Двигатель для судов буксиров

Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС)

Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива

ИА Neftegaz.RU. Первые судовые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) появились в начале 20-го века. Датское судно Зеландия, построенное в 1912 г, имело дизельную установку с 2-мя дизелями мощностью по 147,2 кВт.

В настоящее время основную часть устанавливаемых на судах главных энергетических установок составляют ДВС.

Паротурбинные установки имеют только суда с мощностью двигателей от 14700 до 22 100 кВт.

Дизельная энергетическая установка состоит из 1-го или нескольких основных двигателей, а также из обслуживающих их механизмов.

В зависимости от способа осуществления рабочего цикла ДВС разделяют на 4-тактные и 2-тактные.

Дополнительное увеличение мощности достигается с помощью наддува.

По частоте вращения ДВС разделяются на:

В 60-х гг одновременно с появлением винтов регулируемого шага начали в качестве главного двигателя применять нереверсивные ДВС вначале на малых судах, траулерах и буксирах, а затем и на больших торговых судах. За счет этого конструкция двигателей упростилась.

Машинное отделение (дизель со вспомогательными механизмами).

Судовая энергетическая установка с ДВС изображена на рисунке.

Кроме главного двигателя предусмотрены еще 2 вспомогательных, которые приводят во вращение генераторы.

Для обслуживания главного и вспомогательных двигателей используются вспомогательные механизмы и системы, а также система трубопроводов и клапанов.

Топливная система предназначена для подачи топлива из цистерн к двигателю.

При этом для уменьшения вязкости топливо подогревается и освобождается в сепараторах и фильтрах от жидких и твердых примесей.

Система смазки служит для прокачивания смазочного масла через двигатель с целью уменьшения трения между трущимися поверхностями, а также для отвода части полученного от двигателя тепла и очистки масла.

Система охлаждения предусмотрена для отвода от двигателя тепла, которое проникает в основном через стенки цилиндра и возникает во время сжигания топлива, а также для охлаждения циркулирующего смазочного масла.

Эта система состоит из насосов для пресной и морской воды и охладителей воды и масла.

Пусковая установка, включающая в себя компрессоры, резервуары сжатого воздуха, а также трубопроводы и клапаны, служит для пуска главного и вспомогательных двигателей.

Наряду с указанными выше вспомогательными системами главного и вспомогательных двигателей в машинном отделении находятся и другие судовые механизмы общего назначения.

Принцип действия 4-тактного ДВС показан на рисунке ниже.

В 4-тактном двигателе рабочий цикл осуществляется за 2 поворота коленчатого вала, т. е. за 4 хода поршня.

Механическая работа совершается только за время 1-го такта, 3 остальных служат для подготовки.

При 1-м такте поршень движется в направлении коленчатого вала.

Под воздействием возникающего при этом разрежения воздух через открытый всасывающий клапан устремляется в цилиндр.

В дизеле без наддува давление всасываемого воздуха равно атмосферному, в дизеле с наддувом к цилиндру подводится уже предварительно сжатый воздух. Во время 2-го такта при закрытых всасывающих клапанах предварительно поступивший воздух перед поршнем подвергается сжатию, за счет чего повышаются температура и давление.

Топливоподкачивающий насос, привод которого согласован с движением соответствующего поршня, повышает давление топлива.

При достижении давления 19,62-39,24 МПа топливо через форсунку впрыскивается в цилиндр, в котором у дизелей без наддува давление сжатого воздуха составляет 2,94-3,43 МПа и температура 550-600°С, а у дизелей с наддувом соответственно 3,92-4,91 МПа и 600-700°С.

Принцип действия 4-тактного дизеля.

Топливо впрыскивается незадолго до того момента, когда поршень достигнет верхнего положения.

Впрыснутое и тщательно распыленное топливо в сжатом воздухе нагревается, испаряется и вместе с воздухом образует горячую самовоспламеняющуюся смесь. 3-й такт является рабочим.

Под давлением силы, возникающей за счет давления газов, поршень движется вниз, газы расширяются и производят при этом механическую работу.

Во время 4-го такта открывается выпускной клапан и отработавшие газы выходят наружу.

4-тактные судовые ДВС изготовляются как многоцилиндровые двигатели. Они устроены так, что рабочие такты равномерно распределяются по отдельным цилиндрам.

