Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Назначение и состав судовых масляных систем
Масляная система в СЭУ служит для смазки и отвода теплоты от трущихся поверхностей двигателей, механических передач, дейдвудных, опорных и упорных подшипников вало-проводов, охлаждения поршней дизелей (в дизелях до 8…12 % теплоты топлива отводится с циркуляционным маслом), а также для приема, хранения, перекачивания, подогрева и очистки масла. Главными функциями современных масляных систем являются: 1) обеспечение стабильной и надежной смазки узлов трения двигателя и его агрегатов с заданными параметрами на всех режимах и в течение всего срока службы; 2) максимально возможное снижение трения и изнашивания; 3) непрерывный отвод теплоты от узлов трения и деталей; 4) удаление продуктов изнашивания из узлов трения и из масла; 5) уплотнение узлов трения; 6) защита деталей двигателя от коррозии; 7) обеспечение минимально возможного расхода масел; нагаро- и лакообразования; затрат на обслуживание. Наиболее сложную систему смазки имеют дизельные установки большой мощности, которые могут включать в себя следующие независимые системы: напорную циркуляционную главного двигателя и охлаждения его поршней (если поршни охлаждаются маслом); гравитационную (или циркуляционную) газотурбонаддувочных агрегатов; напорную циркуляционную приводов топливных насосов; линейную смазки цилиндров; циркуляционную редукторных и гидродинамических передач; напорную смазки вспомогательных двигателей. Напорная система смазки предусматривает циркуляцию масла под давлением, создаваемым главным масляным насосом, по замкнутому контуру: сточно-циркуляционная цистерна – главный масляный насос – фильтр – маслоохладитель – потребители – сточно-циркуляционная цистерна. Давление масла в системе 0, 3…0, 5 МПа, а на отдельных участках и выше, в зависимости от типа двигателя. Напорную систему циркуляционной смазки широко применяют в СЭУ. Ее используют в главных и вспомогательных двигателях всех типов. Гравитационная масляная система отличается от напорной тем, что масло к трущимся деталям поступает из напорной цистерны, которая обычно располагается в верхней части МО на высоте 8…10 м от настила МО. Поэтому и давление масла в этой системе составляет 0, 08…0, 01 МПа. Такую систему обычно имеют ротативные механизмы с «выбегом» ротора при их остановке (ГТД, паровые турбины, газотурбонагнетатели), редукторы, дейдвудные подшипники, залитые белым металлом, и др. Для таких механизмов гравитационная масляная система является предпочтительной, поскольку при их отключении обычно отключаются и главные навешенные масляные насосы и прекращается подача масла, а роторы механизмов продолжают вращаться и их подшипникам нужна смазка. Масло подается из напорной цистерны самотеком и его запаса достаточно для работы в течение 5 минут без пополнения. В системе предусмотрен аварийный насос, который включается с целью наполнения уровня масла в цистерне, если продолжительность работы увеличивается свыше 5 минут. Циркуляционные масляные системы дизельных двигателей могут быть с сухим и мокрым картером. При мокром картере масло, заливаемое в систему смазки, находится в нижней его части (поддоне). При сухом картере стекающее из подшипников масло непрерывно удаляется из него (самотеком или насосом) и направляется в специальный маслосборник (циркуляционную цистерну). На речных судах трудно разместить маслосборник ниже картера, поэтому его располагают выше, что вынуждает в циркуляционной системе использовать два насоса: один (отсасывающий), который перекачивает масло из картера в маслосборник, а второй (нагнетательный) подает его из маслосборника в двигатель. Дизели малой мощности (высокооборотные), применяемые на судах в качестве вспомогательных, обычно имеют систему смазки с мокрым картером. Эта система относительно проста и автономна. Схема ее такова. Масло из картера через приемный фильтр подается насосом в сдвоенный фильтр грубой очистки и далее в