Нормы вибрации поршневых компрессоров по категориям их ТС

Риc. 6.10. (I - хорошее ТС; П - удовлетворительное; Ш - неудовлетворительное ).

Как указывалось ранее, работоспособность поршневых компрессоров определяется ТС всасывающих и нагнетательных клапанов. Для контроля их ТС могут быть использованы уровень ударных импульсов, температура поверхности крышки клапана, а также воздушных и водяных патрубков.

Уровень ударных импульсов измеряется на крышке клапана. Зна­чение dB_i выбирается опытным путем. Чаще всего dB_i = 20. Оно при всех измерениях остается постоянным. Мерой неисправнос­ти является отклонение dB_м на ± 10 ДБ от среднего значения, определенных всасывающих и нагнетательных клапанов двух (трех) компрессоров. Среднее значение находится на основе результатов измерений ударных импульсов на клапанах по соответствующим сту­пеням компрессоров.

Для измерения температуры поверхностей крышки клапана и воздушных патрубков используются контактные термометры. Контроль давления воздуха после 1-ой ступени осуществляется по штат­ным манометрам.

Контроль ТС отдельных элементов поршневых компрессоров, в частности охладителей производится по снижению производительности σV и разности между температурой поверхности выход­ного воздушного патрубка цилиндра 1-ой ступени и температурой поверхности водяного патрубка на входе в охлаждаемый первый воздухоохладитель ΔТ.

Для контроля ТС маслянного насоса используется величина давления в смазочной системе, соответствующая определенной категории. При хорошем ТС величина давления масла должна быть более 0,2 МПа, удовлетворительном - (0,12 - 0,2) МПа, неудовлетворительном - меньше, чем 0,12 МПа.

Контроль ТС уплотнительной прокладки головки блока компрессора определяется по наличию воды в масле с помощью прибора ИВМ. Предельное значение содержания воды в масле не должно превышать 0,2 %.

6.9. Теплообменные аппараты

Такие аппараты являются неотъемлемым элементом любой СЭУ. Контроль их ТС осуществляется с помощью различных приборов. К ним можно отнести штатные КИП и переносные средства.

В качестве штатных КИП используют термометры и манометры, а переносных средств - контактные термометры и толщиномеры, а также эндоскопы.

На основе осмотра с помощью эндоскопов опеделяется состояние трубок (наличие трещин, свищей, пропусков в соединениях трубок с труб­ной доской). Толщиномер используется для определения износа сте­нок корпусов, труб и других элементов ТА.

Степень загрязненности поверхностей теплообмена ТА может быть определена по перепадам температур и давлений.

Применительно к замкнутым системам ТА выявление уров­ня их ТС может быть произведено на основе интегральной оценки [4, 10].

В таких системах в качестве интегрального показателя запа­са охлаждающей способности ТА рекомендуется относительное количество охлаждаемой среды, проходящей, например, через холодильник (масло - и водоохладитель). Оно характеризуется отношением разнос­ти температур среды на выходе и входе ГД Δt_дв и разности температур на выходе и входе охладителя Δt_охл.

q = Δt_дв /Δt_охл (6.5)

Предельное значение q = 0,7 устанавливается для условий работы двигателя с полной нагрузкой при плавании в тропиках (при высокой температуре забортной воды).

Для низкотемпературных контуров, например, циркуляционной смазочной системы при работе в тропиках, допускается значение q =1,0 при условии, что запас температуры среды на входе в двигатель по отношению к максимальной допустимой температуре составляет не менее 3-5°С на полной нагрузке.

Для повышения точности контроля может быть использована косвенная оценка охлаждающей способности ТА [10]:

К_охл = 1 – (t_охл/t_дв) , (6.6)

где t_охл - температура среды на выходе из ТА, °С;

t_дв - температура среды на входе в двигатель, °С.

Предельное значение отношения К_охл составляет 7 %. При отсутствии штатных термометров температуру поверхностей ТА рекомендуется измерять с помощью дистанционного измерителя типа Termopoint 80.

Применительно к судам новой постройки, оборудованных персональными компьютерами, может быть использован иной под­ход к определению ТС теплообменников. Его суть состоит в том, что ТС оценивается по отклонению выбранного диагностического показателя от значения, рассчитанного по математической модели для эксплуатационных условий.