Принцип действия 2-тактного дизеля.

В рабочий цикл 2-тактного дизеля входят 2 такта, или 1 оборот коленчатого вала.

1-й такт, называемый сжатием, начинается, когда поршень находится в нижнем положении.

Впускные окна в боковых стенках цилиндра открыты. Через эти окна проходит предварительно сжатый продувочный воздух, давление которого должно быть выше давления находящихся в цилиндре расширившихся газов. Одновременно продувочный воздух через открытый выпускной клапан вытесняет отработавшие газы из цилиндра и наполняет цилиндр новой дозой. Когда впускные окна закрываются поршнем, к цилиндру воздух не подводится. Так как одновременно закрывается и выпускной клапан, воздух в цилиндре сжимается. Этот процесс не показан на рисунке.

Впрыскивание топлива и воспламенение происходит точно так же, как и в 4-тактном ДВС.

В конце этого такта впускные окна открываются поршнем и процесс продувки цилиндра начинается снова.

Отработавшие газы могут выйти из цилиндра через внешний клапан, либо через управляемые поршнем выпускные окна.

Под наддувом дизельного двигателя понимают подачу к цилиндрам большего количества воздуха, чем требуется для заполнения всего цилиндра при такте всасывания.

Цель наддува заключается в том, чтобы способствовать сжиганию наибольшего количества топлива за 1 рабочий цикл.

Это означает повышение мощности двигателя без увеличения его размеров (диаметра, хода и числа цилиндров), а также частоты вращения.

Наддув можно осуществлять за счет предварительного сжатия воздуха перед цилиндром.

Во всех выпускаемых 4-тактных судовых ДВС предварительное сжатие воздуха происходит с помощью центробежного компрессора, который приводится в действие газовой турбиной, работающей на отработавших газах дизеля.

Принцип действия компрессора показан на рисунке выше. Поступивший из компрессора воздух проходит через фильтры. После открытия впускного клапана сжатый воздух подается через воздушный коллектор к соответствующим цилиндрам.

Читайте также:  Двигатель инжекторный или карбюраторный

В двухтактных дизелях предварительное сжатие воздуха происходит в центробежных компрессорах, в пространстве под поршнем, а также в поршневых компрессорах, приводимых в действие двигателем. Давление наддувочного воздуха достигает 0,14-0,25 МПа. На рисунке ниже показан в разрезе главный малооборотный дизель с наддувом.

2-тактные дизели изготовляют в виде многоцилиндровых рядных двигателей с 10-12 цилиндрами.

Мощность цилиндра при общей мощности двигателя более 29 440 кВт составляет от 2900 до 3700 кВт.

В связи с этим ДВС можно использовать в качестве главных двигателей и на крупных судах.

2-тактные дизели имеют очень большие размеры и массу.

Их удельная масса достигает 40-55 кг/кВт. При мощности, например 14 720 кВт, масса составляет 600-800 т.

Четырехтактные дизели применяют на судах либо в составе дизель-генераторных установок, либо в качестве главного двигателя в многовальных энергетических установках (по одному дизелю на один движитель) и, соответственно, в многодвигательных установках для одного движителя. Применение среднеоборотных дизелей в качестве главного двигателя дает следующие преимущества:

– увеличение надежности (при выходе из строя одного двигателя остальные продолжают работать);

– уменьшение габаритов и собственной массы деталей (например, клапанов, поршней, кривошипных механизмов, подшипников и т. д.);

– уменьшение удельной массы, которая в зависимости от мощности составляет от 14 до 35 кг/кВт (для мощностей около 2200 кВт).

Среднеоборотные дизели используются также в дизель-электрических энергетических установках в качестве главного двигателя.

Источник

Буксир будущего по версии ABB

Сегодня владельцы буксиров очень заинтересованы в оптимизации и эффективном использовании двигателя с учетом характерного для работы этого типа судов неравномерного “профиля” работы (частые реверсы, перегрузки и недогруз мощности и т.п.). О своих новейших решениях в этой области нашей редакции рассказали специалисты ABB.

На повестке дня – энергоэффективность

Очевидна причина интереса к гибридным решениям и электрической пропульсии, где энергия используется “обдуманно”. Это динамичные системы, которые легко регулируются и позволяют экономить энергию и снизить объем вредных выбросов.

