Оборудование судовых систем - Судовые системы

Компрессоры и вентиляторы

Компрессор. Предназначен для преобразования механической энергии двигателя в потенциальную и кинетическую энергию газа. Судовой компрессор имеет то же назначение. К нему предъявляется ряд специфических требований, связанных с условиями эксплуатации, таких как малые габариты и масса, высокая степень надежности, коррозионная устойчивость, простота эксплуатации, постоянная готовность к часто повторяющимся пускам, способность в течение почти всего времени эксплуатации работать на переходных режимах.

По давлению воздуха различают компрессоры высокого (свыше 10 МПа), среднего (1--10 МПа) и низкого (до 1 МПа) давлений. Механизмы, в которых воздух сжимается от 0,015 до 0,3 МПа, называют воздуходувками или нагнетателями. По типу привода компрессоры делятся на электрические, дизельные и ручные. Встречаются судовые компрессоры с приводом от газовых турбин, так называемые турбонагнетатели.

Компрессоры воздуха высокого давления используются на судах (промысловых, судах-мастерских) с большим расходом воздуха (свыше 200 м3/ч), который расходуется как для пуска дизелей и работы тифона, так и для технологических нужд, а также для общесудовых систем большой воздуховместимости. Воздух среднего давления на судах обычно используется для пуска дизелей и в меньшем количестве -- для вспомогательного котла и других потребителей. Воздух низкого давления идет почти исключительно на технологические нужды рыбообработки и калориферной рефрижерации трюмов при перевозке скоропортящихся продуктов.

Особенностью судовой воздушной системы является потребление воздуха из баллонов, а не от компрессора, как принято на промышленных предприятиях.

В системе сжатого воздуха не должно быть примесей масла и воды. Присутствие в воздухе масла может привести к взрыву, а наличие воды вызвать коррозию оборудования системы. Для очистки воздуха большинство компрессоров оборудовано водо-маслоотделителями, установленными после каждого из охладителей воздуха -- конечного и промежуточного, которые могут быть кожухотрубными и змеевиковыми, автономными и встроенными в водяное пространство рубашек компрессоров.

Компрессоры могут быть объемного действия, в которых давление повышается уменьшением объема газа (поршневые, роторные, диафрагменные, винтовые) и динамического действия, повышающие давление преобразованием механической энергии привода в кинетическую энергию направленного движения газа с последующим преобразованием ее в потенциальную энергию (лопастные). По конструкции компрессоры можно разделить на три группы: поршневые, роторные и лопастные.

Принципиальные схемы компрессоров и воздуходувок объемного типа представлены на рис. 22.

Рис. 22. Принципиальные схемы компрессоров и воздуходувок объемного типа: а, б, в -- поршневой, пластинчатый, винтовой компрессоры; г, д -- роторные воздуходувки

В цилиндре 1 (рис. 22, а) при движении поршня 2 всасывается и сжимается газ, проходящий через всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны. Для поршневых компрессоров характерны малая скорость (1,5--6 м/с) потока воздуха (газа) в процессе всасывания, сжатия и нагнетания, а также периодичность рабочего процесса.

К роторному типу относится пластинчатый компрессор (рис. 22, б), который состоит из корпуса 5, где эксцентрично размещен ротор 6 с пластинками 7. К этому же типу относятся винтовые компрессоры (рис. 22, в), состоящие из корпуса 9 с двумя винтами 8 и 10. На рис. 22, г, д приведены схемы разных исполнений двухроторных воздуходувок типа "Руте". В корпусе 13 вращаются два ротора 11 и 12.

Рис. 23. Принципиальные схемы лопастных компрессоров: а -- центробежного; б -- осевого

1, 3 -- лопастное колесо; 2 -- канал; 4 -- направляющий аппарат

Схемы лопастных компрессоров центробежного и осевого типа приведены на рис. 23. Каждый компрессор состоит из рабочих колес и направляющих устройств. В центробежном компрессоре преобладает радиальное направление движения частиц, а в осевом частицы газа движутся по цилиндрическим поверхностям, параллельным оси вращения вала. Принципиальные схемы компрессоров соответствуют подобным схемам насосов.

