Ядерная энергетическая установка.

Дисциплина «СУДОВОЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ энергетическое

оборудование»

Курс «Судовые гидравлические машины». © Чернов А.И., 2016

МОДУЛЬ 2

2 Классификация и области применения СГМ

Насосы классифицируют по следующим основным признакам:

· по принципу действия;

· назначению;

· по роду перекачиваемой жидкости (воды, нефтепродуктов и др.);

· по типу приводного двигателя (электронасос, турбонасос, мотопомпа);

· по расположению вала (вертикальные, горизонтальные);

· по числу ступеней и потоков (одно – и многоступенчатые, многопоточные и т. д.);

· по требованиям эксплуатации (регулируемый, обратимый, дозировочный, самовсасывающий и др.).

2.1 Классификация насосов и вентиляторов по принципу действия

Под принципом действия насоса понимается совокупность физических процессов, в результате которых происходит указанное преобразование энергии. В насосе на жидкость и в жидкости могут действовать следующие силы:

- массовая;

- жидкостного трения;

- поверхностного давления.

По характеру преобладающих в насосе сил и по характеру сообщения рабочей камеры с входом и выходом насоса, т.е. п о принципу действия, судовые насосы можно разделить на объемные и динамические насосы (рис 2.1).

Объемный - это насос, в котором жидкость перемещается под действием сил поверхностного давления и при периодическом изменении объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Динамическим называют насос, в котором жидкость перемещается под воздействием на нее сил инерции или вязкости в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Рисунок 2.1 – Классификация судовых насосов по принципу действия

2.1.1 Объемные насосы. В зависимости от характера движения рабочих органов, объемные насосы подразделяются на возвратно-поступательные и роторные насосы (рис.2.2).

Последние по характеру движения рабочих органов делят на роторные насосы с вращательным движением рабочих органов - роторно-вращательные и с вращательно-поступательным движением - роторно-поступательные насосы.

В объемных насосах преобразование механической энергии двигателя в энергию жидкости осуществляется в процессе вытеснения жидкости из рабочих камер в нагнетательную полость вытеснителями. Т.е. имеет одно прямое преобразование энергии. В объемном насосе, как правило, полость нагнетания герметично отделена замыкателями от приемной полости.

Основные детали объемного насоса: корпус, рабочие органы (тела вытеснения) и замыкатели.

Рисунок 2.2 – Классификация объемных насосов

Возвратно-поступательные объемные насосы по виду рабочих органов можно разделить на поршневые и плунжерные насосы; роторно-вращательные - на шестеренные, винтовые и водокольцевые; роторно-поступательные – на роторно-поршневые и пластинчатые насосы.

Рисунок 2.3 – Поршневые насосы

Поршневой насос (рис.2.3, а) имеет в своем составе цилиндр 2 (корпус), в котором помещен поршень 1 (вытеснитель). Поршень жестко связан со штоком и вместе с ним совершает возвратно-поступательное движение. Насос имеет приемный 3 и напорный 4 клапаны (замыкатели). При движении поршня 1 из крайнего нижнего положения вверх под ним образуется разрежение и жидкость, преодолев сопротивление приемного клапана 3. заполняет цилиндр 2. Двигаясь вниз, поршень давит на жидкость, вытесняя ее из цилиндра. При этом вследствие повышения давления в цилиндре напорный клапан 4 открывается, приемный клапан 3 закрывается. Жидкость, преодолев сопротивление напорного клапана, вытесняется в напорный трубопровод. В отличие от поршневых насосов однократного (одностороннего) действия, насос двойного действия (рис.2.3, б) за один оборот вала двигателя или за время, соответствующее двойному ходу поршня, всасывает и нагнетает жидкость дважды. Т.е. в таких насосах жидкость при движении поршня вытесняется из цилиндра в обе стороны.

Рисунок 2.4 – Плунжерный (а) и поршневой (б) насосы

Плунжерный насос (рис.2.4, а) отличается от поршневого видом рабочего органа. Поршень - это тело вытеснения, у которого диаметр больше высоты. Плунжер – это вытеснитель с высотой больше диаметра. В поршневом насосе уплотнительные кольца расположены на движущемся поршне. Уплотнение плунжерного насоса неподвижное, расположено в корпусе.

