Контроль и регулирование движения судна (стр. 4 из 4)

Судовые дизели. Двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра, называется двигателем внутреннего сгорания. Если при этом воспламенение топлива осуществляется за счет температуры сжатия воздушного заряда, двигатель называется дизелем. Смесь газов, образующихся при сгорании топлива, имеет высокое давление и температуру. Расширяясь внутри цилиндра, газы перемещают поршень и движение его передается через кривошипно-шатунный механизм коленчатому валу. Для получения большей мощности и равномерного вращения вала двигатели делаются многоцилиндровыми. Мощность судовых дизелей бывает самой различной: от нескольких десятков лошадиных сил — на небольших катерах до 30—40 тыс. л. с.— на крупнотоннажных судах.

Основные достоинства дизеля перед другими двигателями — наименьший расход топлива (150—180 г/л с.-ч) и сравнительно небольшое вспомогательное оборудование. За счет меньших запасов топлива и меньших размеров машинного отделения увеличивается полезная грузоподъемность судна. Однако при мощности свыше 10—20 тыс. л. с. установка становится громоздкой и не всегда выгоднее турбинной.

Судовые паровые турбины работают на ином принципе. Свежий пар подводится в направляющий аппарат (сопло), где расширяется и приобретает большую скорость. Из сопла струя пара направляется на рабочие лопатки турбинного диска, который жестко закреплен на валу. Передавая лопаткам свою энергию, пар заставляет диск, а вместе с ним и вал вращаться со скоростью нескольких тысяч оборотов в минуту. Направляющий аппарат и диск с лопатками называются ступенью турбины. Рассмотренная простейшая турбина является одноступенчатой.

Главные турбины делаются многоступенчатыми. Ступени обычно размещают в двух корпусах — турбине высокого давления (ТВД) и турбине низкого давления (ТНД). Отработав последовательно во всех ступенях, пар выпускается из ТНД в конденсатор. Полученная пресная вода снова направляется в главные котлы для образования пара. Мощность обеих турбин передается на гребной винт через зубчатый редуктор, с которым турбины образуют единый главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА). Для осуществления реверса в корпусе ТНД установлена турбина заднего хода (ТЗХ).

Паротурбинные установки уступают дизельным в экономичности (расход топлива 180—250 г/л. с.-ч.), но могут быть построены на большую мощность при сравнительно небольших габаритах. Благодаря равномерному вращению вала турбины отличаются исключительно малым износом деталей.

Паровые турбины применяют в основном на крупных судах, где требуется мощность более 10—20 тыс. л. с, а также на судах с атомными реакторами. Мощность существующих ГТЗА достигает 70—80 тыс. л. с, причем на судне иногда устанавливают до четырех таких агрегатов.

Судовые газовые турбины. Воздух из атмосферы засасывается компрессором, сжимается и затем подается в камеру сгорания, куда одновременно впрыскивается топливо. Образующиеся при сгорании топлива газы поступают в турбину и приводят ее в движение. Турбина вращает компрессор и гребной винт.

Компрессор, камера сгорания и турбина собираются в единый агрегат. Для первоначального раскручивания турбины служит пусковой электродвигатель, питающийся током от вспомогательного дизель-генератора. Реверс осуществляется обычно с помощью винта регулируемого шага.

Судовые ГТУ по экономичности близки к паровым турбинам, а по весу и габаритам — наиболее легкие и компактные из всех применяемых двигателей. Мощность судовых ГТУ достигает 30 тыс. л. с. в агрегате. На морских судах ГТУ стали применять сравнительно недавно, по мере накопления опыта эксплуатации и совершенствования конструкций они должны получить значительное распространение.

Судовые атомные установки. Источником тепловой энергии в этих установках служит атомный реактор, в котором происходит деление ядер урана и других расщепляющихся материалов. Установка выполнена двухконтурной. В первом контуре теплоносителем служит обычная дистиллированная вода под высоким давлением, циркулирующая через

реактор. Теплота, выделенная в результате атомной реакции, непрерывно отводится этой водой в парогенераторы, где вырабатывается пар второго контура, используемый для работы четырех главных турбин мощностью по 11 тыс. л. с.

Каждая турбина приводит в действие через редуктор два генератора постоянного тока напряжением 600 В. Через главный распределительный щит электроэнергия питает средний гребной электродвигатель мощностью 19,6 тыс. л. с. и два бортовых по 9,8 тыс. л. с. Для защиты экипажа от вредных излучений реакторы и все агрегаты первого контура окружены надежной биологической защитой из слоя воды и стальных плит.