Основные характеристики судовых пусковых электрокомпрессоров приведены в табл. 1.

Таблица 1. Основные характеристики судовых электрокомпрессоров пускового воздуха

Индекс

Подача, м3/ч

Давление нагнетания, МПа

Частота вращения, об/мин

Потребляемая мощность, кВт

Масса, кг

ЭКП 70/25

ЭКП 140/25

ЭКП 210/25

ЭКП 280/25

ЭК2-150П1

ЭК2-150/1

70 140 210 280 3,3 2

2,5 2,5 2,5 2,5 15 15

965 965 980 975 730 970

16,5 42 48 54 14 7,5

920 -- 1730 2285 730 335

Вентилятор

Вентилятор предназначен для перемещения газов и повышения их давления. Судовые вентиляторы используются для искусственной вентиляции жилых и служебных помещений, для создания тяги в котельных установках, понижения температуры в машинных отделениях, удаления вредных, взрывчатых и огнеопасных газов из бункеров и грузовых трюмов. По назначению различают вентиляторы вдувные, вытяжные и циркуляционные. Так, котельные вентиляторы, которые нагнетают (вдувают) воздух в топки котлов, называются вдувными, а вентиляторы, отсасывающие выпускные газы из котла -- вытяжными. По принципу действия вентиляторы делятся на центробежные и осевые.

Судовые вентиляторы приводятся в движение электродвигателями и паровыми турбинами. Схема центробежного вентилятора приведена на рис. 24.

Рис. 24. Схема центробежного вентилятора

Воздух засасывается через отверстие 1 в центральной части кожуха и попадает на лопасти 2, находящиеся на ободе колеса 3. Лопасти, вращаясь, отбрасывают воздух в кольцевой кожух 4, имеющий форму спирали, откуда он попадает в диффузор 5, Из диффузора воздух по трубопроводу поступает к месту назначения.

На рис. 25 представлен общий вид судового центробежного вентилятора типа ЦСУ. Центробежные вентиляторы для судовых систем выпускают с подачей от 240 до 1500 м3/ч при напоре от 0,6 до 3,5 кПа.

Рис. 25. Общий вид судового центробежного вентилятора

1 -- всасывающий патрубок; 2 -- колесо; 3 -- диффузор; 4 -- электродвигатель

На рис. 26 представлена схема осевого вентилятора, который отличается от центробежного тем, что колесо сообщает перемещаемому воздуху движение вдоль своей оси. Осевые вентиляторы применяются для удаления и нагнетания воздуха в вентиляционных установках большой производительности. Общий вид осевого одноступенчатого вентилятора типа ОСО показан на рис. 26.

Рис. 26. Схема осевого вентилятора

Рис. 27. Общий вид судового осевого вентилятора

1 -- корпус; 2 -- откидная крышка; 3 -- колесо; 4 -- коробка ввода кабеля

Применяемые на судах осевые вентиляторы имеют подачу до 40 тыс. м3/ч при напоре 0,3--1,0 кПа.

Теплообменные аппараты

Типы теплообменных аппаратов. Теплообменные аппараты предназначены для передачи теплоты от теплоносителя с большей температурой к теплоносителю с меньшей температурой и играют важную роль в обеспечении бесперебойной, надежной экономичной работы судовых систем и систем энергетических установок.

На судах применяют рекуперативные теплообменные аппараты поверхностного типа, в которых теплоносители разделены твердыми стенками, образующими поверхность теплообмена. В некоторых случаях применяют теплообменные аппараты смесительного типа; в них теплообмен происходит при непосредственном контакте и смешении обоих теплоносителей. Судовые теплообменные аппараты должны быть просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Применяемые материалы должны исключать возможность возникновения коррозии и эрозии. На аппараты не должны влиять разность температурных удлинений корпуса и поверхности теплообмена, а также ударные нагрузки.