терморегулятор, который в зависимости от температуры масла регулирует потоки, поступающие в охладитель или в обход его. После охладителя оба потока смешиваются, и масло поступает в главную распределительную магистраль дизеля, откуда оно направляется к подшипникам коленчатого и распределительного валов, головной втулке, на охлаждение поршней, на смазку передач, навешенных механизмов и других узлов и деталей. От смазываемых деталей масло самотеком идет в картер. Схема циркуляционной масляной системы ГД типа ДКРН представлена на рисунке 1.1. Как видно из рисунка 1.1, масло из сточно-циркуляционной цистерны 28 через фильтр грубой очистки 26 принимается одним из циркуляционных насосов 1 (второй резервный) и через охладитель 2 или, минуя его, по обводному каналу поступает к блоку фильтров тонкой очистки 5 и 6, а затем по главной магистрали подводится к двигателю. Перед ГД поток масла проходит через магнитный фильтр 11 и затем раздваивается. Одна часть под давлением 0, 1…0, 25 МПа поступает на охлаждение поршней 19, другая (после дроссельного клапана) под давлением 0, 12…0, 16 МПа идет на смазку подшипников 20. Масла из системы смазки ГД сливается самотеком в сточно-циркуляционную цистерну через клапаны 17, 27, установленные в носовой и кормовой частях двигателя. В аварийном случае клапаны 17, 27 позволяют отключить сточную цистерну и перейти на работу с «мокрым» кратером, т.е. осуществить прием масла циркуляционным насосом 1 по обводному трубопроводу непосредственно из картера двигателя. Температура масла в системе регулируется автоматически регулятором, установленным на трубопроводе забортной охлаждающей воды, и поддерживается перед двигателем в пределах 40…50 °С. Для отвода воздуха из трубопровода смазки ГД в верхней части подводящей трубы установлен вентиляционный колпак с клапаном и смотровым фонарем. Этим уменьшается поступление воздуха из магистрали в систему охлаждения поршней ГД.
1 – циркуляционный электронасос; 2 – охладитель; 3 – трубопровод к цистерна продувания масляных фильтров; 5, 6 – блок ФТО; 7 – воздушная труба; 8 – расходная цистерна цилиндрового масла; 9 – цистерны запаса цилиндрового масла; 10 – масляная магистраль; 11 – магнитный фильтр; 12 – сливной трубопровод от блока ФТО; 13 – сливной трубопровод от маслоохладителя; 14 – цистерна шлама масляных сепараторов; 15 – цистерна сбора протечек от сальников штоков поршней; 16 – бак слива гудрона из подпоршневых полостей ГД; 17, 27 – сливные клапаны; 18 – трубопровод маслоперекачивающего насоса (заполнение сточно-циркуляционной цистерны); 19 – подвод масла на охлаждение поршней; 20 – подвод масла к подшипникам; 21 – слив масла из подпоршневых полостей; 22, 23 – трубопровод к сепаратору и от него; 24, 25 – обводной трубопровод сливного клапана и ФГО; 26 – фильтр; 28 – сточно-циркуляционная цистерна ГД Рисунок 1.1 – Схема циркуляционной системы смазки ГД
Блок фильтра тонкой очистки масла очищается автоматически при разности давления перед фильтром и за ним, превышающей 0, 05 МПа. С этой целью из ЦПУ дистанционно включается электродвигатель, медленно проворачивающий сетку фильтра, открывается клапан на трубопроводах сжатого воздуха и слива масла из фильтров. Воздух давлением 0, 1 МПа продувает сетку фильтра, в результате чего загрязненное масло сливается в цистерну продувания фильтров, откуда оно принимается на сепарирование. Избыток масла в этой цистерне сливается в сточно-циркуляционную цистерну. Маслоохладитель очищают периодически, а масло из него В масляную систему дизельной установки с МОД, дополнительно к рассмотренным, могут входить и другие автономные участки трубопроводов (например, промывки сепараторов смазки наддувочных агрегатов ГД, смазки дизель-генераторов). Масляная система современных МОД, как правило, имеет три независимых контура смазки (рисунок 1.2): для подшипников КВ, шатуна, крейцкопфа, механизма привода газораспределения и топливных насосов; для зеркала цилиндров, поршней и поршневых колец; для подшипников ТК.