В АВВ Marine & Ports был разработан ряд технических решений по повышению энергоэффективности судов. В их числе использование энергии СПГ / гибридной электроэнергии, дизель-электрических установок, валогенератора с переменной частотой вращения, общесудовой системы постоянного тока, систем накопления энергии (водородных аккумуляторов и топливных элементов). Каждый из вариантов имеет свои преимущества, и выбирать наилучшее решение стоит, исходя из поставленных задач и условий работы буксирного судна, а также предпочтений судовладельца.

Например, использование комбинации гребного электродвигателя и СПГ в качестве топлива, позволяющего регулировать нагрузку, делает буксир высокоэффективным и экологичным, но возможность применения подобного буксира зависит от инфраструктуры порта – речь идет о возможности заправки СПГ.

Система накопления энергии (аккумуляторные батареи и/или топливные элементы) – одно из самых экономически эффективных и экологически безопасных решений, однако опять же необходимо наличие соответствующей инфраструктуры в порту.

Новый движитель Azipod® M мощностью 7,5-14,5 / “ABB Marine”, Ltd

В целом, на данный момент ABB прорабатывает ряд технических решений по увеличению энергоэффективности на буксирных судах. В их числе – создание общесудовой сети постоянного тока DC Grid, которая позволит экономить до 20% судового топлива, общесудовая сеть малой мощности MicroGrid с интеграцией различных источников питания и нагрузок (также позволяет экономить судовое топливо) – для судов малой мощности. А также в разработках система валогенератора с переменной частотой вращения, которая позволяет получить баланс между коммерческой и экологической составляющими. Такая гибридная технология, как утверждают разработчики ABB, дает возможность использовать один и тот же блок в качестве генератора, вспомогательного двигателя. Потребуется лишь незначительное изменение привычной системы.

С учетом того, что меры по ограничению выбросов парниковых газов в портах ужесточаются, судовладельцы вынуждены приспосабливаться и активно инвестируют в экологичные, эффективные пропульсивные системы. Владельцы буксиров работают над вопросом снижения объема вредных выбросов и повышения уровня автоматизации. Технология экологичного будущего занимает свое место: “зеленые” буксиры популярны во многих портах мира и все больше внимания сегодня уделяется автоматизации судов данного типа. Именно на развитие этих характеристик сейчас нацелены в ABB. Приведенные выше технические решения способны значительно уменьшить негативное воздействие судовых энергетических установок на экологию.

Кроме того, АВВ располагает техническими решениями по автоматизированному замеру уровня выбросов судовых двигателей в атмосферу.

Электрификация. Цифровизация. Связь.

На данный момент АВВ также работает над автоматизированными замерами уровня выбросов судовых двигателей. В сотрудничестве с технологическим подразделением верфи Keppel O&M, Keppel Marine and Deepwater Technology (KMDTech) компания трудится над разработкой технологий для автоматизации судов и модернизирует 32-метровый портовый буксир с использованием инновационных цифровых технологий.

“Автономный буксир – первый в Южной Азии – начнет работу в порту Сингапура в конце 2020 года. Интерес к технологиям, с помощью которых буксиры могут работать автономно, больше, чем когда-либо, – утверждают разработчики. – Мир стремится к эффективной, экологичной и безопасной навигации. Модернизация буксиров производится с использованием передовых технологий в области цифровизации, электрификации и связи”.

Как утверждает ABB Marine & Ports, главной задачей для компании сейчас является помощь владельцам буксиров в том, чтобы они могли использовать установленные на судах системы самым эффективным образом, причем на любом этапе. Выбор технологического решения опять же будет зависеть от профиля эксплуатации судна.

Если же не только оценивать облик “идеального буксира будущего” с точки зрения энергоэффективности и экологии, но и обозначить требования к его пропульсивным свойствам, то он должен обладать несколькими отличительными свойствами.

Буксир “Юрибей” компании ФГУП “Атомфлот”. Оснащен комплексными решениями ABB / “ABB Marine”, Ltd

Во-первых, это “идеальная маневренность”. Буксир, оснащенный современной пропульсивной установкой, уже способен осваивать движения в любом направлении с места, иметь возможность разворачиваться на 360 градусов “на месте”.