Для других типов ТА (УК, ВК, конденсатор турбогенератора, охладитель эжектора, вакуум-конденсационная установка, охлади­тель избыточного пара УК, ВОУ) на основе проведенных испытаний получена информация по их ТС для трех категорий.

Рекомендации по контролю ТС указанных ТА, включая и теплообменники, обслуживающие ГД приведены в работе [4].

6.10. Гидравлические системы и агрегаты

Контроль ТС гидравлических агрегатов аналогично рассмотренным ранее элементам СЭУ производится по [10]: уровню ударных импульсов, вибрации, температурному полю корпуса, термодинамичес­кому КПД, плотности и продуктам износа в рабочей жидкости.

По характеруизменения температурного поля корпуса гидроагрегата при его пуске устанавливается ТС подшипников и деталей качающего узла.

Мерой исправного ТС агрегата является практически постоян­ная скорость изменения прироста температуры с последующим приб­лижением её к нулю. Признаком неудовлетворительного ТС агрегата является резкое увеличение скорости изменения прироста темпера­туры поверхности корпуса в начальный период пуска агрегата.

По термодинамическому КПД агрегата устанавливается значе­ние объемных и гидромеханических потерь и определяется полный КПД агрегата [10]:

η = (ΔР_н/с_рρΔТ_н)-1, (6.7)

где ΔP_н - перепад давления на агрегате (например, насо­се); ΔТ_н - повышение температуры рабочей жидкости вследствие объемных и гидромеханических потерь. Предельное снижение КПД должно составлять не более 10%. Контроль плотности гидравлических систем (количество утечек) позволяет установить их внутреннюю и внешнюю негерметичность.

Для этих целей могут быть использованы гидроиндикаторы, в конст­руктивном отношении аналогичные пневмоиндакаторам ПИ-2М.

Допустимые утечки за фиксированное время являются мерой плотности узлов системы: для насосов 10 % от подачи насоса; для гидроцилиндров 0,12 Д² (где Д - внутренний диаметр цилиндра в см); для распределителей 5 %; для предохранительных и редук­ционных клапанов 1 % от подачи насоса.

Для контроля плотности конкретных узлов гидравлической сис­темы в процессе их эксплуатации могут быть использованы течеискатели ИКУ-1, LDE - 10. Контроль осуществляется путем измерения уровня гидродинамического шума на поверхности контролируемого уз­ла гидравлической системы.

Контроль за продуктами износа в рабочей жидкости позволяет установить износ блоков цилиндров аксиально-поршневых гидроаг­регатов, поршней гидроцилиндров, корпусов насосов, корпусов и штоков гидроцилиндров, золотников и корпусов распределителей.

Значения концентрации частиц для оборудования СЭУ приведены в табл. 6.5. [10].

Таблица 6.5.

Концентрация частиц для оборудования СЭУ

ГЛАВА 7. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК.

7.1. Способы повышения эффективности эксплуатации.

Применительно к объектам водного транспорта проблема энергосбережения обосновывается значительным наличием резервов экономии горюче-смазочных материалов, теплоты, энергии, а также широкой возможностью их практического использования без существенных затрат на создание нового технологического оборудования.

В условиях перехода к рыночным отношениям правовой базой,
закрепляющей основные направления всех сфер деятельности, связанных с
экономией топлива и энергии, является Федеральный Закон от 23.04.1996
г.№28-ФЗ «Об энергосбережении», принятый Государственной Думой ФС
РФ 13.03.1996 г. Его основная цель заключается в создании и использовании
автоматизированного управления энергопотреблением, энергоэффективных
технологий топливо-энергопотребляющего и диагностического оборудования, конструкционных и изоляционных материалов, а также для контроля и учета расхода энергетических ресурсов.

Создание высокоэффективного энергосберегающего оборудования основывается на решении комплекса научно - технических задач в следующих направлениях: исследование, разработка и реализация эффективных теплотехнических принципов осуществления технологических процессов и их отдельных стадий, а также способов организации тепло - и энергоиспользования в технологических установках; разработка и оптимизация конструктивных схем технологических комплексов, теплотехнических элементов установок и их компоновок.