Подача Q возвратно-поступательных объемных насосов определяется размерами цилиндра, допустимой скоростью и не зависит (практически) от напора H насоса. Поршневые и плунжерные насосы удобно эффективно использовать для перекачивания небольших количеств жидкости любой вязкости при большой разности давлений. Они могут быть применены в системах, в которых возможно попадание воздуха. По сравнению с поршневыми, плунжерные насосы имеют большой ход и диаметр рабочих органов. Поэтому утечки в них меньше, и они пригодны для больших Н и в малых Q. Поршневые насосы предназначены для меньших Н, но больших Q.

Рисунок 2.5 – Шестеренный насос

Основными деталями шестеренного насоса (рис.2.5) являются корпус I, ротор (ведущая 2 и ведомая 3 шестерни) и замыкатели. Замыкателями и вытеснителями в насосе служат зубья шестерен, установленных в корпусе с небольшими радиальными и осевым зазорами.

При вращении ротора в приемной полости насоса зубья шестерен выходят из впадин, что приводит к увеличению объема полости и созданию в ней разрежения, необходимого для поступления жидкости по приемному трубопроводу в насос. Жидкость заполняет впадины между зубьями, и переносится вращающимися шестернями в напорную полость. Здесь зубья входят в зацепление, вытесняют жидкость из впадины в патрубок и затем в напорный трубопровод. Шестеренные насосы используются для перекачивания масла и жидкого топлива в масляной, топливной и других системах судна.

Винтовой насос (рис.2.6) состоит из трех двухзаходных винтов: ведущего 3 и двух ведомых 4 винтов, установленных с небольшим радиальным зазором во втулке 5 (рубашке) корпуса 2 насоса. По линии контакта ведущий винт 3 и ведомые винты 4 образуют систему уплотнений - ряд изолированных друг от друга полостей, которые при вращении винтов перемещаются поступательно от приемной камеры 1 к напорной 6. Одна крайняя полость соединена с приемной камерой, другая - с напорной. Объем полости, соединенной с приемной камерой при вращении винтов увеличивается, в ней устанавливается разрежение необходимое для подсасывания жидкости по приемному трубопроводу. Жидкость заполняет впадины винтов, соединенные в данный момент с приемной камерой. При повороте винтов крайняя полость отделяется от приемной камеры и перемещается вдоль оси винтов к напорной камере, где винтовая поверхность вытесняет жидкость, уменьшая объем рассматриваемой полости. Таким образом, в винтовом насосе одновременной происходят следующие процессы: - увеличение объема крайней полости; - отсечение ее от приемной камеры; - перенос вдоль оси винтов в напорную камеру; - раскрытие отсеченной полости; - уменьшение ее объема.

На судах винтовые насосы, как правило, применяют для перемещения вязких жидкостей.

Основным элементом водокольцевого насоса (рис.2.7) является лопастное колесо 1, которое эксцентрично установлено в цилиндрическом корпусе 2. В корпусе имеются два серповидных окна – всасывающее 3 и нагнетательное 4. При вращении колеса в корпусе, частично заполненном жидкостью, под действием центробежных сил образуется жидкостное кольцо. Кольцо жидкости расположено концентрично относительно корпуса. Поэтому объем камер, образуемых лопастями и жидкостным кольцом по ходу вращения колеса, сначала увеличивается, а затем уменьшается. При увеличении объема камер в них всасывается воздух через окно 3, а при уменьшении объема камер воздух сжимается и выталкивается из корпуса через окно 4. Таким образом, жидкость в водокольцевом насосе играет роль поршня, сжимающего воздух с последующим удалением его. Водокольцевые насосы используют: - для откачивания воздуха и создания вакуума (до 98%) во всасывающей магистрали центробежных насосов; - в водоопреснительных установках.

