Файл: керченский государственный морской технологический университет судомеханический техникум.pdf

60
Наиболее распространены на судах поршневые одноступенчатые и многоступенчатые компрессоры, которые используют для получения сжатого воздуха, для пуска дизелей (давлением 30 бар), и низкого давления для обеспечения работы пневматических систем управления (давление до 10 бар), а также для сжатия паров хладоагентов в рефрижераторных установках.
Судовые компрессоры классифицируют по принципу действия, степени повышения давления, назначению, конструктивным признакам, типу приводного механизма.
По принципу действия судовые компрессоры делят на объемные и лопаточные.
Объемными называют компрессоры, повышение газа которых осуществляется за счет уменьшения объема замкнутого пространства, заполненного газом. Газ в объемных компрессорах сжимается поршнем и в сжатом виде поступает к потребителю.
Лопаточными называют компрессоры, повышение давления газа в которых осуществляется за счет использования сил инерции потока газа, приведенного в движение вращающимся лопаточным устройством (ротором). Механическая энергия ротора лопаточного компрессора преобразуется частично непосредственно в потенциальную энергию газа (давление), а частично — в кинематическую. Кинематическая энергия также переходит в потенциальную при торможении потока газа за компрессором.
Основные потребители следующие:

пусковой воздух для главных двигателей (ГД) и дизельгенераторов (2,5-3,0 МПа), аварийного дизельгенератора (7,0 МПа);

ДАУ главного двигателя;

система автоматического управления и контроля;

пневмомуфты подключения СОД к редуктору;

ВРШ (управление заданием);

масляные фильтры ГД (продувание без разборки на ходу судна);

продувание кингстонов;

отключение ТНВД ГД на ходу (любого цилиндра);

выпускные клапаны ГД;

зарядка аквалангов (15,0-20,0 МПа);

пусковые баллоны пеногенераторов противопожарной системы;

хознужды (пневмоинструмент и прочее);
Судовые компрессоры можно классифицировать по следующим признакам:
Конструктивные особенности и характеристики:

поршневые, центробежные, винтовые, осевые;

приводы от электродвигателя, дизельного двигателя, от главного двигателя;
Соединение с приводом муфтовое или техстропами;

по давлению: 0,8-1,2 МПа, до 3,5 МПа, до 6,5-7,5 МПа и выше;

по оборотам приводного двигателя: от 585 до 1750 мин
-1
;

по ступеням сжатия: 1-но ступенчатые, 2-х ступенчатые и 3-х ступенчатые.
В свою очередь, 2-х ступенчатые поршневые ЭКП бывают одностороннего и двухстороннего действия;

по количеству цилиндров на ступень: один цилиндр с одним поршнем и одним воздухоохладителем; один цилиндр с поршнем 2-х и 3-х диаметров, а также с двумя и тремя воздухоохладителями; два цилиндра раздельно, один первой ступени и один второй ступени;

61

по виду охлаждения цилиндров, крышек и воздухоохладителей: водой забортной, пресной от общей системы охлаждения СЭУ, воздухом от вентилятора, приводимого от вала компрессора;

по производительности (м
3
/час) одного цилиндра (или одной пары цилиндров, если 1-ая и 2-ая ступень в двух цилиндрах) в зависимости от оборотов приводного двигателя, размеров цилиндра и конечного давления: до 0,8 МПа - 20÷480 (м
3
), до 3,0 МПа
- 440 (м
3
), до 6,0 МПа - 130 (м
3
) свободного воздуха; производительность 3-х ступенчатого компрессора главного двигателя с компрессорным распылом - около 250 (м
3
/час) на 1000 л.с. мощности при конечном давлении 6,5...7,0 МПа.
По назначению компрессоры подразделяются:

Центробежные компрессоры с приводом от турбины выхлопных газов ГД для продувки и наддува ГД;

Осевые компрессоры для управления антикреновыми системами на судах с рампой (аппарелью), судах Ро-Ро, многоцелевых судах и судах с тяжеловесной стрелой грузоподъемностью 150, 280 и более тонн. При таком управлении антикреновой системой в любых условиях крен практически не заметен в отличие от систем с управлением вихревыми реверсивными насосами большой мощности (до 14160 л/мин);

