И электрооборудование судов

И.А. Бурмака, А.В. Кирис, Н.А. Козьминых

УЧЕБНИК

Одесса – 2013

УДК 629.5.064.5

ББК 39.42-015

К 43

Рекомендовано ученым советом Одесской национальной морской академии в качестве учебника по дисциплине «Судовые энергетические установки и электрооборудование судов» направления 6.070104 «Морской и речной транспорт», протокол №, от 28 сентября 2013 г.

Рецензенты: заведующий кафедры «Электронных комплексов судовождения» Одесской национальной морской академии, д.т.н., проф. Вагущенко Л.Л.;

д.т.н., проф. Кафедры судових энергетических установок и технической эксплуатации Одесского национального морского университета Вассерман А.А.;

генеральный директор Морского Инженерного Бюро д.т.н., проф. Егоров Г.В., 1-й заместитель руководителя электромеханического отдела Морского Инженерного Бюро Колесник Д.В.

К43

Бурмака И.А. Судовые энергетические установки и электрооборудование судов: учебник / И.А. Бурмака, А.В.Кирис, Н.А. Козьминых — Одесса: ОНМА, 2013. — 136 с.   В учебнике изложены теоретические основы работы тепловых двигателей, судового пароэнергетического оборудования, судовых двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, вспомогательных установок и механизмов, систем, передач валопроводов и электрооборудования. Учебник предназначено для курсантов и студентов высших морских учебных заведений по направлению подготовки 6.070104 «Морской и речной транспорт».   УДК 629.5.064.5 ББК 39.42-05

© Бурмака И.А., Кирис А.В., Козьминых Н.А.., 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................ 5

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 8

1.1. Преобразование энергии в тепловых двигателях. Рабочее тело........... 8

1.2. Законы термодинамики............................................................................ 8

1.3. Параметры и процессы изменения состояния рабочего тела................ 9

1.4. Циклы двигателей внутреннего сгорания.............................................. 10

1.5. Цикл Карно. Анализ влияния характеристик циклов ДВС на их КПД 12

1.6. Схема работы и цикл простейшей газотурбинной установки (ГТУ)... 13

1.7. Схема работы и цикл трехступенчатого компрессора......................... 13

1.8. Парообразование в судовых котлах..................................................... 15

1.10. Основные понятия теплопередачи...................................................... 16

2. СУДОВОЕ ПАРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ................ 19

2.1. Классификация и показатели работы котельных установок............... 19

2.2. Газотрубные котлы................................................................................. 20

2.3. Принцип работы водотрубного котла................................................... 23

2.4. Вертикальный водотрубный парогенератор с естественной циркуляцией 24

2.5. Вспомогательные водотрубные котлы с принудительной циркуляцией 27

2.6. Водный режим паровых котлов............................................................. 30

2.7. Топливо и его свойства........................................................................... 31

2.8. Топочные устройства............................................................................. 33

2.9. Тягодутьевые устройства....................................................................... 35

3. СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.................... 36

3.1. Устройство двигателя внутреннего сгорания (ДВС)............................ 36

3.2. Классификация и маркировка ДВС....................................................... 38

3.3. Принцип действия четырехтактных ДВС.............................................. 39

3.4. Газораспределение четырехтактных дизелей........................................ 41

3.5. Принцип действия двухтактных дизелей............................................... 43

3.6. Индикаторные показатели работы ДВС................................................ 44

3.7. Эффективные показатели ДВС............................................................... 46

3.8. Сравнение двух– и четырехтактных дизелей........................................ 48

3.9. Пути повышения мощности ДВС........................................................... 49

3.10. Наддув дизелей..................................................................................... 49

3.11. Газораспределение и продувка двухтактных дизелей........................ 52

3.12. Образование горючей смеси в дизелях............................................... 53

3.13. Утилизация теплоты на морских судах............................................... 55

4. СУДОВЫЕ ПАРОВЫЕ И ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ................................. 59

4.1. Принцип действия паровых турбин....................................................... 59

4.2. Активные и реактивные паровые турбины........................................... 59

4.3. Многоступенчатые турбины.................................................................. 60

4.4. Газовые турбины.................................................................................... 62

5. СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕХАНИЗМЫ 63

5.1. Назначение и классификация теплообменных аппаратов..................... 63

5.2. Основы расчета теплообменных аппаратов.......................................... 64

5.3. Конструкции теплообменных аппаратов.............................................. 65

5.4. Назначение и классификация судовых холодильных установок......... 68

5.5. Схемы работы судовых холодильных установок................................. 71

Одноступенчатая холодильная установка............................................... 71

Холодильные установки судов для перевозки сжиженных газов.............. 73

Конструкции элементов холодильной установки..................................... 76

5.6. Общие сведения о судовых насосах и их классификация..................... 80

5.7. Насосы объемного принципа действия.................................................. 81

5.7.1. Поршневые насосы.......................................................................... 81

5.7.2. Роторные насосы............................................................................. 88

5.8. Насосы гидродинамического действия.................................................. 92

5.8.1. Центробежные насосы.................................................................... 92

5.8.2. Осевые насосы................................................................................... 95

5.8.3. Струйные насосы............................................................................. 96

5.9. Судовые палубные механизмы и устройства........................................ 98

5.9.1. Якорные и швартовные устройства............................................... 98

5.9.2. Грузовые устройства и люковые закрытия.................................. 102

5.10. Судовые рулевые машины................................................................. 104

5.10.1. Назначение рулевых машин и требования к ним........................ 104

5.10.2. Электрогидравлические рулевые машины.................................... 105

5.10.3. Телепередачи рулевых машин....................................................... 108

6. СУДОВЫЕ СИСТЕМЫ, ПЕРЕДАЧИ И ВАЛОПРОВОД................... 113

6.1. Система смазки..................................................................................... 113

6.2. Система охлаждения............................................................................. 114

6.3. Топливная система................................................................................ 117

6.4. Система сжатого воздуха..................................................................... 118

6.5. Система газовыпуска............................................................................ 119

6.6. Осушительная, балластная и противопожарная системы................... 119

6.7. Система вентиляции и кондиционирования воздуха.......................... 122

6.8. Система отопления................................................................................ 123

6.9. Передачи............................................................................................... 123

6.9.1. Механические передачи.................................................................. 123

6.9.2. Электропередачи............................................................................ 125

6.9.3. Гидродинамические муфты........................................................... 125

6.10. Валопровод......................................................................................... 126

6.10.1. Назначение и устройство валопровода...................................... 126

6.10.2. Особенности работы валопровода............................................. 127

7. СУДОВОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ............................................. 129

7.1. Требования к судовому электрооборудованию.................................. 129

7.2. Гребные электрические установки....................................................... 133

Список литературы...................................................................................... 136

Посвящается нашим Учителям –

профессору П.П. Акимову

(ЛВИМУ им. адм. Макарова),

профессору В.Ф. Коваленко (ОВИМУ)