В настоящее время на судах с дизельными энергетическими установками применяются следующие основные схемы передачи мощности на движитель:
- непосредственная переда мощности на гребной вал; Эта схема передачи мощности возможна только при использовании в качестве главного двигателя МОД (малооборотный двигатель), частота вращения коленчатого вала которого сопоставима с оптимальной частотой вращения гребного вала судна (движителя);
- зубчатая или механическая передача (дизель-редукторные агрегаты–ДРА); В качестве главных двигателей в этой схеме могут использоваться СОД (среднеоборотный двигатель) или ВОД (высокооборотный двигатель), передающие мощность на гребной вал через редукторную передачу, понижающую обороты двигателя до оптимального значения числа оборотов гребного вала;
- электрическая передача (дизель-электрические установки); В этой схеме передачи мощности используются ВОД (реже СОД). Мощность двигателя используется для выработки электроэнергии в дизель-генераторах, а гребной вал вращается гребным электродвигателем переменного или постоянного тока непосредственно, либо через понижающую обороты редукторную передачу.
ДЭУ с МОД и непосредственной передачей мощности на вал
Большинство судов морского транспортного и значительная часть судов промыслового флота оборудованы дизельными установками с МОД. При использовании одновальной установки, МОД размещается в диаметральной плоскости судна; при использовании двухвальной установки – побортно, симметрично диаметральной плоскости.
В машинном отделении судна с МОД (рис. 38) помимо главного двигателя ГД размещаются дизельгенераторы ДГ1, ДГ2, ДГ3, вспомогательная котельная установка ВКУ, водоопреснительная установка ВОУ и блок оборудования топливной и масляной систем. Мощность с фланца главного двигателя передается непосредственно на линию вала. Осевое усилие, передаваемое движителем на линию вала, воспринимается главным упорным подшипником ГУП.
Установки с МОД имеют высокие ресурсные показатели (до 80000 часов работы), наиболее экономичны в связи с отсутствием потерь в передаче, высокой экономичностью самих МОД и стремлением использовать теплоту уходящих газов в утилизационных газовых турбинах и паровых котлах. Кроме того, такие двигатели, как правило, работают на тяжелых и дешевых сортах топлива.
Основными недостатками установок с МОД являются:
- значительные массогабаритные показатели (масса МОД составляет от 100 до 1000 т и выше, длина от 7 до 23 м, ширина – от 2 до 5 м, высота – от 5 до 15 м);
- необходимость применения топливных систем со сложными процессами топливоподготовки (очистка топлива от механических примесей и воды, гомогенизация, подогрев до 60 ÷ 100 °С и т.д.).
ДЭУ с редукторной (механической) передачей мощности на вал
В ДЭУ с редукторной передачей наиболее часто используются СОД. Такие установки применяются на судах транспортного, технического, вспомогательного и промыслового флота, на судах смешанного плавания, речных и специальных. После установок с МОД они занимают второе место по распространению.
Наиболее часто в установках с механической передачей используются дизель-редукторные агрегаты ДРА – совокупность установленных на общей фундаментной раме главных двигателей, механических или гидромеханических передач, сообщительно-разобщительных или упругих муфт. Часть мощности от главных двигателей часто передается от редуктора на валогенератор, вырабатывающий электроэнергию. В ДРА передаточное отношение редуктора лежит в пределах 1:2 ÷ 1:5.
Пропульсивные установки с СОД и механическими передачами могут иметь разнообразное конструктивное исполнение: одномашинные – с одним ГД, подключенным к редуктору; двух-, трех- и четырехмашинные – с двумя, тремя или четырьмя двигателями, также подключенными к одному редуктору; одновальные и многовальные.