Радиально-поршневой насос (рис.2.8) - это роторно-поршневой насос, у которого рабочие камеры (цилиндры 3) расположены радиально относительно оси вращения 0₁ ротора 2 и имеют плоский механизм передачи движения к вытеснителям (поршням 4). Иногда угол между осью вращения ротора и осями цилиндров составляет меньше 90°, но всегда больше 45°.

Насос работает следующим образом. При вращении вала 1 вместе с ним вращается блок цилиндров 2 (ротор) с цилиндрами 3. При этом перемещаются поршни 4, находящиеся в цилиндрах, а ползуны 5 скользят по направляющему кольцу 6. Направляющее кольцо 6 смонтировано на двух полуосях 7 на станине 8 и может устанавливаться как концентрично, так и с некоторым эксцентриситетом относительно оси О₁ вращения блока цилиндров 2. Вращение блока цилиндров сопровождается перемещением поршней и их возвратно-поступательным движением в цилиндрах 3. При этом в верхней половине кольца 6 ползуны перемещают поршни так, что объем рабочих камер под ними возрастает - осуществляется подвод жидкости через аксиальный канал 9. В нижней половине кольца 6 производится ход нагнетания при уменьшении объема рабочих камер и нагнетания жидкости через аксиальный канал 10 вала блока цилиндров в напорный трубопровод. Изменяя эксцентриситет е = O₁О₂, можно менять ход поршня h=2e. Тем самым, в радиально-поршневом насосе, можно при постоянной частоте вращения вала двигателя изменять не только величину подачи насоса, но и ее знак: Поэтому такие механизмы используют и как насосы, и как гидравлические двигатели.

Вторым типом роторно-поршневых насосов является аксиально-поршневой насос (рис. 2.9), у которого рабочие камеры (цилиндры 4) расположены аксиально (или близко к этому) относительно оси вращения ротора 2 и имеют пространственный механизм передачи движения вытеснителям (поршням 3). Угол между осью вращения ротора и осями цилиндров может составлять величину от 0 до 45°. Принцип действия насоса следующий. Вращение вала 7 передается блоку цилиндров 2 (ротору), посаженному с небольшим зазором на цапфу упорно-распределительного диска I. Поршни 3 через шарниры связаны штоками 5 с диском 6, который вращается в направляющей неподвижной станине 8 с помощью вала 7. При вращении вала 7 поршни 3 вместе с ним совершают одновременно вращательное (переносное) и вращательно - поступательное (относительное) движение. При перемещении точки А в положение А^’ объем рабочих камер 4 увеличивается - осуществляется процесс всасывания жидкости из полукольцевого канала 9 под поршень. Затем точка А^’ перемещается в положение А, объем рабочей камеры под поршнем уменьшается, и жидкость нагнетается через полукольцевой канал 10 в напорный трубопровод. Насосы, как правило, имеют устройство поворота диска 6 относительно плоскости вращения. Тем самым, можно изменять ход поршня, а, следовательно, величину и знак подачи насоса: Аксиально-поршневые насосы могут быть использованы и как гидравлические двигатели. Эти насосы имеют меньшие габариты по сравнению с радиально – поршневыми насосами, но более низкий КПД.

Ротор пластинчатого насоса (рис.2.10) эксцентрично расположен в корпусе. Пластины, установленные в пазах ротора, при вращении под действием центробежной силы выдвигаются из пазов и скользят по поверхности корпуса. Пластины образуют вместе с корпусом герметичные, вначале - постепенно увеличивающегося объема полости, затем - постепенно уменьшающегося объема. Жидкость, поступающая в насос, заполняет полости между пластинами ротора, затем пластины отсекают жидкость от полости всасывания и переносят ее в область нагнетания, откуда она вытесняется в напорный трубопровод.

Область применения пластинчатых насосов ограничена относительно малыми напорами и частотой вращения.