В случае работы буксира в ледовых условиях, что будет очень востребовано в ближайшие годы, судну должен быть гарантированно обеспечен достаточный запас заявленной по ледовому классу проектной ледопроходимости. Для этого, среди прочего, пропульсивная установка должна иметь достаточный запас по возможности превышения предельного вращающего момента (т.н. “over-torque”) как в % от номинала, так и по продолжительности такого превышения.

Читайте также:  Как проверить работоспособность двигателя

В-третьих, должен быть обеспечен повышенный уровень надежности конструкций, систем и механизмов пропульсивного комплекса с учетом характерного для работы буксиров крайне неравномерного “профиля” работы (частые реверсы, перегрузки и недогруз мощности и т.п.).

Если опять же говорить о разработках АВВ в этом направлении, то можно в качестве такого примера обратиться к уже реализованной концепции “Пропульсивный комплекс – азимутальная винторулевая колонка с электрическим приводом типа Azipod®”. В настоящее время АВВ продолжает развитие этой разработки не только в части улучшения указанных характеристик, но и работает над расширением линейки типоразмеров ВРК типа Azipod® (по мощности, ледовому классу, наличию/отсутствию насадки и т.п.).

Материалы по теме:

Источник

Вёсла на воду! О состоянии двигателестроения для кораблей в России. Часть 1

Уже не первый раз поднимаю вопрос огромнейших проблем в современном российском судостроении. Ситуация действительно аховая, и где выход из нее, совершенно непонятно.

Сегодня хочу поговорить о самом наболевшем. О дизелях.

В принципе, мы все как бы в курсе, что с двигателями у нас все печально. Особенно для крупных кораблей. Но что дело настолько плохо, честно говоря, не мог даже представить.

Судостроительные предприятия и корпорации вообще плоховато идут на общение со СМИ любого уровня, если только это не «Звезда», у которой мы всех победим завтра, если надо будет.

То, что прорывается в интернет, исходит от совсем уж низшего уровня: работники судоремонтных предприятий, инженеры-механики и так далее, выкладывающие крики своих душ на узкоспециализированных форумах.

Пар отводят, давление сбрасывают.

Однако есть документ, на который я уже несколько раз ссылался (два раза) и который был написан соображающими людьми.

Да-да, это все тот же проект стратегии развития судостроительной промышленности до 2035 года, опубликованный Минпромторгом 28 июня.

Я ссылался на этот проект, когда говорил о судостроении в общем и в частностях. Вот еще одна частность: двигателестроение.

Авторы «Стратегии» считают ситуацию с двигателями не просто негативной, а критической. И это касается всего: самих двигателей, дизель-генераторов, ГТД и далее по списку. Плохо везде. Критически плохо.

Многие мне возразят: ну мы же корабли в строй вводим! О чем плач?

Плач о том, КАКИЕ мы корабли вводим в строй и в каком качестве. Но об этом речь пойдет ниже.

Если вы зайдете на сайт Объединенной двигателестроительной корпорации ОДК (ссылка будет внизу), то при всем желании вы не найдете в годовом отчете за 2017 год каких-либо внятных данных о прогрессе по изготовлению газотурбинных двигателей.

Но есть уверенные заявления первых лиц корпорации в том, что потребность флота в газотурбинных двигателях будет удовлетворена. А ВМФ России получит первые серийные отечественные газотурбинные двигатели в 2019 году.

Так говорят в ПАО «ОДК-Сатурн», что в Рыбинске (ссылка №3). Хочется верить, и весьма.

Очень условно (да простят мне профессионалы) все двигатели для флота можно разделить на три группы:

1) двигатели для лодок, катеров (в том числе и надувных), и совсем небольших судов;
2) для кораблей и судов водоизмещением до тысячи тонн;
3) для кораблей и судов водоизмещением свыше тысячи тонн.

Да, для совсем уж крупных кораблей дизельный двигатель обычно используется с газотурбинным двигателем. Что только усложняет ситуацию.

Группа 1. Мелочь. Здесь кошмар еще с советских времен. Для моторных лодок и катеров российских вариантов дизельного двигателя просто нет. Его и раньше не было, правда. С бензиновыми моторами – та же ситуация.

