Файл: керченский государственный морской технологический университет судомеханический техникум.pdf

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
СУДОМЕХАНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ
Цикловая комиссия судовождения и судовых энергетических установок
Мочалов Ю.Г.
МДК
01.01.
ОСНОВЫ
ЭКСПЛУАТАЦИИ,
ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ
И
РЕМОНТА
СУДОВОГО
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Раздел 1.4 Cудовые вспомогательные механизмы,
устройства и системы
(Часть 1)
К
УРС ЛЕКЦИЙ
ДЛЯ
(
СТУДЕНТОВ
)
КУРСАНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
26.02.05
«Э
КСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
»
ПРОФИЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОЧНОЙ И ЗАОЧНОЙ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ
Керчь, 2019 г.

2

3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………………………………………. 4 1
Тема 1. Судовые насосы, вентиляторы, компрессоры………………………... 5 1.1 Классификация, основные характеристики насосов………………………….. 5 1.2 Поршневые насосы……………………………………………………………… 9 1.3 Роторные насосы………………………………………………………………... 22 1.4 Пластинчатые насосы…………………………………………………………... 32 1.5 Центробежные насосы………………………………………………………….. 37 1.6 Вихревые, осевые и струйные насосы…………………………………………. 44 1.7 Судовые вентиляторы и компрессоры………………………………………. 55 2
Тема 2. Судовой гидравлический и пневматический привод……………… 66 2.1 Гидравлический привод………………………………………………………… 66 2.2 2.2 Пневматический привод……………………………………………………. 74
Список литературы…………………………………………………………………… 80

4
ВВЕДЕНИЕ
Судовые вспомогательные и подъемно-транспортные механизмы предназначены для обеспечения нормальной технической эксплуатации судовых установок и систем являются их составной частью. От этих механизмов и систем зависят технико- эксплуатационные качества судна, безопасность его плавания и надежность обслуживания главной энергетической установки.
Данный курс является неотъемлемой составной частью специальной подготовки бакалавров-механиков (а в дальнейшем и специалистов-механиков) по эксплуатации судовых энергетических установок (СЭУ), которым в их практической деятельности будет необходимо знание принципов работы, конструкций, расчета, требований и эффективных методов эксплуатации судовых вспомогательных и подъемно-транспортных механизмов и систем.
Цель изучения курса – дать студенту теоретическую подготовку для технически грамотной и эффективной эксплуатации современных судовых вспомогательных механизмов, установок и систем, выбора оптимальных режимов их работы в конкретных условиях эксплуатации судна, а также решения вопросов, связанных с их работой, ремонтом и модернизацией.
Изучение данного курса основано на знании следующих курсов: математики, физики, химии, теоретической механики, инженерной графики, деталей машин, сопротивления материалов, технологии материалов, теории устройства судна, термодинамики, теплообмена и гидромеханики. Только хорошее знание указанных в
МДК 01.01. Раздел 1.4 «Cудовые вспомогательные механизмы, устройства и системы» создает предпосылки для успешного освоения.
Основы теории, устройства и правила технической эксплуатации насосов, вентиляторов, механизмов объемного гидропривода; схемы и характеристики судовых систем; характеристики, теорию, устройство и правила технической эксплуатации палубных механизмов; устройство и правила технической эксплуатации водоопреснительных установок, теплообменных аппаратов и судовых подъемно- транспортных механизмов; правила Регистра и требования международных конвенций, правила техники безопасности при техническом использовании и обслуживании вспомогательных механизмов, систем и установок.
В результате изучения Раздела 1.4 студент должен уметь: эксплуатировать все типы механизмов, систем и установок; выполнять регулирование выходных параметров и оценивать соответствие заданным требованиям; выполнять проверочные тепловые и другие расчеты; обеспечивать охрану окружающей среды и безопасные условия труда; использовать способы экономии энергоресурсов.
Раздел 1.4 «Cудовые вспомогательные механизмы, устройства и системы» обеспечивает дальнейшее изучение студентами судовых паровых котлов и ядерных реакторов, судовых турбинных установок, судовых двигателей внутреннего сгорания, автоматизированных систем управления судовыми вспомогательными механизмами и эксплуатации судовых энергетических установок.