По существу меры, предусматривающие законом «Об энергосбережении» и направленные на эффективное использование топливо - энергетических ресурсов, призваны обеспечить высокий уровень полезности любого вида энергии, в частности, применительно к судовым условиям, в виде теплоты и работы. Ценность конкретной формы зависит от температуры ее носителя (рабочего тела) по отношению к окружающей среде. Высокая экономичность процессов, связанных с преобразованием топлива, может быть обеспечена путем наилучшего способа более полного использования его располагаемой работы (энергии). Для судов - это выполнение транспортной работы, получение электроэнергии в объеме, необходимом для информационного обеспечения безопасности и высокого уровня жизнеобеспечения пассажиров и экипажей, сохранности перевозимого груза и защиты окружающей среды.

В системе управления энергосбережением, топливо - и маслоиспользованием на судах наряду с различными, с точки зрения иерархии, можно выделить два направления:ТЭ в целом СЭУ и их элементов, обеспечивающую эффективное топливо- и маслоиспользование в каждом рейсе; информационно-техническое обеспечение и автоматизацию технологических процессов топливо- и маслоиспользования, а также оптимизацию их расхода. Первое- объединяет большой класс эксплуатационных задач, решение которых непосредственно влияет на эффективность и качество работы СЭУ и его оборудования и, соответственно, расход топлива и масла. К ним можно отнести: мероприятия по проведению теплотехнического контроля и контрольно-наладочных испытаний, исключающие появление недопустимых расходов топлива и масла; обеспечение высокоэффективных технологических схем и режимов работы отдельного оборудования (ВК, УК, технические средства топливоподготовки и др.); замена изношенных ГД и ВД новыми или прошедшими капитальный ремонт; использование двухтопливной системы и средств топливоподготовки; использование тяжелых сортов топлива и вторичных нефтепродуктов, увеличение объемов потребления смеси моторного и дизельного топлива; реализация мероприятий по рациональному использованию масел и их регенерация; упрощение системы учета и нормированиярасхода топлива и масла.

Таким образом, рентабельность работы судна в значительной степени зависит от научно-обоснованной и рациональной системы ТЭ СЭУ, которая во многом определяет эффективность использования топливно-энергетических ресурсов, уровень безопасности плавания и экологические последствия перевозок. Это подтверждается следующей информацией: доля повреждений, в частности приходящихся на ЭУ по судну, составляет ~ 90%, затраты, связанные с ее ТЭ, - ~ 70%, а объемы работ по ТО — 40%; стоимость расходуемого топлива от себестоимости перевозимого груза достигает ~ 50%.

Себестоимость ТЭ судна складывается из затрат на заработную плату обслуживающему персоналу, топливо, амортизационные отчисления, ремонт, смазочные материалы и навигационные расходы, включающие две составляющие (реновационную, ремонтную), и зависящие от водоизмещения. Их взаимная связь такова: с увеличением водоизмещения реновационная снижается, а ремонтная возрастает. Наиболее значительными являются затраты на топливо и амортизационные отчисления(например, для танкеров они составляют соответственно 32% и 30%, т.е. в совокупности более 60%). Затраты на масло составляют ~ 5%. На себестоимость перевозки грузов значительное влияние оказывают затраты, связанные с расходом топлива и масла (расходы на содержание судна на 60% определяются себестоимостью топлива и смазочных материалов). Поэтому правильное их нормирование в зависимости от режимов работы судна и мощности ГД имеет важное значение в снижении общих эксплуатационных расходов.

Среди ЭУ, используемых на транспортном флоте, преобладающее распространение получили ДЭУ, благодаря присущих им достоинств. Современные тенденции развития ДЭУ связаны с улучшением весогабаритных характеристик, ростом агрегатных и цилиндровых мощностей, повышением надежности, снижением трудозатрат на ТО, а также утилизацией тепла в целях дальнейшего повышения экономичности.

