ВВЕДЕНИЕ. Основным назначением судовой энергетической установки (СЭУ) является обеспечение движения судна

Основным назначением судовой энергетической установки (СЭУ) является обеспечение движения судна. В нее входят механизмы и устройства, снабжающие судно электроэнергией, паром, водой и обеспечивающие работу самой энергетической установки, а также обеспечивающие управление судном, производство грузовых операций, кондиционирование воздуха во всех помещениях и трюмах.

Вся совокупность механизмов и систем СЭУ делится на:

– главную установку, обеспечивающую движение судна;

– вспомогательную установку, обеспечивающую потребности судна в энергии на ходу и стоянке;

– системы и механизмы общесудового назначения.

Главная установка состоит из главных двигателей, передачи, валопровода и движителя. Работа главной установки обеспечивается системами топливной, масляной, охлаждения, газовоздушной и системой сжатого воздуха.

Все судовые энергетические установки являются теплосиловыми, так как работа в них совершается за счет тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива (или делении ядер расщепляющихся элементов в атомных энергетических установках).

Морские и речные суда по типу главного двигателя можно классифицировать следующим образом:

1. Пароходы, где главным двигателем являлся паропоршневой двигатель.

2. Теплоходы, где главный двигатель – двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

3. Турбоходы, которые делятся на паротурбоходы (главный двигатель – па­ровая турбина) и газотурбоходы (главный двигатель – газовая турбина).

4. Электроходы, гребной винт которых приводится в действие электродвига­телями, получающими питание от дизельгенератора или турбоге­нератора.

5. Атомоходы, где используется ядерная энергетическая установка.

Главные установки классифицируются по следующим признакам:

– по типу главных двигателей: паровые машины, двигатели внутреннего сгорания (ДВС); газовые и паровые турбины; гребные электродвигатели; ядерные энергоустановки.

– по количеству гребных валов: одно-, двух- и многовальные.

– по типу главной передачи – с прямой механической, редукторной, электрической или комбинированной.

– по типу движителя – с гребными винтами, водометами, воздушными винтами, крыльчатыми движителями.

Первой практически пригодной СЭУ была паровая машина, установленная инженером Робертом Р.Фултоном на речное судно «Клермонт», которое открыло новую эру в истории судоходства, начав совершать регулярные рейсы и перевозить пассажиров между Нью-Йорком и Олбани со скоростью 5 узлов. На деревянном судне длиной 43 м были установлены две мачты, на которых в случае необходимости поднимались паруса в помощь двигателю мощностью 20 л.с. (1 л.с. = 0,735 кВт).

Что касается стран СНГ, то первый пароход «Елизавета» (длина 18,3 м, ширина 4,5 м, осадка 0,61 м) был построен в России в 1815 году для плавания между Петербургом и Кронштадтом.

Однако постепенно паропоршневая машина стала малопригодной для крупных транспортных судов, так как ее низкий коэффициент полезного действия вынуждал увеличивать размеры паровой машины, что существенно уменьшало полезную грузоподъемность. Так, к 1900 году судовая паровая машина достигла пределов своей мощности – 20000 л.с. при следующих размерах: длина и ширина машины составляла 22 и 12 м, диаметр цилиндра и ход поршня 2,85 м и 1,8 м соответственно.

Кардинальное повышение эффективности СЭУ было связано в то время с появлением многоступенчатых паровых турбин, позволивших не только увеличить коэффициент полезного действия (КПД) с 4-5% до 12-13%, но и существенно уменьшить массогабаритные характеристики двигателей.

В 1884 г. английский инженер и предприниматель Ч.Парсонс изобрел первую реактивную многоступенчатую турбину (мощностью 5 л.с. при частоте вращения 24000 1/мин) и основал компанию по производству морских паровых турбин, которая построила первый турбоход «Турбиния». Турбоход был спущен на воду, в 1899 г. получил две турбины мощностью по 1000 кВт и на испытаниях показал скорость 20 узлов. Длина судна составляла 37,8 м, ширина 3,2 м, водоизмещение 44,5 т.

В это же время капитан-лейтенантом Кузьминским П.Д. была построена и установлена на речном катере первая газотурбинная установка, которая испытывалась в 1892 – 1897 г.г.

Однако настоящую революцию в судовых энергетических установках произвело создание Рудольфом Дизелем в 1897 г. первого экспериментального двигателя внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием. Однако этот двигатель не оправдал надежд изобретателя, так как мог работать только на керосине.

В 1898 г. Э.Нобель покупает патент и на своем заводе (после революции завод «Русский дизель») существенно перерабатывает конструкцию двигателя для обеспечения условий работы на сырой нефти. После этого он является наиболее экономичным двигателем – на первом русском дизеле мощностью 18 кВт расход топлива (сырой нефти) составил 0,3 кг на 1 кВт∙ч, что было на треть меньше расхода керосина в двигателе Р.Дизеля.

Следует отметить, что суда с паровыми или газовыми турбинами оказались эффективными только при сочетании большого водоизмещения и требуемой для высокой скорости большой мощности. Такое сочетание характерно для пассажирских судов и кораблей военного флота.

В настоящее время дизельные установки занимают доминирующее положение на флоте, работают на дешевых тяжелых сортах топлива, имеют низкий расход топлива и самый высокий КПД.

Так, фирма «Wartsila», являющаяся одним из самых крупных производителей судовых дизельных двигателей, предлагает судовой двигатель мощностью 80000 кВт с удельным расходом топлива менее 170 г/кВт∙ч и к.п.д. более 50%.

По мнению авторов, учебник по дисциплине «Судовые энергетические установки и электрооборудование судов» будет способствовать формированию у судоводителей стойких базовых знаний о строении и принципах действия судового энергетического комплекса и характере взаимодействия его элементов.

Целью дисциплины является приобретение будущими специалистами основ для дальнейшего усвоения материала специальных дисциплин и успешной практической деятельности на морских и речных судах.

В учебнике введение, главы 1, 2, 3 и 4 написаны А.В. Кирисом (ОНМА); главы 5 и 7 – Н.А. Козьминых (ОНМА); при подготовке главы 6 использованы материалы М.В. Грибиниченко (ДВПИ им. Куйбышева, РФ). Под редакцией к.д.п. И.А. Бурмаки (ОHМА).

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