5
1 Тема 1. СУДОВЫЕ НАСОСЫ, ВЕНТИЛЯТОРЫ, КОМПРЕССОРЫ
1.1 Классификация, основные характеристики насосов
Насосом называется механизм, предназначенный для перекачивания (перемещения) жидкости, преобразую механическую энергию привода в гидравлическую энергию потока жидкости, состоящую из энергии давления и кинетической энергии.
Вследствие различного назначения насосов, большого диапазона параметров и свойств перекачиваемых средств, число типов и конструкций насосов очень велико.
Судовые насосы применяются для перекачивания самых различных сред: морской воды с температурой до 80°С, пресной воды с температурой до 200°С, дистиллята, трюмной загрязненной воды, вязких жидкостей (мазут, масло), аммиака, кислоты, рассолов, сжиженного газа.
Функции насосов следующие: а) поддерживать непрерывную работу главных СЭУ и различных вспомогательных установок, систем (насосы питательные, циркуляционные, конденсатные, охлаждения, масляные, топливные, дистиллятные и др.); б) обеспечивать хозяйственные нужды судна (санитарные насосы пресной и забортной воды, насосы рефрижераторных установок); в) обеспечивать безопасность мореплавания судна (пожарные, балластные, осушительные).
Судовые насосы классифицируются:
1.
По назначению: а) общесудовые - выполняют функции судовой системы, в которую они входят и подразделяются на трюмные (балластные, осушительные), санитарные (пресной и забортной воды, фекальные), пожарные, б) насосы для обслуживания главных и вспомогательных двигателей, могут быть навешенными на двигатель или механизм, или установленными автономно, т.е. с индивидуальным приводом, в) насосы специальных систем - это насосы для грузовой, дифферентной зачистки и других специальных систем.
2.
По принципу действия: а) насосы вытеснения - поршневые и роторные (шестеренные, винтовые, роторно- пластинчатые, водокольцевые, роторноплунжерные), б) лопастные (центробежные, вихревые, осевые), в) струйные (эжекторы и инжекторы).
Относительно уровня перекачиваемой жидкости существуют две принципиальные схемы:
1. Когда насос расположен ниже уровня перекачиваемой жидкости (насос работает с подпором) - Рис. 1.1,a.
2. Насос расположен выше уровня выкачиваемой жидкости (насос работает с подсосом) - Рис. 1.1,б.
Принцип действия любого насоса состоит в том, что при его работе в отсасывающем трубопроводе создается разряжение, а в нагнетательном избыточное давление. В результате этого жидкость под атмосферным давлением устремляется в полость разряжения и далее к рабочим органам насоса, а затем через напорную полость по

6 трубопроводам в перекачиваемую емкость или за борт. При этом у насоса с подпором условия всасывания более благоприятные. У насоса же с подсосом чтобы поднять жидкость до оси приемного патрубка необходимо:
1.
Обеспечить всасывание на величину геометрической высоты - Н
г
;
2.
Компенсировать потери во всасывающем трубопроводе - Н
п
;
3.
Создать скоростной напор жидкости Н
ск
. т.е. Н
вс
— Н
г
+ Н
п
+ Н
ск
Подъем и всякое другое перемещение жидкости происходит по трубам, присоединенным к насосу; эти трубы образуют трубопровод данного насоса. На трубопровод устанавливают фильтры для очистки перекачиваемой жидкости. Все это в совокупности образует насосную установку.
Принципиальная схема насосной установки показана на рисунке 1.2. При движении поршня 1 насоса вверх в рабочей полости цилиндра создается разрежение, под действием которого открывается всасывающий клапан 2. Так как давление над перекачиваемой жидкостью в расходной цистерне равно атмосферному (р а
), а давление в полости насоса меньше атмосферного, то под действием давления р а
жидкость будет подниматься по всасывающему трубопроводу и заполнять рабочую полость насоса. Происходит процесс всасывания жидкости в насос.
Рисунок 1.1 – Схема насосной установки
1 - насос,
2 - всасывающий трубопровод с приемным фильтром,
3 - нагнетательный трубопровод, 4 - емкость перекачиваемой жидкости,
5 - емкость забора жидкости.