ЭКП пускового воздуха на судах с ВФШ. Они, как правило, бывают поршневые 2- х ступенчатые до 3,5 МПа (от 3-х до 7-ми цилиндров), с цилиндровой подачей 75 м
3
/час и больше. Обычно устанавливают 2 воздухохранителя по 10000 литров каждый;

ЭКП для работы системы автоматики. Бывают 2-х и 3-х цилиндровые компрессоры с выходным давлением 1,2 МПа и более;

ЭКП аварийный, обычно 1-цилиндровый. Его электропривод запитывается от
АДГ. На некоторых судах АДГ запускается не только от аккумуляторов, но дополнительно от взрывного заряда или от специального небольшого баллона пускового воздуха с давлением 7,0 МПа. Для зарядки такого баллона имеется специальный компрессор;

4-х ступенчатый V-образный компрессор высокого давления для заправки аквалангов (через керамический фильтр) давлением до 40,0 МПа.
На судах мирового флота применяются воздушные компрессоры различных фирм.
Они бывают двух и трехступенчатые.
Необходимость применения многоступенчатых компрессоров вызвана тем, что степень сжатия воздуха в одной ступени не должна превышать 8 (т. е. воздух в первой, например, ступени можно сжимать до давления 0,8 МПа). Это объясняется тем, что температура вспышки компрессорных смазочных масел составляет 250-280°С, а при сжатии воздуха до 0,8 МПа его температура достигает 170-220°С. При дальнейшем повышении давления пары масла могут самовоспламениться, что приведет к взрыву и разрушению компрессора. Поэтому в первой ступени двухступенчатого компрессора воздух обычно сжимается до 0,5-0,8 МПа, во второй - до конечного давления 2,5-3,0 МПа.
При этом воздух обязательно охлаждается в специальном воздухоохладителе после первой ступени компрессора примерно до первоначальной температуры (для предотвращения чрезмерного повышения температуры воздуха после сжатия во второй ступени и уменьшения затрат мощности на привод компрессора). После второй ступени компрессора, перед подачей в воздухохранители (баллоны), воздух также охлаждается (по
Правилам Регистра температура воздуха, поступающего в баллоны, не должна превышать
40°С). Для очистки воздуха от масла и влаги устанавливаются влагомаслоотделители.
Для привода компрессора применяют электродвигатели (электрокомпрессоры) и двигатели внутреннего сгорания (дизель-компрессоры), причем, согласно Правилам, на судах с неограниченным районом плавания должно быть не менее двух компрессоров.

62
Допускается применять в качестве резервного компрессор с приводом от главного дизеля.
На небольших судах возможно применение ручных резервных компрессоров. Ряд требований к системе сжатого воздуха: запас воздуха в воздухохранителях должен обеспечить без подкачки двенадцать реверсов с последующими пусками главных реверсивных дизелей; если главные двигатели нереверсивны, то запас воздуха должен быть достаточным для шести пусков всех главных дизелей; производительность основного компрессора должна обеспечивать заполнение всех воздухохранителей пускового воздуха от давления 5 бар до рабочего в течение одного часа.
В зависимости от расположения ступеней компрессоры бывают последователь-ного сжатия—тандем и дифференциальные.
Рисунок 1.52 – Схемы трёхступенчатых компрессоров сжатого воздуха:
а- тандема, б- дифференциального
На рисунке 1.52 представлены схемы трехступенчатых компрессоров типа тандем
(а) и дифференциального (б). У компрессора типа тандем при движении поршня 1 вниз воздух из машинного отделения через фильтр 3 и всасывающий клапан 2 попадает в ступень низкого давления (СНД); при движении поршня вверх воздух из СНД через нагнетательный клапан 11 переходит в холодильник СНД; далее, при движении поршня вниз воздух из холодильника СНД 10 и клапан 9 переходит в ступень среднего давления
(ССД). При последующем поступательном движении поршня вверх воздух из ССД через нагнетательный клапан 4 переходит в холодильник ССД 5; при движении поршня вниз воздух из холодильника ССД 5 переходит через клапана 6 в ступень высокого давления
СВД, при поступательном ходе поршня вверх воздух через нагнетательный клапан 7 из
СВД через холодильник 8 поступает в воздухохранители.
У дифференциального компрессора (рис. 51, б) СНД размещена между СВД и ССД.
Поэтому при движении поршня вверх воздух из СНД через холодильник 10 и клапан 11 переходит в ССД, а при движении поршня вниз – из ССД через холодильник 5 – в СВД и оттуда, при сжатии, через холодильник 8 – в воздухохранители. После холодильников каждой ступени устанавливают специальные сепараторы – масловодоотделители.
Сравнивая компрессоры двух типов, можно сделать следующие выводы:
- у компрессора типа тандем сжатие во всех цилиндрах происходит одновременно, что