В качестве главного элемента ДЭУ преимущественно используется два конструктивных типа - МОД и СОД. Интенсивный путь развития первых связан с нахождением решений, позволившим сжигать в них дешевые сорта топлив и увеличивать форсировку за счет газотурбинного наддува. Первой из ведущих дизелестроительных фирм, построившей ГД с газотурбинным наддувом, является «Бурмейстер и Вайн». Этим объясняется значительный прогресс, достигнутый по их основным характеристикам. Менее, чем за 20 лет достигнуто увеличение цилиндровой мощности в три раза при одновременном улучшении удельных весовых и габаритных характеристик. Аналогичный путь развития прошли ГД других ведущих дизелестроительных фирм, например, «Зульцер» (Швейцария), «МАН» (Германия). Двигатели этих фирм обеспечили ~ 70% установленной мощности на судах. В последнее время ведущими фирмами разработаны новые мощностные ряды МОД, обеспечивающие диапазон агрегатной мощности от 4,0 тыс. до 35 тыс.кВт при скорости вращения вала от 228 до 103 об/мин. (Двигатели KGF, RND, KSZ, работающие на один гребной винт, обеспечивают мощностной диапазон до 40 тыс.кВт). Отличительная особенность современных МОД заключается в способности работать на дешевых низкокачественных моторных сортах топлив с содержанием серы до 3,5%. В этом случае, при условии использования высококачественных цилиндровых масел, может быть обеспечен высокий моторесурс и, соответственно, ЭН. Одним из эффективных путей повышения цилиндровой мощности ГД и снижения удельного расхода топлива считается увеличение среднего эффективного давления за счет совершенствования газотурбинного наддува, однако более перспективное направление - глубокая утилизация тепла УГ и охлаждающей воды ГД.

Основными проблемами, связанными с созданием МОД, являются рост механических и тепловых нагрузок, обеспечение высокой надежности, снижение трудозатрат на ТО и разработку инструмента и приспособлений, позволяющих ускорить процесс монтажных и демонтажных работ. Исходя из предъявляемых требований, современные типы МОД должны иметь: ресурс до капитального ремонта более 100 тыс.часов, но не менее установленного срока службы судна, продолжительность работы между переборками с выемом поршней - не менее 12 тыс.часов; ресурс непрерывной работы - не менее 1,5 тыс.часов.

Эксплуатационные качества ДЭУ в процессе ее ТЭ в значительной степени определяются качеством ТО,зависящего от уровня квалификации обслуживающего персонала, видом применяемого топлива и масла, наличием необходимого объема запасных частей и рядом других факторов. Существенное снижение эксплуатационных расходов (в частности, затрат на топливо, ремонт и масло) может быть достигнуто путем повышения тепловой экономичности ДЭУ и ЭН ее оборудования. Учитывая, что расходы на топливо и масло оказывают значительное влияние на себестоимость перевозимого груза, поэтому важное значение в снижении эксплуатационных расходов отводится процессу их нормированияпри ТЭ судна и ДЭУ на различных режимах работы (длительность полного хода, например, танкеров составляет более 60%, стоянки без грузовых операций - 20%, а транспортного судна, основная часть рейса которого приходится на режим полного хода, при этом мощность ГД не превышает 90% номинального значения).

Из используемых видов масел (цилиндровое, циркуляционное, турбинное, компрессорное) наибольший расход приходится на циркуляционное, складывающийся из расхода, заливаемого в циркуляционную систему ГД, и на добавку, компенсирующую угар и утечки. Продолжительность работы масла в системе в ДЭУ с МОД составляет 15-20 тыс. часов, а в СОД - от 3 до 5 тыс. часов. Расходы масла в ДЭУ составляют от 2,5 до 4% от расходов на топливо, однако при этом следует учитывать, что стоимость масла в несколько раз превышает стоимость топлива.

Экономический КПД современных ДЭУ с учетом утилизации тепла УГ и охлаждающих жидкостей достигает 40%. Анализ теплового баланса ГД показывает, что с УГ и охлаждающей водой уносится примерно в 1,5 раза больше тепла, чем преобразуется в полезную работу. В то же время эффективность ТЭ судов существенно зависит от уровня ЭН, так как, например простои в море вследствие отказов элементов ДЭУ и их последующее восстановление могут привести к значительному экономическому ущербу. Основными факторами, определяющими эффективность ТЭ судна и ДЭУ в целом, являются: уровень ТС основного оборудования, зависящий от отношения обслуживающего персонала к его ТИ и ТО; экономия топлива и масел в сравнении с плановым расходом, достигаемая за счет оптимизации режимов работы ГД; уровень квалификации обслуживающего персонала; обеспечение защиты окружающей среды. По оценке экспертов ЦНИИМФа каждая разлитая в море тонна нефти наносит ущерб, оцениваемый до 25 тыс. долларов США.