7
При движении поршня насоса вниз всасывающий клапан под давлением, создаваемым поршнем в рабочей полости, закрывается, нагнетательный клапан 3 под действием того же давления поднимается и открывает доступ жидкости в нагнетательный трубопровод, а оттуда через фильтр 4 в приемную цистерну - 5, т. е. происходит процесс нагнетания жидкости насосом в напорный трубопровод. Затем действие насоса повторяется.
Расстояние h в
, от уровня жидкости в расходной цистерне до уровня рабочей полости насоса называется высотой всасывания. Расстояние h
H
от уровня рабочей полости насоса до уровня жидкости в приемной цистерне называется высотой нагнетания. Сумма высот всасывания и нагнетания является высотой подъема жидкости: h = h
B
-h
H
Известно, что нормальное атмосферное давление р а
= 98 кН/м
2
(одна физическая атмосфера) соответствует высоте водяного столба 10,34 м. Поэтому теоретически наибольшая возможная высота всасывания любого насоса составляет около 10 м. Однако практически из-за того, что в рабочей полости насоса нельзя создать полного вакуума, а при движении жидкости возникают сопротивления от трения жидкости о шероховатости стенки трубопровода высота всасывания всегда будет меньше 10 м; чаще всего она составляет не более 7 м.
Кроме того, высота всасывания зависит от температуры перекачиваемой жидкости и от ее способности к парообразованию. Например, горячую воду и бензин перекачивать трудно в связи с тем, что при всасывании трубопровод и рабочая полость насоса заполняются парами, это резко снижает плотность жидкости, снижает производительность насоса, а иногда делает перекачку невозможной.
Высота нагнетания h н
, теоретически не ограниченна и зависит от давления, создаваемого насосом. Чем больше давление нагнетания, тем на большую высоту может быть поднята жидкость.
Основные параметры насосов
Каждый судовой насос может быть охарактеризован следующими параметрами:
1. Подача (производительность) - Q - это количество жидкости, подаваемое в единицу времени при заданном напоре. Единицы измерения объемной подачи: м
3
час, м
3
/с, л/с; массовой подачи: т/ч, кг/ч, кг/с.
Рисунок 1.2 – Принципиальная схема насосной установки