По конструкции судовые теплообменники делятся на два основных типа: кожухотрубные, у которых теплообменные поверхности образуются из гладких или оребренных круглых, овальных и плоскоовальных труб, и пластинчатые -- теплообменные поверхности в них образованы из плоских пластин.

Схемы наиболее распространенных кожухотрубных теплообменников приведены на рис. 28. Обязательными элементами этих аппаратов являются крышки, кожух, трубные доски, трубки и перегородки.

Рис. 28. Схемы кожухотрубных теплообменников: а -- с U-об-разными трубками; б -- с плавающей трубной доской; в -- с подвижной трубной доской и крышкой; г -- с двумя неподвижно закрепленными трубными досками; д -- с подвижной трубной доской и неподвижной крышкой

1 передняя крышка; 2 -- трубная доска; 3 -- кожух; 4 -- трубки; 5 -- задняя крышка; 6 -- перегородка

Пластинчатый теплообменник (рис. 29) состоит из неподвижной плиты 6, которая прикреплена к несущей балке 1 и стойке 4 для образования жесткой рамы. Прижимная плита 5 подвешена между стойкой и неподвижной плитой. Пакет пластин 2 сжимается между неподвижной и прижимной плитами болтами 3. Каждая пластина (рис. 30) снабжена прокладкой, изготовленной из различных материалов в зависимости от проводимых рабочих жидкостей, их температуры и давления. Прокладки 1 смонтированы вдоль края пластин, двойные прокладки 2 -- вокруг двух из четырех угловых отверстий в пластинах.

Рис. 29. Пластинчатый теплообменник

Рис. 30. Пластина

Рис. 31. Схема течения жидкостей в пластинчатом теплообменнике

1 -- пластина; 2,5 -- вход н выход охлаждающей воды; 3,4 -- выход и вход охлаждаемой жидкости

Пакет состоит из одинаковых пластин, причем каждая вторая повернута на 180°. Прокладки вокруг угловых отверстий не позволяют одной из рабочих жидкостей попадать в каждое второе пространство между пластинами. За счет этого образуется система параллельных проточных каналов, по которым протекают обе жидкости. На рис. 31 приведена схема течения жидкостей в пространствах между пластинами. Обычно обе жидкости проходят через пластинчатый теплообменник противотоком. Трубопроводы подсоединяются к одной неподвижной плите, что дает возможность разбить аппарат для осмотра пластин и прокладок (или заменять отдельные из них) без демонтажа трубопроводов. Модульная конструкция пластинчатого теплообменника позволяет также легко перестраивать аппарат на другую производительность или получать иную поверхность теплообмена увеличением или сокращением числа пластин.

По сравнению с кожухотрубными теплообменниками аппараты пластинчатого типа обладают рядом преимуществ. Толщина пластин, образующих теплопередающую поверхность, равняется 0,6-- 0,8 мм, в то время как толщина стенок трубок кожухотрубного теплообменника достигает 1,5--3 мм. Поэтому теплопередающая поверхность аппаратов пластинчатого типа в 2--3 раза меньше. Их масса (без жидкости) в 3--4 раза меньше массы такого же по величине поверхности теплообмена кожухотрубного аппарата. Кроме того, для разборки, мойки и ремонта пластинчатого теплообменника требуется в 2--5 раз меньшая площадь. В аппарате пластинчатого типа объем жидкостей равен 2,5--5 л/м2, что значительно меньше, чем в кожухотрубном аппарате. Поэтому масса пластинчатого теплообменника и в рабочем состоянии меньше массы кожухотрубного.

Однако пластинчатые теплообменники не нашли широкого применения в судостроении из-за относительно высокой стоимости (пластины из дорогостоящих сплавов), больших затрат на организацию производства и сложной оснастки, применяемой для штамповки пластин, при относительно небольшом количестве требующихся теплообменников; все это в настоящее время делает их производство нерентабельным.

По назначению судовые теплообменники делятся на подогреватели и охладители (воды, топлива, масла, воздуха, пара), конденсаторы, деаэраторы, испарители и водоопреснители.

Оборудование судовых систем - Судовые системы

Похожие статьи