Одно из важных направлений повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов ДЭУ - это применение установок, позволяющих в максимальной степени утилизировать тепло УГ и охлаждающей воды. Опыт ТЭ таких установок на отечественных и зарубежных судах показывает, что экономия топлива может достигать 8 -14%. Наибольший экономический эффект от утилизации тепла УГ достигается при использовании пара в ТАвследствие высокого КПД (0,88-0,92), меньший от использования ТГ из-за низкого термического КПД цикла для параметров пара УК, наименьший - от применения ходовой турбины (в этом случае экономится относительно дешевое моторное топливо при низком термическом КПД цикла). Поэтому в мощных ДЭУ целесообразно максимальное использование тепла УГ ГД. Решение вопросов, связанных с утилизацией тепла, зависит не только от мощности ДЭУ, но и от других факторов (тип и назначение судна, тип ГД, продолжительность ходового времени и т.п.).

Вопросам обеспечения высокой топливной экономичности судов морского назначения всегда уделялось повышенное внимание. Изыскание новых путей снижения эксплуатационных расходов топлива и масел, а также реализация имеющихся резервов особенно стали актуальными в последнее десятилетие в связи с глобальными энергетическими проблемами и высокой стоимостью нефтяного топлива и масел. Существенным образом возросли и абсолютные затраты на топливо и масла в связи с увеличением скоростей и повышенной энерговооруженностью специализированных судов. Требования высокой экономичности привели к преимущественному использованию на судах ДЭУ и внедрению ряда мер, повышающих их КПД и удельную производительность на основе оптимизации эксплуатационных режимов. Значительные успехи достигнуты в области повышения экономичности СД, их эффективный КПД превысил 50% за счет: форсирования путем совершенствования систем газообмена, наддува и повышения КПД турбокомпрессоров; применения длинноходовых и сверхдлинноходовых конструкций с прямоточно-клапанной продувкой, керамики и композитных материалов и организации рабочего цикла с высоким значением давления сгорания; использования энергии УГ в силовых турбинах. Находят дальнейшее развитие и традиционные пути снижения расходов топлива на основе утилизации тепловых потерь и совершенствования пропульсивных качеств ДЭУ за счет применения длинноходовых МОД, работающих непосредственно на гребной винт с пониженной на 25-35% частотой вращения. В таких конструкциях ГД, благодаря увеличению отношения объема камеры сгорания к ее поверхности, потери тепла в охлаждающую среду могут быть снижены на 20-30%. Эффективность малоразмерных ГД может быть повышена на основе реализации принципа компаундирования (объединения)поршневой части с силовой турбиной, передающей до 10-15% суммарной мощности на вал. ТеоретическиКПД компаундированного ГД может быть доведен до 60%. Несмотря на достигнутые успехи проблемы, связанные с созданием высокоэффективных ДЭУ и обеспечением максимальной экономии горюче-смазочных материалов, по-прежнему остаются. Базой для решения этих проблем является количественная оценка эффективности систем утилизации тепла, выбор рациональных режимов работы ДЭУ, совершенствование элементов систем смазки и оценка их ЭН. В принципе существующие способы исчерпывают возможности воздействовать на экономические показатели ДЭУ. Поэтому дальнейшее повышение их КПД полностью зависит от степени утилизации тепловых потерь и способа привода вспомогательных механизмов. В настоящее время, несмотря на многообразие методов утилизации тепловых потерь в ДЭУ, направленных на удовлетворение собственных нужд судна в тепле, паре, электроэнергии, воде и холоде, единой точки зрения по рациональной их глубине для конкретного судна нет. Поэтому необходимость решения задачи по экономическому и термодинамическому обоснованию рациональной глубины утилизации, например тепла УГ, и способов утилизируемой энергии с учетом различных факторов и особенностей ДЭУ и судна (назначение, относительное ходовое время при эксплуатационной нагрузке, район плавания, мощность, сорт топлива и масла и т.п.), по-прежнему остается.