В схеме ДЭУ рыболовного сейнера мощностью ~ 1000 кВт, изображенной на рис. 39.а, в состав установки входят: главный двигатель СОД с частотой вращения вала 1000 об/мин, реверс-редуктор РР с передаточным числом 3 и валогенератор ВГ, подключенный к носовой части коленчатого вала ГД. Установка вологенераторов позволяет обеспечить работу главного двигателя как в ходовых режимах, так и в периоды дрейфа и стоянки на якоре при неработающей линии вала.
В схеме передачи мощности, изображенной на рис. 39.б, показана двухмашинная двухвальная установка. Валы главных двигателей СОД соединяют с малыми шестернями редуктора Р гидравлическими муфтами, что позволяет отключать от редуктора любой из двигателей и обеспечивать парциальную работу установки. Электроэнергия вырабатывается валогенераторами ВГ, подключенными к валам отбора мощности редукторов. Такие установки часто применяются на пассажирских и паромных судах.
ДРА с СОД позволяют значительно (в 3 ÷ 5 раз) уменьшить высоту машинного отделения по сравнению с установками с МОД, облегчить саму установку и получить другие положительные качества, такие как: отбор мощности редуктора на электрогенератор и вспомогательные механизмы, изменение суммарной мощности установки в широком диапазоне за счет отключения части главных двигателей от линии вала.
Недостатками установок с СОД и ДРА являются:
- меньший, чем у МОД, моторесурс (30000 ÷ 40000 часов);
- меньшая, по сравнению с МОД, экономичность за счет дополнительных потерь энергии в редукторах, соединительно-разобщительных муфтах и использования для работы СОД более качественного и дорогого топлива.
ДЭУ с электрической передачей мощности на вал
В установках с электрической передачей используются как СОД, так и ВОД. В таких установках несколько двигателей могут работать на один гребной вал или наоборот один двигатель может работать на несколько гребных валов.
В схемах ДЭУ с электрической передачей мощности, изображенных на рис. 40, в качестве главных двигателей используются ВОД или СОД, приводящие во вращение электрогенераторы ЭГ. Мощность, вырабатываемая генераторами, передается на гребные электродвигатели ГЭД, управление которыми производится со щитов управления ЩУ ГЭД. ГЭД могут передавать мощность как непосредственно на линию вала, так и через редукторную передачу. В многовальных установках на каждую линию вала могут работать как один, так и несколько ГЭД.
Дизель-электрические установки, особенно с ГЭД постоянного тока, обеспечивают высокую маневренность судна и дистанционное управление установкой, позволяют более гибко изменять суммарную мощность установки за счет парциальной работы отдельных дизельгенераторов. Применение ВОД позволяет значительно снизить массу и габариты установки (даже по сравнению с СОД), обеспечить высокую ремонтопригодность и более низкую стоимость установки.
Но при этом в установках с ВОД высоки удельные расходы топлива и масла, они имеют меньшие, по сравнению с СОД и МОД, ресурсные показатели (~ 10000 ÷ 15000 часов), повышенные уровни шума. Большинство ВОД работают только на дорогих легких сортах топлива. Потери энергии в передаче у дизель-электрических установок еще выше, чем у редукторных, на ~ 15 % за счет потерь энергии в генераторах, электрических сетях, гребных электродвигателях.
Дизель-электрические установки применяются на судах, где требуется быстрое изменение режимов работы: ледоколах, судах активного ледового плавания, больших рыболовных траулерах, паромах.
ВОД с чисто механической передачей часто применяются на судах с динамическими принципами поддержания (СПК и СВП), судах речного флота, портовых буксирах, катерах. В установках с ВОД широко используется навешивание вспомогательных механизмов (электрогенераторов, компрессоров пускового воздуха, насосов: топливных, масляных, охлаждения, осушительных, противопожарных), что значительно упрощает компоновку систем и уменьшает нагрузку на электрическую сеть судна. В то же время навешивание механизмов может снижать надежность и ремонтопригодность дизельной энергетической установки.
Литература
Судовые энергетические установки. Дизельные и газотурбинные установки. Болдырев О.Н. [2003]