В каждом контуре смазки насосы 3 имеют автономный привод, что обеспечивает прокачку масла через двигатель перед пуском, во время работы и после остановки для отвода теплоты от сильно нагретых частей. Для непрерывной и безотказной работы систем требуется резервирование циркуляционных насосов 3, фильтров грубой 2 и тонкой 4 очистки, холодильников масла 6 (на рисунке 1.2 не показано). Коленчатые валы МОД обычно не имеют сверлений для подвода масла. Смазка к рамовым подшипникам подается из масляного трубопровода, проходящего внутри рамы дизеля, а к мотылевым подшипникам – от головных через сверление в шатуне. Подшипники шатунов и крейцкопфов могут смазываться из масляной магистрали, предназначенной для подвода охлаждающего масла к поршням и проходящей через крейцкопф (дизели фирмы «Бурмейстер и Вайн»). -.-. • • Кроме сточно-циркуляционных цистерн для восполнения потерь циркуляционного масла во время работы главного, вспомогательных двигателей и других механизмов в течение кругового рейса предусматривают установку запасных цистерн по сортам масел, применяемых для смазки каждого типа механизмов, а также цистерны для хранения отработавшего и грязного масла. Кроме того, на судне могут предусматриваться дополнительные резервные емкости, в которые можно перекачать потерявшее свойства масло из циркуляционных цистерн для отстаивания и сепарации. Все перечисленные цистерны соединены трубопроводами с насосами для перекачки, подогревателями, фильтрами и сепараторами. На рисунке 1.3 в качестве примера показана принципиальная схема системы приема, хранения и подготовки масла, (без резервирования оборудования и трубопроводов). Циркуляционное масло для двигателя принимается через палубную втулку и фильтр 1 предварительной очистки в запасную цистерну 2, откуда оно самотеком может заполнять циркуляционную цистерну 3 ГД.
Из запасной цистерны в циркуляционную масло может подаваться маслоперекачивающим насосом 10 через фильтр 12 или насосом сепаратора 7. В системе предусмотрены подогреватели масла, установленные в цистернах, и внешние подогреватели 6 и 8. В ГД масло подается главным масляным насосом 5 через фильтр 4 и подогреватель 6, а затем возвращается в эту же цистерну по специальному трубопроводу. С помощью сепаратора 7 производится очистка масла в циркуляционной цистерне с возвратом его в эту же цистерну или цистерну 13 сепарированного масла. Такая байпасная система очистки позволяет снизить общий уровень загрязнений масла, находящегося в системе смазки. Достоинством байпасной системы очистки является возможность приема масла из нижней части маслосборной цистерны, где концентрируется большая часть загрязнений. Кроме того, очистку масла можно производить и во время стоянки судна, если масляная система двигателя снабжена автономным насосом и подогревателем. Через фильтр 12 и клапан 9 насосом 10 можно перекачивать масло в цистерну 11 отработавшего масла. Отработавшее масло от вспомогательных двигателей также может быть направлено в эту цистерну или подано на сепарацию с возвратом его в картер двигателя или в цистерну сепарированного масла. На рисунке 1.4 показана принципиальная схема приема, хранения, подготовки и подачи масла в СДУ и СОД.
В системе, показанной на рисунке 1.4, нагнетательный и маслооткачивающий насосы приводятся от коленчатого вала. Для прокачки двигателя перед пуском и после остановки предусмотрен насос 15, а для откачки масла из картера двигателя – насос 2. Оба насоса имеют автономный привод и резервируют насосы 6 и 7. Кроме цистерны циркуляционного масла 10 в системе предусмотрены цистерна запаса 13 и цистерна отработавшего масла 1. Отсутствие автономного сепаратора исключает необходимость в цистерне сепарированного масла. Функции постоянно работающего сепаратора в этом случае выполняет фильтр тонкой очистки 4 объемного типа или реактивный центробежный. Через этот фильтр 5…15% подаваемого насосом 6 масла возвращается в картер или циркуляционную цистерну минуя узлы трения двигателя. В запасную цистерну масло поступает через палубный стакан и ФГО 12, а из цистерны в цистерну и на палубу перекачивается насосами 2 и15. Установка подогревателей в цистерне или перед двигателем позволяет прокачать двигатель горячим маслом перед запуском. Наличие двух автономных насосов дает возможность выполнить следующие операции:. - прокачать двигатель маслом перед пуском и после остановки; - откачать из картера скопившееся там масло во время прокачки дизеля перед пуском и после остановки; - откачать из циркуляционной цистерны 10 отработавшее масло в цистерну 1 и заполнить цистерну 10 с вежим маслом из цистерны 13; - откачать, отработавшее масло из цистерны 1 на палубу. В принципе эти же насосы могут обслуживать масляные системы вспомогательных двигателей, редуктора и других объектов Приведенные на рисунках схемы масляных систем СДУ не являются единственно возможными. Могут быть и другие варианты. Так, на судах ограниченного района плавания нет необходимости ставить цистерну сепарированного масла, а на судах прибрежного плавания