8
Объемный коэффициент или коэффициент подачи - это отношение действительной подачи к теоретической.
ɳ
о
= Q
g
/ Q
Т
= G
g
/ G
T
где, Q
g и G
g
- объемная и весовая подача (действительная),
Q
T
и G
T
- теоретическая объемная и весовая подача.
2. Напор (давление) - это приращение энергии, сообщаемое жидкости при протекании ее через насос, т.е.
Н
нас
= Е
н
- Е
в
, где, Н
нас
-напор насоса,
Е
н
- энергия I кг жидкости при выходе из насоса, Е
в
- энергия 1кг жидкости при входе в насос. Согласно уравнению Бернулли можно записать:
Е
н
=С
n
2
/2g +P
n
/ρ ×10 4
+ Z
n
;
Е
н
=С
b
2
/2g ±P
b
/ρ ×10 4
+ Z
b
, где, С
n
, р n
, Z
n
- соответственно скорость потока, давления и геометрическая высота места замера давления на выходе из насоса,
С
в
, ± р в
, ± Z
B
- то же у входа в насос (знак «минус» - при работе насоса с подпором, знак «плюс» при работе насоса с подсосом).
Теоретический напор Н
т
, развиваемый насосом, больше действительного
(манометрического) Н на величину потерь напора в самом насосе:
Н
т
= Н + h
ω
, где, h
ω
- напор, теряемый в самом насосе.
Развиваемый напор Н - давление, которое должен создавать насос, чтобы транспортировать жидкость по трубопроводам от места приема к месту подачи при заданной производительности. Единицей измерения напора служит
КИЛОНЬЮТОН на квадратный метр - кН/м
2
, мегапаскаль - МПа или метр столба жидкости - м. ст. жидкости.
Гидравлический КПД - это отношение действительного напора к теоретическому:
ɳ
Г
= Н
Г
/ Н
Т
- (0,75 - 0,95)
3. Потребляемая мощность N
e или мощность, необходимая для работы насоса с расчетной производительностью при заданном напоре. С учетом КПД самого насоса эта мощность составляет:
N
e
= Q*
H
/
102 ɳ кВт, N
e
= Q*
H
/
75 л. с. где, Q - подача, м
3
с;
Н - напор общий, м. ст. жидкости;
ɳ - общий КПД насоса, учитывающий все виды потерь внутри насоса (на преодоление гидравлических сопротивлений, механического трения, перетечки жидкости в зазорах и т.д.).
ɳ = ɳ о
+ ɳ г
+ ɳ м
= 0,65 - 0,95, где, ɳ
0
- объемный КПД,
ɳ г
- гидравлический КПД,
ɳ м
- механический КПД - учитывающий потери в насосе, т.е. трение в подшипниках и сальника.
ɳ = Ni / Ne ; Ni - индикаторная мощность, Ne - эффективная мощность.

9
Требования Морского Регистра судоходства к судовым насосам
В соответствии с «Правилами классификации и постройки морских судов Регистра морского судоходства» к судовым насосам предъявляются следующие требования:

судовые насосы и их приводы должны надежно работать в любых условиях эксплуатации судна - качке, вибрации, в том числе при длительном крене до 15° и максимальном дифференте свыше 5°;

в качестве балластных насосов может использоваться любой насос общесудового назначения достаточной производительности: охлаждающий, пожарный или осушительный;

каждое судно должно иметь не менее двух осушительный насосов. Они должны обеспечивать необходимую высоту всасывания, если применяются лопастные, то должны быть самовсасывающими;

пожарные насосы должны иметь независимый привод и источники их питания
(например, от АДГ) и должны располагаться в помещениях, чтобы быть готовыми к работе на случай пожара или затопления, где расположены основные насосы и всегда быть готовыми к немедленному пуску;

насосы охлаждения ГД и АДГ должны иметь аварийные средства привода;

масляные насосы ГД и ВД должны запускаться без предварительного их заливания;

для каждого ВРШ должно быть не менее 2-х насосов, один из них резервный.
Время включения в работу резервного не более чем через 10 сек после остановки основного. Кроме того, должен быть аварийный насос ВРШ;

топливные насосы
(топливоперекачивающие, топливоподкачивающие, тошшвоподающие) должны иметь дистанционные средства для их остановки.
Для предохранения насоса от повышения давления в нем выше расчетного должен быть установлен предохранительный клапан на насосе или нагнетательном трубопроводе до первого запорного клапана, на топливоперекачивающихся насосах эти сбрасывающие устройства должны соединяться с всасывающей полостью.
Правилами Регистра предусмотрена номенклатура запасных частей для насосов, которые необходимо иметь на судне.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что называется насосом?
2. Классификация судовых насосов по назначению.
3. Классификация судовых насосов по принципу действия.
4. В чём заключается принцип действия насоса?
5. Перечислите основные парсметры насоса.
1.2
Поршневые насосы
Принцип действия поршневого насоса заключается в том, что поршень, совершая возвратно-поступательное движение и двигаясь в одном направлении, создает в цилиндре разряжение (всасывающий клапан открывается и в цилиндр поступает вода за счет разности давлений), двигаясь в противоположном направлении, поршень давит на жидкость, создавая давление, всасывающий клапан закрывается, нагнетательный клапан открывается и жидкость вытесняется в напорный трубопровод.

