм), которые обеспечивают тонкость фильтрации 2,5 мм. Для более тонкой фильтрации (до 0,3 мм) используется полиэфирная тканая сетка.
На рис. 9 показана конструкция фильтра забортной воды с Dy = 40 ÷ 250 мм.
1 – клапан для отбора проб; 2 – крышка; 3 – корпус; 4 – фильтрующий патрон
Срок службы фильтров до заводского ремонта составляет 2,5-10 лет, а до списания – 5-25 лет; ресурс до заводского ремонта колеблется от 12 до 60 тыс. ч, а до списания – от 25 до 120 тыс. ч.
Прием забортной воды охлаждающими насосами осуществляется обычно через кингстонные ящики, один из которых бортовой, а другой днищевый. Эти ящики соединяются между собой кингстонной магистралью, к которой присоединяются приемные трубы насосов.
На судах ледового плавания, как минимум, один из кингстонных ящиков является ледовым, а на ледоколах устанавливаются два ледовых ящика, по одному с каждого борта. В ледовых и кингстонных ящиках предусматривается рециркуляция охлаждающей воды. Приемные отверстия оборудованы решетками или выполнены в виде прорезей, площадь живого сечения которых не менее чем в 2,5 раза больше площади проходного сечения кингстонов или клинкетов.
Скорость воды в приемных отверстиях кингстонных ящиков не превышает 0,5 м/с, а в ледовых – 0,3 м/с. Каждое приемное отверстие оборудуется устройством для продувания паром, сжатым воздухом или водой. Устройство представляет собой трубу со сверлениями, через которую подводится пар или воздух давлением не выше 0,49 МПа. Воздух удаляется через воздушный клапан. Осмотр ящиков производится через лазы. Для снижения электрохимической коррозии предусматривают установку протекторов.
На рис. 10 показаны приемные устройства для забортной воды.
а – днищевой кингстонный ящик; б – бортовой кингстонный ящик; в – ледовый ящик.
1 – приварыш под арматуру рециркуляции воды; 2 – приварыш для арматуры отвода воздуха; 3 – патрубок под арматуру продувания; 4 – клинкет; 5 – отбойный лист; 6 – крышка; 7 – труба продувания; 8 – приемная решетка; 9 – перфорированный лист; 10 – труба рециркуляции воды; 11 – шахта; 12 – горловина
Объем кингстонных и ледовых ящиков в зависимости от суммарного проходного сечения заборной арматуры следующий (табл. 4):
| Таблица 4. Объем кингстонных и ледовых ящиков | |
|---|---|
| Условный проход кингстонов и клинкетов, мм | Объем кингстонного или ледового ящика, м3 |
| 40-50 | 0,04-0,1 |
| 50-80 | 0,1-0,2 |
| 80-125 | 0,2-0,8 |
| 125-250 | 0,8-2,0 |
| 250-400 | 2,0-4,0 |
| 400-700 | 4,0-6,0 |
| 700-900 | 6,0-9,0 |
В состав системы включают не менее двух охладителей, теплообменная поверхность каждого из которых обеспечивает работу ГД на мощности не ниже 60 % номинальной. Охладители пресной воды как и охладители масла, в основном кожухотрубные одно- и многоходовые теплообменные аппараты.
Перед пуском двигатели прогреваются прокачиванием подогретой охлаждающей Судовые водоопреснительные установки, виды и особенности эксплуатациипресной воды. В связи с этим в состав системы включают паровой или электрический подогреватель.
Для пресной воды предусматривается расширительная цистерна, уровень воды в которой выше максимального уровня в системе пресной воды двигателей. Вместимость цистерны составляет 10-20 % объема циркулирующей воды. Цистерны, как правило, стальные; иногда они изготавливаются из алюминиевых сплавов. Они оборудуются указательными колонками, запорной арматурой, а также датчиками и арматурой дистанционного контроля уровня воды.
В табл. 5 приведены основные характеристики оборудования систем водяного охлаждения дизельных установок с малооборотными двигателями.
| Таблица 5. Характеристики оборудования систем водяного охлаждения ДУ с МОД | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Характеристика | Оборудование | Марка; мощность главного двигателя, кВт | |||
| 5ДКРН62/140-3; 4 500 | 6ДКРН76/160-3; 7 800 | 8ДКРН74/160-3; 10 100 | 9ДКРН84/180-3; 15 500 | ||
| Количество×подачу, м3/ч; | Главный циркуляционный насос пресной воды | 2×250; 0,2 | 2×400; 0,2 | 2×400; 0,2 | 2×630; 0,2 |
| Стояночный насос пресной воды | 1×60; 0,2 | 1×60; 0,2 | 1×60; 0,2 | 1×100; 0,2 | |
| Главный циркуляционный насос забортной воды | 2×250; 0,2 | 2×400; 0,2 | 2×400; 0,2 | 2×630; 0,2 | |
| Стояночный насос забортной воды | 1×60; 0,2 | 1×60; 0,2 | 1×60; 0,2 | 1×100; 0,2 | |
| Количество×поверхность теплообмена, м2 | Холодильник пресной воды | 2×50 | 2×80 | 2×90 | 2×140 |
| Холодильник воздуха ГД | 145 | 145 | 175 | 265 | |
| Количество×расход воды, м3/ч | Расширительная цистерна пресной воды | 1×1,5 | 1×2 | 1×2,5 | 1×3 |
| Количество×вместимость, м3 | Сточная цистерна пресной воды | 1×6,5 | 1×7 | 1×7 | 1×8 |
Для приготовления присадок и ввода их в систему пресной воды предусматривается специальная цистерна, которая размещается таким образом, чтобы был обеспечен ввод присадок самотеком через расширительную цистерну или непосредственно в приемный трубопровод насосов.