может оказаться лишней и цистерна отработавшего масла. Кроме того, установка сдвоенных циркуляционных цистерн для ГД позволяет отказаться от цистерн сепарированного и отработавшего масла и сократить объем цистерны запаса масла. Масляная система вспомогательных двигателей, как правило, выполняется по схеме (рисунок 1.4). Цистерны циркуляционного масла должны быть отдельные для каждого дизеля. Прокачивающий насос устанавливают один на все двигатели. Сепарация масла производится сепаратором главного двигателя. В двухмашинной установке каждый двигатель должен быть оборудован автономной масляной системой. Правила Регистра в этом случае допускают установку для каждого двигателя по одному главному циркуляционному насосу и одному резервному с независимым приводом, или двух главных насосов с независимым от двигателя приводом, каждый из которых имеет производительность, достаточную для обеспечения работы обоих двигателей. На судах ограниченного района плавания (кроме буксиров и пассажирских) с одним главным двигателем резервный насос может не устанавливаться. Смазка редукторов малой мощности может осуществляться разбрызгиванием масла, заполняющего картер. Масло в этом случае охлаждается забортной водой, прокачиваемой по трубам или по специальным полостям в корпусе картера. Схема масляной системы редукторов большой мощности приведена на рисунке 1.5.
Как видно из рисунка, смазка – комбинированная, напорно-гравитационная, что обеспечивает высокую надежность системы. В каждой системе смазки СДУ должны быть предусмотрены приборы и устройства, позволяющие контролировать и поддерживать на заданном уровне следующие основные показатели: - количество масла в циркуляционных цистернах; - давление масла в местах подвода к объекту смазки; - температуру на входе и выходе масла; - перепад температуры и давления на холодильниках; - перепад давления на фильтрах. Для замера уровня масла применяются те же устройства, что и для замера уровня топлива. Система контроля и поддержания необходимого режима работы масляной системы должна быть в значительной степени автоматизирована. В современных турбинных установках приняты два типа масляных систем: система без напорных цистерн и система с напорными цистернами, или гравитационная система. Масляная система без цистерн более компактна и легка. Масло поступает на трущиеся поверхности и систему регулирования под напором, создаваемым масляным насосом. Масляная система с цистернами (гравитационная) более надежна, так как при внезапной остановке масляного насоса цистерны обеспечивают смазку в течение нескольких минут, что достаточно для остановки турбоагрегата, если невозможно запустить резервный масляный насос. Кроме того, в напорных цистернах осуществляется отстой масла, что улучшает качество смазки. В транспортных судах с ПТУ обычно применяют гравитационную систему смазки. Принципиальная ее схема приведена на рисунке 1.6. В состав системы входят: цистерны запасного 1 и отработавшего 4 масла, две напорные расходные цистерны 2 и 3 и сточная (маслосборная) цистерна 10. Их сточной цистерны масло через невозвратный клапан с приемной сеткой 11 и магнитный фильтр 12 забирается электромасляным насосом 13 или 14 и после очистки в сетчатом фильтре 15 и охлаждения в маслоохладителе 17 или 18 подается в работающую расходную цистерну, откуда поступает на смазку трущихся поверхностей. Часть масла после сетчатого фильтра 15 идет в систему регулирования, управления и защиты (РУЗ). Для обеспечения в системе требуемого давления используется редукционный клапан 16. Для поддержания постоянного уровня масла в расходных цистернах установлена переливная труба со смотровым стеклом 19. Цистерны снабжены сигнализаторами уровня, воздушными трубами для выпуска паров масла и змеевиками для подогрева масла паром. В нижней части сточной цистерны 10 предусмотрен отстойник для воды, которая удаляется рунным насосом 9 или насосом сепаратора масла 7. При сепарации масло подогревается в подогревателе 5 и после сепаратора 7 напорным насосом 8 перекачивается в сточную цистерну 10. Система смазки газотурбинных двигателей легкого типа выполняется без напорных цистерн. Принципиальная схема такой системы представлена на рисунке 1.7. Из расходного масляного бака 1 через запорный кран 19 масло поступает к навешенному маслоагрегату 9, нагнетающая секция А которого подает масло через блок фильтров 5 к потребителям. Нагнетающая секция снабжена редукционным клапаном 14. Перед каждым потребителем установлен дополнительный фильтр 2. К числу этих потребителей относятся; передняя 3 и задняя 4 коробки приводов навешенных механизмов и подшипники КНД, КВД, ТВД, ТСД и ТНД. Зубчатый редуктор обычно имеет свою систему смазки. Отработанное масло стекает из передней коробки приводов и переднего подшипника КНД в передний маслоотделительный бак 16, из задней коробки приводов, заднего подшипника КНД и переднего подшипника КВД – непосредственно в отстойник маслоагрегата 9; из заднего подшипника КВД и подшипников турбин – в задний маслоотделительный бак 8.