Что остается делать разработчикам? Правильно, использовать при проектировании импортные моторы. Бензиновые, дизельные, не важно. Важно то, что, еще не сделав ни одного оборота винта, они просадили обороноспособность флота, и весьма существенно.

Валютные закупки моторов, запасных частей и прочие удовольствия.

Вообще, советская практика проектирования чего-то (это не только кораблей касается) под уже имеющийся двигатель глубоко порочна, ибо в ней уже заложена слабость изделия.

Стоит вспомнить самолеты времен Великой Отечественной, которые создавались исходя из того, что было. И сколько реально хороших машин того же Поликарпова (и не только его) не пошло в серию потому, что не получился очередной мотор.

В общем, с двигателями у нас исторически все было печально. Если говорить о кораблях, то откровенно слабые характеристики отечественных силовых установок ограничивали и возможности судов.

По идее, мотор следует подбирать под параметры судна, но для этого нужен реальный ассортимент. Когда ассортимент отсутствует, то вот вам на выходе силовая установка «Адмирала Кузнецова», сварганенная из двух двигателей для эсминцев или – более дорогой вариант — иностранный двигатель.

В целом же для боевых катеров нужны именно дизели, так как они могут обеспечить наибольшую дальность хода при вполне приемлемой скорости.

Есть мнение в определенных кругах, что изобретать нечто не стоит, а надо грамотно решить вопрос с переделкой автомобильных дизельных двигателей для нужд флота.

Задача даже на бумаге выглядит зверски, но на безрыбье вполне себе пойдет. Потому что второй путь заведомо ущербный. Это создание новых двигателей на базе иностранных моделей со всеми вытекающими последствиями.

Говорят, есть проекты переделки в морские дизеля двигателей ЯМЗ-530 и ЯМЗ-850. С 2017 года в Ярославле группа конструкторов изучает этот вопрос на уровне НИОКР.

Считается, что в случае успеха ПАО «Автодизель» получит новый рынок сбыта, что предприятию будет только на пользу. Повышение производства, дополнительное финансирование из госбюджета, оборонный заказ – это вкусно.

Читайте также:  Мотоблок каскад двигатель honda

Однако вышеупомянутый ЯМЗ-530 не совсем наш. Нет, доля отечественных комплектующих год от года растет, и от 65% в 2015 году к 2018 году уже составляет 77%. А планируется в ближайшее время довести до 80%.

К сожалению, совершенно нет данных, на что приходятся эти 20%.

Судовыми версиями ЯМЗ-530 занимаются специалисты и других российских предприятий. Разрабатываются проекты катеров под этот двигатель, но… Проблем пока больше, чем реальных перспектив. Основные проблемы для морской версии ЯМЗ-530 считают охлаждение и мизерный моторесурс. Всего около 300 часов.

Возможно, ярославским мотористам удастся что-либо сделать в этом направлении, но пока реальной альтернативы импортным двигателям нет и в ближайшее время даже не предвидится.

И такое творится повсеместно, за примерами ходить не надо, их буквально прибивает к берегу. Пачками.

Самый маленький из примеров. Двигатели для катеров проектов 21980 и 21631. Да, скажут сведущие, ведь принято решение об импортозамещении, и установке в конечном итоге на корабли этих проектов российских двигателей.

Однако стоит отметить, что принятое решение не есть собранные, обкатанные и установленные двигатели. Это пока что просто бумажка с решением. А на катерах все еще стоят двигатели импортного производства.

Вообще, пусть я и не специалист, но замечу, что покупка за рубежом чего угодно для нужд оборонки, кроме металлорежущих и прочих станков – убогий и убыточный путь.

Во-первых, никто не продаст ничего современного. Да и что греха таить, все наши экспортные изделия с маркировкой «Э» есть «обезжиренные» для внутреннего употребления. И такое у всех и всегда.

Приведу исторический пример из 30-40-х годов прошлого века. До войны, СССР активно покупал для последующего копирования все, что не мог сделать сам. В основном – авиадвигатели и танки. И что, нам все лучшее продавали? А по ленд-лизу тоже лучшие самолеты нам гнали и танки? Но другой вопрос, что в тяжелое время мы и тому были рады. А потом сами смогли.