Для трубопроводов пресной воды используются трубы стальные бесшовные холоднотянутые и холоднокатаные наружным диаметром dп от 6 до 38 мм с толщиной стенки δст от 1,6 до 5 мм, а также горячекатаные с dн = 57 ÷ 630 мм и δст = 3 ÷ 14 мм. Иногда применяются нержавеющие трубы с dн = 6 ÷ 133 мм и δст = 1 ÷ 9 мм. Для забортной воды используют медные трубы с dн = 6 ÷ 55 мм и δсм = 1 ÷ 3,5 мм, однако, чаще применяют трубы из сплава марки МНЖ5-1 с dн = 6 ÷ 60 мм и δст = 1,5 ÷ 4 мм.
Для труб используют штуцерные (при Dy = 3 ÷ 32 мм) и фланцевые (при Dy = 20 ÷ 500 мм) соединения. Уплотнение соединений осуществляется с помощью паронитовых прокладок.
Внутренние диаметры трубопроводов определяются гидравлическим расчетом при максимальных расходах; при этом скорость движения воды в трубах не должна превышать значений, при которых начинает проявляться интенсивное эрозионное и коррозионное разрушение материала труб.
Предлагается к прочтению: Системы защиты грузов на газовозах
Необходимый расход воды в трубах обеспечивается с помощью дроссельных шайб, исключающих кавитационный режим течения.
Для трубопроводов морской воды применяют литые распределительные патрубки, тройники и четверники, свободные фланцы на приварном латунном кольце с центрирующей выточкой, а также переходные штампосварные патрубки.
Трубопроводы пресной воды с температурой более 60 °С имеют теплоизоляцию. В трубопроводах при контакте материалов с разным электрохимическим потенциалом применяют протекторную защиту от контактной коррозии. Протекторную защиту применяют также для предохранения трубопроводов из меди и медно-никелевых сплавов от струевой Особенности коррозии в морской и пресной водекоррозии морской водой, деталей из латуни и бронзы – от избирательной коррозии и деталей из коррозионно-стойкой стали – от язвенной коррозии.
По конструкции протекторы делятся на:
- кольцевые межфланцевые;
- кольцевые концевые;
- пальчиковые;
- дисковые.
В зависимости от марки материала, защищаемого от коррозии, применяются стальные протекторы или протекторы из цинкового сплава. На рис. 11 показана установка межфланцевого протектора в трубопроводе забортной воды.
1 – защищаемая труба; 2 – перемычка; 3 – гайка; 4 – болт заземления; 5 – протектор
Присоединение труб к механизмам и аппаратам, установленным на амортизаторах, осуществляется с помощью гибких элементов – компенсаторов или рукавных соединений (см. рис. Назначение и классификация систем судовых энергетических установок«Компенсаторы», в).
Для трубопроводов пресной воды используется арматура по аналогии с топливными и масляными системами. Для труб с морской водой применяются запорные, невозвратные и невозвратно-запорные литые клапаны из бронзы с условным проходом от 40 до 150 мм. На запорных трубах, включенных в систему параллельно с другими насосами, а также на отливных трубах от каждого механизма, если они объединяются в общий трубопровод, устанавливаются невозвратно-запорные клапаны.
При больших условных проходах (Dy = 65 ÷ 800 мм) применяются бронзовые клинкетные задвижки и клинкеты донные (рис. 12).
1 – маховик; 2 – коническая шестерня; 3 – сальник; 4 – шпиндель; 5 – задвижка; 6 – корпус
На кингстонных и ледовых ящиках устанавливают кингстоны с Dy = 50 ÷ 400 мм (рис. 13).
1 – шпиндель; 2 – крышка; 3 – тарелка; 4 – корпус
Арматура донных и бортовых отверстий устанавливается на приварышах или приварных патрубках, толщина стенки которых не менее минимальной толщины наружной обшивки корпуса. Арматура оборудуется системой обогрева.
Регулирование расхода воды, когда не допускается перекрытие трубопровода (например, охлаждение подшипников валопровода), в системе охлаждения осуществляется с помощью дроссельных клапанов.
Для защиты механизмов и аппаратов от чрезмерного давления служат полнопроходные предохранительные клапаны.
На приемном патрубке насоса устанавливается мановакуумметр, на напорном – манометр. На фильтрах также предусматривается замер перепада давлений. Замер температур осуществляется в различных точках системы охлаждения для контроля за работой механизмов и аппаратов.
В системе предусматривается сигнализация при повышении температуры, понижении давления и уровня воды в расширительной цистерне и т. п. Для регулирования температуры пресной воды, а также для измерения расхода забортной воды, подаваемой на маслоохладители, в состав системы включают терморегуляторы.