Секции Б, В и Г маслоагрегата откачивают масло из маслоотделительных баков и отстойника и через невозвратный клапан 12 подаю г его в общую судовую магистраль и далее в бак 1. На этой магистрали расположены фильтр 11, маслоохладитель 13 и смотровое стекло 17. При запуске, остановке и холодной прокрутке двигателя используют откачивающий 10 и нагнетающий 15 маслооагрегаты с электроприводом. Напорная магистраль снабжена датчиком давления 6, сливные и всасывающие магистрали термометрами 7. Температура масла в расходном масляном баке 1 регулируется перепуском часть масла помимо маслоохладителя через магистраль, снабженную дроссельной шайбой 18. Работа масла в ГТУ имеет характерные особенности, связанные с конструкцией и условиями работы двигателей. Масло из откачивающих секций масляных насосов интенсивно перемешивается с воздухом и вспенивается, что ухудшает работу масляной системы. Для удаления воздуха из масла применяют воздухоотделители центробежного типа. Смесь масла с воздухом направляется в центробежный воздухоотделитель на вращающуюся крыльчатку, где под действием центробежных сил происходит их разделение. Масло стекает в холодильник, а воздух отводится в атмосферу. Для уменьшения потерь масла применяют суфлирование полостей подшипниковых узлов двигателя. Для этого газовоздушную смесь со взвешенными каплями масла, которая образовалась в результате прорыва воздуха и газа повышенного давления в масляную полость отсасывают суфлером, в котором происходит отделение капель масла от газов. Принцип действия суфлера одинаков с работой воздухоотделителя. Капли масла возвращаются в маслосистему двигателя, а горячие газы и воздух направляются в выхлопной коллектор.
2. Комплектующее оборудование масляных систем
Основным оборудованием, входящим в масляную систему, являются насосы, фильтры, сепараторы, охладители, подогреватели и цистерны. По конструкции применяют насосы шестеренные – при малой подаче и винтовые – при большой. По назначению насосы могут быть перекачивающие, циркуляционные (нагнетательные, откачивающие) и прокачивающие (для прокачивания двигателя перед пуском). Производительность шестеренчатых насосов не превышает 50…60 м3/ч при давлении 0, 5 МПа. КПД этих насосов колеблется от 50 до 74 %. Недостатком является неспособность перекачивать сильно загрязненную жидкость. Винтовые насосы имеют более высокий КПД, доходящий до 85 %. Их производительность обычно не превышает 300…400 м3/ч при давлении 1, 0…1, 2 МПа. Перекачивающие насосы служат для перекачивания масла из одной цистерны в другую и выдачи на берег. Их подачу определяют, исходя из необходимого времени для перекачивания требуемого количества масла Q=V·K /t, где V – объем масла, м3; K=1, 15…1, 18 – коэффициент запаса подачи, учитывающий снижение объемного КПД насоса в процессе эксплуатации (износ опор трения и др.); t – время перекачивания, ч. Подача перекачивающего насоса должна быть такой, чтобы заполнять и осушать циркуляционную цистерну в течение 0, 5… 1 ч при давлении 0, 15…0, 20 МПа. Таким же способом определяют подачу насосов, предназначенных для осушения цистерн грязного топлива и масла, шламовых и др. Обычно время осушения оговаривается техническим заданием и не должно превышать 1…3 ч. Как правило, подача циркуляционных насосов определяется проектантом двигателей по данным о тепловыделениях, допустимой разности температур масла на входе в двигатель и на выходе из него при номинальной нагрузке с учетом отбора масла для работы систем управления и регулирования или подачи