Основное преимущество судов с атомными установками — практически неограниченная дальность плавания без пополнения запасов топлива. Суточный расход ядерного горючего не превышает нескольких десятков граммов, а смену тепловыделяющих элементов в реакторах можно производить один раз в два-три года.

Судовым движителем называется специальное устройство для преобразования работы главного двигателя или другого источника энергии в полезную тягу, которая обеспечивает поступательное движение судна.

К судовым движителям относят гребные винты, гребные колеса, водометные и крыльчатые движители.

Гребной винт представляет собой гидравлический механизм, лопасти которого захватывают забортную воду и сообщают ей дополнительную скорость в направлении, противоположном движению судна. При этом гидродинамические силы, возникающие на лопастях, создают осевую равнодействующую силу, называемую упором движителя. Упор движителя передается корпусу судна через жестко связанный с ним упорный подшипник.

Основными характеристиками винта являются:

диаметр — диаметр окружности, описываемой наиболее удаленными от оси точками лопастей; у крупных судов диаметр винтов может достигать 8—10 м;

шаг — расстояние, которое прошел бы винт за один оборот в плотной среде, при отсутствии скольжения. По величине шаг винта близок его диаметру;

частота вращения — число оборотов в минуту на расчетном режиме, при котором винт имеет наибольший к. п. д.; у крупных и средних судов — 100—200 об/мин, у небольших — 500 об/мин и более.

По направлению вращения различают винты правого и левого вращения. Винт правого вращения при переднем ходе вращается по часовой стрелке (если смотреть с кормы в нос). У такого винта, если взгляд наблюдателя направлен перпендикулярно диску винта, правые кромки верхних лопастей расположены дальше, чем левые. У винта левого вращения — наоборот.

Одновинтовые суда чаще имеют винт правого вращения. Двухвинтовые суда для лучшей управляемости оборудуются винтами разного вращения.

По конструкции гребные винты делятся на винты фиксированного и регулируемого шага.

Винты фиксированного шага (ВФШ) — это обычные винты с неизменяемым шагом. Они бывают цельнолитыми или со съемными лопастями. Цельнолитые винты проще в изготовлении, имеют более высокий к. п. д., а потому и самые распространенные. Винты со съемными лопастями применяют главным образом у судов ледового плавания, у которых возможны более частые поломки лопастей. Ступицы и лопасти таких винтов делают стальными.

Винты регулируемого шага (ВРШ) в отличие от ВФШ имеют полую ступицу увеличенного диаметра; в ней размещен механизм, с помощью которого можно поворачивать лопасти вокруг их вертикальной оси и тем самым изменять шаг винта. Управляют механизмом поворота лопастей с мостика посредством привода, расположенного в валопроводе.

Конструкция ВРШ позволяет, не изменяя направление и частоту вращения винта, осуществлять реверс (задний ход), удерживать судно на месте, устанавливать наиболее выгодный шаг винта для разных режимов работы судна. Все это делает судно более маневренным, значительно снижает расход топлива на переменных режимах. Важным достоинством является и то, что ВРШ позволяет применить на судне нереверсивный главный двигатель.

Поэтому, несмотря на сложность конструкции, ВРШ широко используются на промысловых судах, буксирах, паромах, а в последние годы —и на крупных транспортных судах. На новых танкерах типа «Крым» установлен ВРШ диаметром 7,5 м.

Если скорость набегающего на винт потока v_р (рис. 5), а радиальная скорость юг, то угол атаки данного элемента сечения лопасти a_л определяется углом между результирующей скоростью v₁ и линией нулевой подъемной силы (ЛНПС). Подъемная сила и сила лобового сопротивления сводятся к результирующей силе Y_в. Одна из ее проекций дает силу полезного упора винта Р_В, а вторая — силу сопротивления вращению R_BP. Момент силы R_BP относительно оси гребного винта преодолевается главным двигателем судна.

Гребные винты имеют относительно малую массу, небольшие размеры, надежны в эксплуатации, недороги в изготовлении и позволяют использовать большинство малооборотных главных двигателей без редукторных передач; их КПД достигает 70 %.

Рис. 5. Схема действия гребного винта

ЛИТЕРАТУРА

1. Н.Г. Смирнов «Теория и устройство судна», М., 1992.

2. А.А. Антонов «Устройство морского судна», М., 1974

3. А.Д. Дидык и др. «Управление судном и его техническая эксплуатация», М., 1990.

4. Г.Г. Ермолаева «Справочник капитана дальнего плавания», М., 1988.