Теоретическая характеристика объемных насосов (рис.2.11) – это графическое изображение зависимости напора (или перепада давления, создаваемого насосом) от подачи при постоянных частоте вращения n, вязкости ν и плотности ρ жидкости. Она представляется вертикальной линией. Действительная характеристика несколько отклоняется от прямой линии, вследствие роста утечек через зазоры из напорной камеры в приемную камеру при увеличении напора насоса. Это отклонение тем больше, чем меньше подача и больше напор, создаваемый насосом. Характеристика объемных насосов имеет аналогичный вид, независимо от вида движения рабочих органов (вытеснителей).

Основные преимущества объемных насосов:

возможность получения больших напоров;
обеспечение сухого всасывания - самовсасывающие насосы;
высокий КПД;
возможность перекачивания высоковязких жидкостей.

Недостатки, присущие объемным насосам:

большие масса и габариты при большой подаче и, как следствие ограниченная подача;
пульсирующая, неравномерная подача;
возможность перекачивания только чистых (без механических примесей) жидкостей.

2.1.1 Динамические насосы. Динамические насосы по виду сил, действующих на жидкость, разделяют на лопастные, вихревые и струйные насосы (рис.2.12).

Рисунок 2.12 – Классификация динамических насосов

Сообщение энергии жидкости в лопастных насосах происходит за счет массовой силы, обусловленной инерцией жидкости. В таких насосах является нежелательным фактором, снижающим экономичность работы. В насосах трения жидкость перемещается за счет вязкостного трения. Типичным представителем этой группы насосов является вихревой насос.

Как массовая, так и сила трения действуют на жидкость в струйном насосе.

Принцип действия лопастных насосов основан на силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком жидкости. По направлению течения жидкости в проточной части лопастные насосы разделяют на центробежные, осевые и диагональные насосы.

Рисунок 2.13 – Центробежный насос

Центробежный насос. В колесе центробежного насоса (рис.2.13) жидкость, обтекая лопасти, движется в радиальном направлении, и поэтому работа центробежных сил значительна. Рабочее колесо 3 является органом, непосредственно передающим механическую энергию двигателя перемещаемой жидкости. Оно состоит из ведомого 4и ведущего 6 дисков. Ведущий диск жестко связан с валом 7. Диски соединяются между собой лопастями 9. Совокупность вала насоса со всеми деталями, вращающимися вместе с ним, называют ротором насоса. Корпус 5, конструктивно объединяющий все элементы насоса, выполнен в виде спирального отвода с прямолинейным диффузором 10, к фланцу которого крепится напорный трубопровод. Крышка корпуса выполнена совместно с входным патрубком, к которому крепится трубопровод, подводящий жидкость к насосу. Для уменьшения утечки жидкости из области нагнетания за колесом в область всасывания, перед ним через кольцевое пространство между колесом и крышкой корпуса служит уплотнение 2. Сальник 8 служит для отделения внутренних полостей насоса от наружной среды в месте выхода вала насоса из корпуса насоса или уменьшения утечек жидкости.

При вращении рабочего колеса его лопасти воздействуют на жидкость и создают вынужденное вращательное и поступательное её движение. Скорость и давление жидкости, т.е. механическая энергия при этом увеличивается. В диффузоре отвода кинетическая энергия жидкости преобразуется в потенциальную энергию давления.

В осевом насосе (рис.2.14) передача энергии жидкости происходит при силовом взаимо-

действии вращающегося колеса 4 с потоком жидкости. Скорость, а значит и кинетическая энергия потока жидкости от входа к выходу из колеса возрастают. Частицы жидкости перемещаются как поступательно, так и совершают вращательное движение. Устранение вращательного движения потока жидкости за колесом и преобразование ее кинетической энергии в потенциальную энергию потока происходит в спрямляющем аппарате 5. Принципиальное отличие осевых насосов от центробежных заключается в отсутствии радиальных перемещений частиц жидкости, движущихся по цилиндрическим поверхностям, соосным оси вала. При этом работа центробежных сил равна нулю, а приращение статической составляющей напора происходит исключительно за счет преобразования кинетической энергии в потенциальную энергию давления, т.е. за счет использования диффузорного эффекта. Поэтому осевые насосы являются низконапорными и их применяют при большой подаче.