63 увеличивает нагрузки на коленчатый вал и вызывает необходимость устанавливать более мощный приводной двигатель;
- у дифференциального компрессора при движении поршня вверх воздух сжимается в СНД и СВД, а при движении поршня вниз — в ССД, что уменьшает разность знакопеременных нагрузок, действующих на коленчатый вал компрессора;
- при поступательном ходе поршня вниз у компрессора тандем в СНД давление ниже атмосферного и частицы масла вместе с воздухом поступают из картера через зазоры в компрессионных кольцах в цилиндр, что увеличивает расход масла и загрязняет сжатый воздух; у дифференциального компрессора этот недостаток отсутствует, так как в нижней части размещается ССД;
- у дифференциальных компрессоров СНД и ССД размещаются в одной полости, что позволяет уменьшать габариты и массу компрессора;
- у компрессоров типа тандем сжатый воздух поступает во все холодильники одновременно и находится там до всасывающего хода поршня, вследствие этого холодильники работают в более тяжелых условиях, чем у дифференциальных компрессоров.
К недостаткам дифференциальных компрессоров следует отнести сложность регулировки вредного пространства в ССД. (Вредным называется пространство, заключенное между поршнем, когда он находится в в. м. т. и крышкой цилиндра, а для ступени СД дифференциального компрессора — между крышкой и поршнем, когда он находится в н. м. т. Воздух, который остается в этом пространстве, расширяется при всасывающем ходе поршня и отдаляет момент открытия впускных клапанов, поэтому объем вредного пространства должен быть возможно минимальным.) Вредное пространство регулируют: у компрессоров тандем, а также в СНД и в СВД у дифференциальных компрессоров — изменением толщины прокладок между пяткой шатуна и мотылем подшипников, в ССД дифференциальных компрессоров — изменением высоты поршня или толщины прокладок между цилиндром и цилиндровой крышкой. Для улучшения условий работы приводного электродвигателя, а также для сглаживания других недостатков в последнее время получили распространение спаренные компрессоры типа тандем: от одного коленчатого вала работают параллельно два двухступенчатых цилиндра, причем, когда в одном из цилиндров происходит сжатие воздуха в ступенях, в другом –
впуск воздуха, и наоборот.
Конструкция такого компрессора марки 20К-1 показана на рис. 52. Все детали и узлы компрессора смонтированы на чугунной станине 13; в нижней части в специальных фланцах-крышках 10 и 25 смонтированы рамовые подшипники, в которых уложен коленчатый вал 11; на торце коленчатого вала насажен приводной шкив-маховик 24
(привод от электродвигателя осуществляется при помощи техстропной передачи). С двумя мотылевыми подшипниками коленчатого вала при помощи шатунов связаны два двухступенчатых поршня 21. Зарубашечное пространство образуется между втулками 14 и станиной 13 и уплотняется резиновыми кольцами 22. Закрываются цилиндры первой ступени крышками 16, которые одновременно служат цилиндрами вторых ступеней; вторые ступени закрыты крышками 20.