его другим потребителям. Удельная подача циркуляционных масляных насосов в ДУ с МОД составляет 35…45 л/(кВт·ч) при охлаждении поршней дизеля маслом и 12…15 л/(кВт·ч) водой, в СОД «Пилстик» – 18…20 л/(кВт·ч). Главные масляные насосы рекомендуется размещать непосредственно на сточно-циркуляционных цистернах или рядом с ними. Фильтры и маслоохладители компонуют по возможности в одну группу (агрегат) с главными масляными насосами. Приемники главных масляных насосов имеют невозвратные клапаны и сетки. Их располагают в цистернах так, чтобы при качке или крене 45° и дифференте 10° отстой масла в цистернах не всасывался насосами. Уровень отстоя в междудонных сточно-циркуляционных цистернах условно считают по объему отстоя масла, который принимают равным 10 % нормального объема масла для сточно-циркуляционных цистерн и 3 % – для цистерн запаса. Очистку масла от механических примесей и воды осуществляют сепарацией. Для этого в состав систем включают сепараторы. Обычно каждый двигатель укомплектовывают одним сепаратором масла производительностью 500…1000 л/ч. При мощности ГД более 15 МВт производительность сепаратора принимают 1500…3000 л/ч. В установках с двигателями большой мощности могут быть два сепаратора масла, один из которых резервный. Если принят только один сепаратор масла, то его резервирование предусматривается сепаратором легкого топлива. Производительность сепаратора выбирают из расчета пропускания через него всего масла, находящегося в сточно-циркуляционной цистерне, за 1…3 ч. Сепарацию масла осуществляют обычно в течение 50…70 % времени работы ГД. Сепаратор масла, подогреватель и маслоперекачивающий насос рекомендуется располагать вблизи друг от друга. Фильтры масляной системы делятся на две группы: грубой и тонкой очистки. Фильтры грубой очистки бывают сеточные и щелевые (пластинчато- и проволочно-щелевые). Как правило, они выполняются сдвоенными и снабжены переключающим устройством (трехходовой кран) для отключения неработающего элемента. Фильтрующими элементами обычно являются латунные или медные сетки с ячейками в свету диаметров 0, 125; 0, 15; 0, 18 мм. Фильтрующие элементы фильтров тонкой очистки изготавливают из бумаги, фетра или толстого волокнистого материала. Фильтры периодически очищают сжатым воздухом давлением 0, 6…0, 8 МПа. На судах в н.в. применяются самоочищающиеся фильтры. Эти фильтры имеют фильтрующие элементы объемного, пластинчато-щелевого и сеточного типов. Применяются также фильтры тонкой очистки с промывкой фильтрующих элементов потоком чистого масла давлением 0, 3…1, 0 МПа. В масляных системах применяются кожухотрубные и пластинчатые охладители. В кожухотрубных скорость морской воды в трубках принимается в зависимости от материала труб 0, 9…3 м/с. При эксплуатации возможны нарушения герметичности в сальниковом уплотнении трубной доски и попадания воды в масло. Пластинчатые охладители находят широкое применение на морских судах из-за несложности конструкции, изготовления и удобны в эксплуатации. По конструкции состоят из одинаковых профилированных пластин, собранных в пакет и прижатых стяжными болтами к плите-станине. Между пластинами образуются каналы, обеспечивающие циркуляцию охлаждающей и охлаждаемой сред по схеме противотока. Площадь поверхности теплообмена таких охладителей легко может меняться в широких пределах набором пластин. Ремонт их сводится к разборке и замене поврежденных пластин запасными. Чтобы вода не попадала в масло, давление масла в охладителе должно быть больше, чем давление воды.
|