Диагональный насос (рис.2.15) является промежуточной формой между центробежным насосом и осевым насосом. В этом насосе жидкость, обтекающая лопасть рабочего колеса, имеет осевой вход и диагональный выход, как результат осевого и радиального направлений. Диагональные насосы применяют при относительно повышенном напоре, когда из-за допустимой высоты всасывания нельзя использовать осевые насосы.

Характеристика лопастного насоса – графическое изображение зависимости напора, создаваемого насосом, от подачи при постоянной частоте вращения колеса – имеет вид плавной кривой. Крутизна и характер характеристики зависят от типа лопастного колеса. У осевых насосов характеристика более крутая, чем у центробежных насосов (рис.2.16).

Рисунок 2.16– Характеристики лопастных центробежного (а) и осевого (б) насосов

Достоинства лопастных насосов следующие: - равномерность подачи;

- возможность непосредственного соединения с быстроходным двигателем;

- небольшие масса и габариты; - простота и удобство обслуживания;

- способность перекачивать загрязненные жидкости.

Основнымнедостатком лопастных насосов является отсутствие самовсасывающей способности. КПД большинства лопастных насосов ниже, чем у объемных насосов.

Закрыто - вихревой насос (рис.2.17) имеет закрытое рабочее колесо, представляющее собой диск постоянной толщины с короткими лопатками, расположенными на периферии.

Рисунок 2.17 – Закрыто - вихревой насос

Лопатки разделены перегородкой на две части. Пространство между лопатками ограничено со всех сторон кольцевым каналом постоянного сечения. Подвод жидкости осуществляется на периферии непосредственно в канал колеса. Лопатки выполняют радиальными, наклоненными вперед или назад. Насос состоит из корпуса 1 и рабочего колеса 2. Входное 5 и напорное 4 окна размещают в корпусе насоса напротив торцов лопастей. Окна соединяют периферийно-боковым каналом 3, охватывающим колесо. Входное и напорное окна отделены перемычкой, имеющей небольшой осевой и радиальный зазоры (0,1—0,15 мм) с рабочим колесом.

Жидкость всасывается колесом из боковой части канала корпуса, проходит через каналы колеса и подается в периферийную часть канала корпуса. В результате в канале возникает сложное движение жидкости, которое складывается из вихревого движения в меридианном сечении канала со скоростью с_т и движения вдоль оси канала со скоростью с_и. За время пребывания в канале частица жидкости несколько раз проходит через каналы колеса. Кроме того, энергия передается жидкости переносом количества движения при вторичных движениях. При вращении колеса кромки лопастей увлекают жидкость и создают турбулентный пограничный слой, в котором происходит перенос количества движения мелкими вихрями.

Рисунок 2.18 – Открыто – вихревой насос

Открыто – вихревые насосы (рис.2.18) имеют боковой канал 1, проходящий в корпусе 8 напротив концов лопастей рабочего колеса 5. Канал начинается над всасывающим окном 7 и заканчивается над нагнетательным окном 3. Открытое рабочее колесо 5 представляет собой диск с длинными радиальными лопатками. Боковой канал в средней части имеет постоянную глубину, а на начальном и конечном участках глубина постепенно уменьшается до величины осевого зазора. Всасывающее 7 и нагнетательное 3 окна располагаются у втулки колеса и соединяются боковым каналом 1 с межлопастными каналами рабочего колеса.

Открыто-вихревые насосы обладают хорошей самовсасывающей способностью. Преимущества вихревых насосов перед поршневыми насосами заключаются в меньших массе и габаритах, в большей экономичности по сравнению с центробежными при малых ns <40. Недостатками насоса являются низкая экономичность (0.3…0.4) и неуравновешенность радиальных сил, действующих на рабочее колесо.