64
Рисунок 1.53 – Конструкция двухступенчатого сдвоенного компрессора 20К-1
При работе компрессора воздух из машинного отделения через всасывающий клапан
4 поступает в первую ступень, из нее через нагнетательный клапан 15 попадает в трубчатый холодильник 9, проходит через сепаратор 1, всасывающий клапан 17 во вторую ступень, откуда после сжатия через нагнетательный клапан 19 поступает в змеевиковый холодильник 8 и в воздухохранители.
Уровень масла в картере контролируют по маслоуказателю 6. Трущиеся детали смазывают разбрызгиванием масла черпаками 5, закрепленными к нижним крышкам мотылевых подшипников.
Избыточное масло со стенок цилиндровой втулки первой ступени снимается маслосъемными кольцами, установленными в нижней части поршней. Выброс масла из картера предупреждают маслоотбойные кольца 23. Для монтажа мотылевых подшипников предусмотрены специальные люки с крышками 7.
Компрессор может охлаждаться как пресной, так и забортной водой, причем охлаждение может быть как от общей системы, так и «своим» насосом. При индивидуальном охлаждении вместо крышки 12 к торцу коленчатого вала крепят специальный водяной насос, который подает воду в зарубашечное пространство компрессора; отвод воды осуществляется через отводной трубопровод 18.Давление воздуха в первой ступени контролируют манометром 2, сброс избыточного давления

65 осуществляет предохранительный клапан 3. Кроме того, каждая ступень имеет предохранительный клапан, который ежегодно осматривается и пломбируется.

Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое «вентилятор»?
2. По каким основным признакам классифицируются вентиляторы?
3. Принцип действия центробежных вентиляторов?
4. Принцип действия осевых вентиляторов?
5. Назовите основные энергетические параметры вентилятора?
6. Мероприятия подготовки вентилятора к пуску?
7. Как производится регулирование вентиляторов?
8. Меры предосторожности при технической эксплуатации вентиляторов?
9. Что называют «компрессором»?
10. Принцип работы объёмных компрессоров?
11. Принцип работы лопаточных компрессоров?
12. Назовите судовые потребители сжатого воздуха.
13. Назовите конструктивные особенности и характеристики компрессоров.
14. Изобразите схемы трёхступенчатых компрессоров сжатого воздуха.
15. Как производится смазывание деталей компрессора?

66
2 Тема 2. СУДОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД
2.1 Гидравлический привод
Гидравлический привод объемного типа нашел широкое применение во многих областях техники, в том числе и судостроении. Первые попытки использования гидропривода в судостроении относятся к 1840 г., когда на одном из английских судов были установлены якорно-швартовные шпили с нерегулируемым гидравлическим приводом. Гидравлический привод работал при давлении 52 кг/см
2
. Рабочей жидкостью служила вода.
В 1885 г. Ригг внес изменения в конструкцию привода шпиля, применив регулируемый гидромотор. Это усовершенствование позволило на малых нагрузках работать более экономично.
В дальнейшем наблюдается очень быстрое развитие конструкций гидравлических приводов различных типов и назначений. В качестве рабочей жидкости стало применяться минеральное масло.
В настоящее время гидравлический привод широко применяется на судах в рулевых и грузоподъемных устройствах, успокоителях качки, для привода палубных механизмов различного назначения, водонепроницаемых и противопожарных перекрытий и во многих устройствах другого назначения. За последние годы гидропривод объемного типа нашел применение в гребных установках. Мощность отдельных судовых гидроприводов достигла
250–500 кети более. Коэффициент полезного действия гидромашин в широком диапазоне нагрузок превысил 90%, а их удельный вес снизился до 1—2 кг/квт. Моторесурс судовых гидроприводов достиг 10 000—40 000 час.
Высокое совершенство современных гидроприводов позволяет им успешно конкурировать со всеми типами приводов, в том числе электроприводами.
Изыскания в области наиболее целесообразного использования гидравлического привода в судостроении привели к созданию систем гидравлики, объединяющих все судовые гидроприводы в единый комплекс с централизованными насосными установками, имеющими привод непосредственно от первичных двигателей (главных или вспомогательных дизелей, ГТУ).
С расширением объема гидрофикации судов подобные системы приобретают качества гидроэнергетических систем, существенно сокращающих, а на малых судах полностью исключающих электроэнергетические судовые системы.
Рисунок 2.1 – Схема классической гидравлической системы
1 — гидравлический бак; 2 — клапан запорный; 3 — фильтр; 4 — насос с электроприводом
постоянной производительности и постоянным направлением потока жидкости; 5 —
предохранительный клапан; 6 — фильтр; 7 — гидрораспределитель с местным ручным
управлением рукояткой; 8 — гидродвигатель; 9 — фильтр.