Взаимосвязь между утилизируемой энергией УГ и, например, экономией топлива, может быть выражена в виде следующей схемы: направление - объект (ТА, ТГ, ходовая турбина). При направлении утилизируемой энергии на ТА или гребной вал экономится дешевое моторное топливо, а на ТГ - дорогое дизельное. Сравнительный анализ этих вариантов утилизируемой энергии по показателю уменьшения себестоимости энергии за счет топливной составляющей при переводе ДЭУ на газопаровой цикл позволяет сделать следующее заключение: наибольшая экономия от утилизации тепла УГ имеет место при использовании пара в ТА (подогрев груза, топлива, отопление и т.п.), имеющих КПД более 90%; менее целесообразен вариант использования пара в УТГ, несмотря на более высокую стоимость сэкономленного топлива вследствие низкого термического КПД цикла Ренкина для возможных параметров пара УК, но нашедший наибольшее распространение в судовой практике из-за ограниченной мощности ТА; наименьшая экономия достигается при реализации варианта ходовой турбины с передачей ее энергии на гребной вал из-за низкого термического КПД цикла, несмотря на экономию, относительно дешевого топлива; выбор целесообразности реализуемого варианта схемы направление-объект должен быть обоснован технико-экономическими расчетами.

Анализ опыта ТЭ судов и результатов исследований, проведенных отечественными и зарубежными специалистами в области использования широко развитой системы утилизации тепла УГ показывает, что приращение затрат на ТО и ремонт с избытком компенсируется сокращением трудозатрат на моточистки ДГ, некоторым увеличением провозоспособности судна. При этом следует отметить, что из суммарной стоимости используемого утилизационного оборудования 80-90% приходится на УК и ТГ различной модификации турбины с одно и двухступенчатыми редукторами, гидромуфтой, генератором, а оставшиеся 10-20% - на ВО (конденсатор, насосы, трубопроводы и т.п.). Себестоимость энергии, вырабатываемой ДЭУ при утилизации тепла УГ, определяется рядом факторов, в частности: степенью утилизации тепла; ходовым временем судна; температурой газов перед УК; режимом работы комплексов ГД-УК; методом использования утилизируемой энергии (ТА, ТГ, ходовая турбина). Наиболее существенное влияние оказывает относительное ходовое время судна. Например, при его уменьшении от 0,9 до 0,3 экономическая эффективность от утилизации тепла УГ снижается более чем в четыре раза по причине длительных простоев ТГ. Для ДЭУ, работающих по газо-паровому циклу, с относительным ходовым временем на эксплуатационном режиме более 50% степень утилизации тепла УГ должна соответствовать температуре, превышающей на 50-60°С точку росы при используемых сортах топлива. В этом случае при мощностях ГД более 15-20 МВТ с экономической точки зрения целесообразно использовать ходовую турбину. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в Астраханском государственном техническом университете, а также анализ загрузки ГД и ВД (авторы Коршунов Л.П., Маницын В.В.) показывают, что имеет место недостаточнаяэффективность использования тепла УГ на долевых режимах работы комплекса ГД-УК, составляющих большую часть времени ГД рыбопромысловых судов. Несовершенными являются методики расчетов и выбора УК, отсутствуют обоснованные рекомендации по их ТЭ. Поэтому для решения такого рода задач необходимо проводить исследования, направленные на схемное и режимное совершенствование совместной работы комплекса ГД-УК приработе на долевых режимах.

Заслуживает внимания концепция ТЭ ДГ предлагаемая фирмой "MAN-B&W Diesel", состоящая в распределении функций между ДГ в таком соотношении: один основной, работающий на тяжелом топливе постоянно, как и ГД (на ходу, при маневрировании, на стоянке), а два других находятся поочередно один в горячем резерве, а второй - в запасе и работают кратковременно в случае остановки основного ДГ. В случае резкого увеличения мощности ДГ вступает в работу, разработанная фирмой струйная система ускорения ТК, а также может быть использована интегрированная система ТН (ICS), позволяющая при необходимости направлять воздух от ТК ГД на ДГ, обеспечивая его надежную работу на малых нагрузках. Такая концепция основного ДГ дает возможность реализовать комбинацию дизель-газотурбогенераторного агрегата с силовой турбиной ГД.

Таким образом, повышение эффективности использования органического топлива и масла в ДЭУ было и остается актуальной задачей.Одним из перспективных путей ее решения, а во многих случаях и единственным, является утилизация УГ ГД и ВД, а также оптимизация расхода масла в процессе их ТЭ.