Принцип действия струйного насоса (рис.2.19) состоит в непосредственной передаче энергии от одной жидкости (рабочей), обладающей большим запасом энергии, к другой (перекачиваемой), обладающей меньшим запасом энергии, в процессе их смешения. Схема струйного насоса включает следующие элементы: приемную камеру 1, сопло 2, камеру смешения, состоящую из конфузора 3 и цилиндрического горла 4, диффузор 5. Рабочая вода, как правило, от напорно-пожарной магистрали подается под давлением 0,8…1,6МПа в сопло 2, в котором происходит преобразование потенциальной энергии потока рабочей воды в кинетическую энергию струи. На выходе из сопла 2 струя имеет скорость 35-50 м/с и, обладая всасывающей (эжектирующей) способностью, увлекает за собой перемещаемую среду (воздух, жидкость, смесь газов и т. п.). Вследствие этого в приемной камере 1 создается разряжение, оно же будет и в камере смешения 3, куда непрерывно поступает под действием разности давлений в приемном резервуаре и камере смешения перемещаемая среда. В камере смешения 3 происходит передача энергии от рабочей струи перемещаемому потоку в результате обмена импульсами и частицами в пограничном слое (область пониженного давления). Частицы рабочей среды проникают в перекачиваемую среду, увлекают ее и сообщают ей энергию. При этом скорость рабочей струи понижается, а скорость перемещаемого потока растет. Происходит растекание ядра потока. Количество среды в струе увеличивается по мере удаления от сопла 2 из-за непрерывного вовлечения перекачиваемой среды. Диаметр струи увеличивается, и на некотором расстоянии пограничный слой касается стенки конфузора 3 камеры смешения. Смешение потоков заканчивается, вовлечение новых частиц прекращается ориентировочно около горла 4. Струя воды имеет форму расходящегося конуса. Из гидравлики известно, что

Рисунок 2.19 – Конструктивная схема струйного насоса

скорость потока увеличивается, если его поперечное сечение уменьшается. Так как коэффициент эжекции (одна из основных характеристик эжекторов) (G - массовое количество всасываемой среды; - массовое количество рабочей среды) всегда больше единицы, то камера смешения должна иметь форму сходящегося конуса. Цилиндрическое горло 4 необходимо только для завершения процесса смешения и выравнивания поля скоростей по сечению проточной части горла. В диффузоре 5 кинетическая энергия смешанного потока преобразуется в потенциальную энергию давления. На выходе из диффузора 5 скорость воды составляет 3- 5 м/с.

К достоинствам струйных насосов относят:

- отсутствие движущихся частей;

- надежность действия;

- малые масса и габариты. Основным недостатком является низкий КПД (20…40%).

Рисунок 2.20– Области применения насосов различных типов

Поршневые насосы применяют в области малых подач и больших напоров (рис.2.20). Лопастные насосы используют, главным образом, для перекачивания жидкостей с относительно небольшой вязкостью для подач от малых (меньших 1 м3/ч) до очень больших (100000 м3/ч) с напором от 10 до 10000 Дж/кг (от 1 до 1000 м вод. ст.). Это самая распространенная группа судовых насосов.

Вентилятором называется машина для сообщения энергии воздуху (газу). На судах для принудительного перемещения воздуха используют лопастные вентиляторы. На судах вентиляторы применяют для подачи воздуха в топки котлов, создания воздушной подушки под днищем неводоизмещающего судна, в системах кондиционирования воздуха, в системах общесудовой вентиляции. В центробежном вентиляторе воздух поступает к рабочему колесу 2 по конфузорному патрубку 7. При взаимодействии с лопастями 5 колеса, насаженного на вал 4 двигателя, механическая энергия последнего преобразуется в энергию воздуха. Рабочее колесо заключено в спиральный кожух (корпус) I, служащий для сбора воздуха и преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию.

Рисунок 2.21– Центробежный вентилятор

Осевой вентилятор (рис.2.22) состоит из цилиндрического корпуса 2 с размещенным внутри его рабочим колесом с лопастями 4. Колесо закреплено на валу консольно. Со стороны входа потока расположен обтекатель 1. Для обеспечения осевого входа воздушного потока на лопасти рабочего колеса в корпусе вентилятора установлен входной направляющий аппарат с лопатками 3. За рабочим колесом, лопасти 4 которого передают энергию от двигателя потоку воздуха, расположен спрямляющий аппарат 5, служащий для устранения закрутки потока и преобразования кинетической энергии в потенциальную.