А потом снова не смогли.

Многие реальные эксперты называют путь закупки двигателей за рубежом (читай: в Китае) тупиковым. И многие считают, что так называемое импортозамещение потерпело полный крах в сфере постройки дизелей. По крайней мере, до 80% комплектующих целого ряда современных «российских» дизелей покупают за границей.

И наш широко расхваленный проект 21980, противодиверсионный катер «Грачонок», получил китайский двигатель Henan TBD620V12. Сказать, что на флоте недовольны таким оборотом, – ничего не сказать. Если кто помнит, еще в сентябре 2016 года на первом этапе ходовых испытаний в Рыбинском водохранилище сломались сразу два двигателя головного катера.

Henan TBD620V12 – четырехтактный 12-цилиндровый V-образный двигатель водяного охлаждения с турбонаддувом мощностью 1630 кВт при 1860 об/мин.

Изначально катера проекта 21980 хотели оснастить немецкими дизелями MTU, однако после введения антироссийских санкций немецкие дизели «двойного назначения» нам не светят, как, впрочем, и продукция других производителей. За исключением Китая.

Та же самая ситуация сложилась и с кораблями проекта 21631. Малые ракетные корабли «Буян-М» планировали оснастить немецкими 16-цилиндровыми дизелями MTU. Всю серию. Однако после отказа германской стороны от продолжения поставок пришлось экстренно заказывать в Китае дизель CHD622V20.

Даже если учесть, что CHD622V20 — это копия (пусть и лицензионная, но копия) немецкого судового дизеля TBD622, предназначенного для гражданского сегмента рынка. То есть не рассчитанного на ходовые нагрузки, характерные для военных кораблей. Такими двигателями оснащались небольшие паромы.

В результате мы имеем пять кораблей на немецких дизелях, остальные «Буяны-М» – на китайских.

Кстати, можно очень долго лопатить интернет, но весьма непросто обнаружить сведения о двигателях, установленных на «Буянах-М». Скромно так стоит в основном: «водометный движитель». Скромно и со вкусом.

Между тем, на предтечах, просто “Буянах”, установлены два дизеля М-507А/Д мощностью по 10 тысяч лошадиных сил каждый. Двигатели производит ПАО “Звезда”. Вполне нормальные двигатели, под которыми спокойно выполняют свои боевые задачи «Астрахань», «Махачкала» и «Волгодонск».

Что же мешает устанавливать эти двигатели? Оказывается, моральная старость. Ведь М-507 конструктивно относятся ко второй половине прошлого века. Они советские. Значит, никуда не годятся, хотя тот же генеральный директор Зеленодольского судостроительного завода Ренат Мистахов отмечал неоднократно, что двигатели от «Звезды» уступают китайским в ресурсе, но более дешевы и удобны в ремонте и в плане поставок запасных частей.

А еще они рублевые. А не долларовые.

Видимо, снова сыграла свою роль коррупция. И кто-то весьма нехило получил в карман за то, что вместо трат на модернизацию отечественного двигателестроения начались закупки за валюту импортных двигателей.

А дальше началась санкционная чехарда с вполне ожидаемым концом. Когда подойдет к концу ресурс китайских дизелей, так и вся история, уверен, закончится.

Она должна закончиться хотя бы потому, что как выяснилось, испытания двигателей CHD622V20 на территории Российской Федерации не проводились.

Понимать это надо так: срочно потребовались двигатели, в суматохе нашлась ушлая конторка, которая очень быстро и без заморочек поставила в Россию китайские дизели. Без испытаний.

Фирма называется «Морские пропульсивные системы» из Санкт-Петербурга и является вроде бы производителем дизель-генераторов. Рядом, да, но дизель генератор и ходовой агрегат – несколько разные вещи все-таки.

И тем не менее, двигатели CHD622V20 были поставлены без испытаний, сертификации и прочих абсолютно ненужных телодвижений на боевые российские корабли.

Так что если вдруг наши отношения с Китаем внезапно ухудшатся, или закончатся деньги, команда «весла на воду» — самое верное решение.

А мы тут в украинцев пальцами тыкаем…

В следующей части мы разберем ситуацию с кораблями более крупного класса.

Источник

Ответы на популярные вопросы