7.2. Эффективность использования систем утилизации тепла вторичных энергоресурсов.

Несмотря на относительно высокую тепловую экономичность ДЭУ, потери тепловой энергии от сожженного в ГД топлива составляют более 50%. Поэтому вопрос их утилизации по-прежнему является актуальным. Практические возможности утилизации тепла зависят от ряда причин (мощность ГД, температура вторичных энергоресурсов, потребность в низко потенциальном тепле и др.). При мощности ГД более 6-8 тыс.кВт абсолютное количество отводимого тепла существенно превышает потребности общесудовых потребителей, что создает предпосылки для использования его в энергетических целях.

В ДЭУ основными источниками вторичных энергоресурсов являются УГ и пресная охлаждающая вода, имеющие различный температурный потенциал. Возможность использования тепла охлаждающей пресной воды из-за низкого температурного потенциала ограничивается вакуумными испарителями и подогревателями воды для общесудовых нужд. Температурный потенциал УГ по сравнению с охлаждающей пресной водой превосходит ее ~ в 5-6 раз, а поэтому эффект от утилизации их тепла более существенный. Для его практической реализации используются системы утилизации тепла уходящих газов (СУТУГ) в паровом цикле с ТГ, обеспечивающим электроэнергией ходовой режим судна. Однако тепло УГ может быть использовано в целях получения пресной воды, пара для общесудовых нужд, а также холода для кондиционеров и рефрижераторных установок. Исходя из этого, основным путем снижения расходов топлива в ДЭУ является использование СУТУГ.

Препятствием широкого внедрения СУТУГ на судах различного функционального назначения является целый ряд причин. Для судов большого тоннажа (включая и новые типы) растут затраты мощности на привод ВО, обслуживающего ГД, возникает потребность в обеспечении холодом значительного числа рефрижераторных контейнеров. Для судов типа РО-РО большие мощности затрачиваются на вентиляцию трюмов. Для универсальных сухогрузов и танкеров умеренного тоннажа с ГД мощностью до 15000 кВт характерен рост мощностей судовой электростанции (СЭС), обусловленный повышенными затратами энергии на автоматизацию, бытовые системы, электронавигационные комплексы, системы трюмного кондиционирования и т.д. Следует отметить, что на судах отечественного флота за последние 20 лет мощности СЭС удвоились. Для ГД перспективной постройки трудности использования СУТУГ связаны с перераспределением статей теплового баланса. К другим причинам можно отнести ТЭ ГД с пониженной мощностью, завышение мощности СЭС из-за низкой экономичности ВО, недостатки в проектировании систем, низкую экономичность ТГ, применяемых в системах, и др. Отсюда следует, что дальнейшие перспективы применения на судах СУТУГ связаны с оптимизацией энергетических затрат на вспомогательные нужды, с использованием утилизационных установок новых типов, а также комплексов утилизации для судов различных типов.

Сравнительный анализ отечественных и зарубежных СУТУГ в ДЭУ показывает, что последние имеют ряд преимуществ (меньшие габариты УК за счет шипования и оребрения труб, более глубокое использование тепла УГ t_ух<180°С вследствие применения топлив с более благоприятными характеристиками, более высокой экономичности ТГ). Однако зарубежные СУТУГ имеют и более сложные схемы «пар-конденсат», так как предполагают применение подогревателя питательной воды, котлов с двумя давлениями пара, специальных генераторов пара низкого давления, работающих на циркуляционной воде УК, отбор пара от ТТ. В современных условиях, учитывая тенденцию перехода к безвахтенному обслуживанию ДЭУ, утилизационные системы и их комплектация должны быть максимально упрощены с точки зрения простоты регулирования и минимальной трудоемкости их ТО. Исходя из этого, на судах отечественного транспортного флота наибольшее распространение получили простейшие утилизационные установки с использованием паровых УКи испарителей.На нефтеналивных судах мощностью свыше 8000 кВт СУТУГ имеют в своем составе мощные УК и ТГ.