10
Классификация поршневых насосов.
1.
По количеству подаваемой жидкости: a) насосы малой подачи до 20 м
3
час; b) насосы средней подачи 20 - 60 м
3
час; c) насосы большой подачи свыше 60 м
3
/час.
2.
По роду привода: ручные, с электроприводом, паровые, навешенные.
3.
По характеру соединения с приводом двигателя: a) приводные, т.е. имеющие привод от коленчатого или другого механизма с помощью мотылёвой шейки и эксцентриситета (навесные); b) прямодействующие.
4.
По частоте вращения приводного вала: a) тихоходные (малооборотные) - до 80 об/мин; b) нормальные - до 150 об/мин; c) быстроходные - до 350 об/мин; d) высокооборотные - до 750 об/мин.
5.
По конструкции поршня: a) дисковые; b) плунжерные; c) шаровые,
6.
По расположению осей цилиндров: a) горизонтальные: b) вертикальные.
7.
По роду перекачиваемой жидкости: a) водяные; b) масляные; c) рассольные; d) топливные,
8.
По способу действия: a) простого действия; b) двойного действия.
Производительность поршневого насоса определяется следующей зависимостью:
Q
g
= ɳ
0
×S×n×k×60× πД
2
/4 - м
3
час, где, ɳ
0
- объемный КПД,
Д - диаметр поршня,
S - ход поршня, n - число оборотов в мин., к - коэффициент тактности.
Устройство судовых поршневых насосов
Устройство поршневого насоса показано на рисунке 1.З. Насос состоит из цилиндра
11, поршня 6 и клапанов всасывающего 1 и нагнетательного 3, размещенных в коробке 2.
Поршень приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом. Кривошип 9, приводимый во вращение коленчатым валом двигателя или электродвигателем, действуя через шатун 10, ползун 8 и шток 7, заставляет поршень 6 совершать возвратно- поступательное движение в цилиндре.

11
Рассматриваемый насос является насосом простого действия. Такой насос подает жидкость периодически – только во время хода нагнетания, при другом же ходе происходит лишь всасывание жидкости. Это приводит к колебаниям давления воды в трубопроводе 5. Чтобы уменьшить колебания давления и сделать подачу воды более равномерной, на нагнетательном трубопроводе устанавливают колпак 4, заполняемый воздухом. Воздух в отличие от воды при изменении давления легко изменяет объем. При нагнетании вода частично входит в колпак, сжимая воздух. В период всасывания, по трубопроводу 12 воздух в колпаке, расширяясь, оказывает давление на воду и вытесняет ее в нагнетательный трубопровод. Таким образом обеспечивается частичное сглаживание колебаний давления нагнетаемой жидкости.
Рисунок 1.3 – Схема поршневого приводного насоса простого действия.
Большую равномерность подачи перекачиваемой жидкости обеспечивают поршневые насосы двойного действия. Схема одноцилиндрового насоса двойного действия приведена на рисунке 1.4. Обе полости цилиндра 4 насоса слева и справа от поршня 3 — рабочие. Каждая из этих полостей имеет свои всасывающие 1 и нагнетательные 2 клапаны. Два всасывающих клапана соединены с подводящим трубопроводом 6, а два нагнетательных клапана — с отливным трубопроводом 5. При движении поршня вправо в левой рабочей полости происходит всасывание, в правой - нагнетание; при движении поршня влево в правой полости происходит всасывание, а в левой нагнетание. Таким образом, насос совершает два рабочих действия за один ход поршня, в результате чего увеличивается его производительность и осуществляется более равномерная подача.