Решение задач, связанных с оптимизацией СУТУГ, обусловлено расширением диапазона применения ТГ, а также получением дополнительных количеств пара и электроэнергии в ходовом режиме с ДЭУ. Для этого могут быть использованы различные пути (снижение нагрузки ТГ за счет уменьшения мощности, расходуемой в ходовом режиме судна основными потребителями; применение утилизационной холодильной машины (УХМ) в кондиционерах, уменьшающих нагрузку СЭС; использование тепла охлаждающей воды в УК с легко кипящими рабочими жидкостями; создание систем испарительного охлаждения ГД). Снижение нагрузки ТГ может быть осуществлено двумя путями(уменьшением мощности главных циркуляционных насосов, составляющих до 30% нагрузки СЭС, и приведение их в действие от ГД). Способ приведения механизмов от МОД и СОД в ДЭУ находит широкое распространение и осуществляется с помощью валогенераторов (ВГ) и гидроприводов. Аналогом такого решения является система гидропривода Гинар, обеспечивающая смазку и охлаждение ГД фирмы ФИАТ мощностью ~ 13000 кВт. Анализ результатов выполненных расчетов показывает, что использование гидропривода для вспомогательных механизмов дает возможность расширить область применимости УТГ с точки зрения снижения мощностного диапазона ГД с ~ 13000 кВт (при удельном расходе пара d_ТГ = 9кг/кВт) до 9000 кВт и менее (при d_ТГ =7 кг/кВт).Использование УХМ позволяет снизить нагрузку СЭС до 10-15% за счет отсутствия в них наиболее энергоемких потребителей (компрессоров). Из существующего многообразия УХМ (абсорбционные, пароэжекторные и т.п.) для ДЭУ наиболее приемлемыми являются бромисто-литиевые, используемые в кондиционерах и в качестве средств дополнительного охлаждения наддувочного воздуха. Исследования тепловых балансов перспективных типов ДЭУ с МОД показывают, что их применение позволяет снизить температуру наддувочного воздуха с 30-40°С до 5-10°С и, таким образом, существенно увеличить мощность ГД. Однако их использование не позволяет произвести утилизацию значительного количества тепла, выделяемого в системах охлаждения ГД из-за низкого температурного потенциала охлаждающей среды. Решение задачи в такой постановке может быть осуществлено путем использования низкокипящих жидкостей (например, фреонов). Комплексное использование ВЭ (УГ, охлаждающей пресной воды) с высоким и низким температурным потенциалом ГД ДЭУ может быть реализовано во фреоновых утилизациооных установках, состоящих из двух контуров (фреонового, пароводяного). Получаемый в них пар может быть использован в качестве рабочего тела в ТГ, холодильных турбокомпрессорах, турбокомпрессорах для наддува, турбоприводных грузовых и балластных насосах и т.д. Однако практическое применение таких установок в ДЭУ связано со значительными трудностями. Одна из них- утечка фреона в процессе ТЭ. Поэтому целесообразность использования фреоновых турбин ограничивается их количественной величиной, которая должна быть менее 0,001%. Сравнительный анализ эффективности применения паровых и фреоновых утилизационных установок показывает, что в реальных условиях мощность фреонового ТГ примерно в три раза меньше парового, а мощности циркуляционных насосов котлов и конденсаторов существенно больше и составляют соответственно в 10-15 и 4-5 раз. Повышениемощности утилизационного фреонового ТГ примерно на 15-20 кВт может быть достигнуто путемреализации цикла утилизационной установки, в котором парообразование осуществляется за счет тепла охлаждения ГД, а подогрев и перегрев фреона - в специальном фреоновом котле за счет тепла УГ ГД. По аналогии с фреоновым циклом возможен и другой путь использования тепла охлаждающей воды ГД - это реализация пароводяных циклов, основанных на высокотемпературном охлаждении(ВТО). Актуальность такого подхода подтверждается значительным интересом зарубежных дизелестроительных фирм (например, в США: Купер-Бессемер, Фербенкс-Морзе, Вортингтон, Мирлис и др.). В частности, двигатели фирм Энрерпрайз и Нордберг с температурой охлаждающей воды 120°С используются на речных толкачах умеренной мощности. В ДЭУ с МОД по сравнению с тронковыми СОД реализация такого подхода является более сложной. Это связано с ростом температурного уровня рабочего процесса в цилиндре ГД и, как следствие, с разработкой новых конструкций и материалов, применением более стабильных сортов масел, а также решением вопросов уплотнения в системе охлаждения ГД и теплоизоляции поверхностей.

Принципиально могут быть использованы различные схемы высокотемперату