Рисунок 2.22– Осевой вентилятор

2.2 Классификация насосов и вентиляторов по назначению

По назначению судовые насосы и вентиляторы делятся на насосы и вентиляторы, обслуживающие:

системы главных и вспомогательных судовых энергетических установок (СЭУ);
общесудовые системы;
системы судовых устройств и силовой гидравлики

2.2.1 Насосы, обслуживающие системы СЭУ

К 1-й группе относятся питательные, конденсатные, бустерные, циркуляционные, охлаждающие, масляные, топливные, топливоперекачивающие, маслоперекачивающие и другие насосы, а также котельные и машинные вентиляторы.

Рассмотрим некоторые из вышеперечисленных насосов на примере схем СЭУ: паротурбинной, дизельной и ЯЭУ.

Паротурбинная установка.

Конденсатный насос. Конденсатный насос (КН) предназначен для непрерывного удаления конденсата из конденсатора и подачи его в деаэратор или к питательному насосу в зависимости от принятой схемы питания парогенераторов (рис. 2.23). В деаэраторе происходит удаление растворенных газов из воды путем нагрева ее до температуры насыщения при определенном давлении в деаэраторе.

Рисунок 2.23 - Схема конденсатно - питательной системы с термическим деаэратором

Так как параметры перекачиваемого конденсата близки к параметрам насыщения, то конденсатный насос работает в тяжелых условиях и должен иметь высокие антикавитационные качества и надежность в работе. Для этого центробежный КН имеет: малую скорость входа жидкости в рабочее колесо (РК) первой ступени: Со=0,9÷1,0 м/с; лопасти двоякой кривизны и геометрический подпор 0,5…1,2 м.

Малая скорость Со достигается снижением частоты вращения n (700÷1500 об/мин) и развитым входом. Расчетная подача конденсатного насоса не менее чем на 25 % должна превышать максимальное количество конденсата, поступающего в конденсатор. При этом учитывается неравномерность подачи в эксплуатационных условиях (крен судна). Располагается КН под конденсатором, как можно ближе к нему. Напор насоса зависит от схемы питания парогенераторов и составляет 300-850 Дж/кг.

Конденсатные насосы обычно выполняют центробежного типа с двумя или тремя ступенями, чтобы обеспечить надежность работы насоса по условиям на всасывании и увеличение КПД. Как правило, первая ступень имеет меньший напор, чем последующие ступени.

Главные конденсатные насосы обычно выполняют с вертикальным валом. Колесо первой ступени располагают на нижнем участке вала, что позволяет создать максимальный подпор перед насосом. Для отвода жидкости от рабочих колес применяют либо спиральные отводы, либо направляющие аппараты. Нижние опорные подшипники скольжения располагают внутри корпуса насоса. Они смазываются и охлаждаются перекачиваемой жидкостью. Верхний подшипник насоса выносится из корпуса и смазывается или жидкой, или консистентной смазкой.

Для уплотнения места выхода вала из корпуса применяют либо торцевые уплотнения, либо сальники с мягкой набивкой.

В качестве приводных двигателей используют асинхронные электродвигатели переменного тока или паровые турбины с редуктором.

Питательный насос.Питательный насос (ПН) предназначен для подачи питательной воды к главным и вспомогательным парогенераторам. Подача питательного насоса примерно на 30-50% больше нормальной паропроизводительности парогенератора. Давление на выходе из насоса на 20-30 % должно превышать давление в парогенераторе. В качестве питательных насосов обычно применяют многоступенчатые центробежные насосы (рис. 1.8). Число ступеней определяется напором на ступень и максимально допустимой частотой вращения ротора, обеспечивающей бескавитационную работу насоса. Условия работы ПН определяются одним из трех вариантов установки их в тепловой схеме.

Вариант а) - с термическим деаэратором. ПН забирает воду из деаэратора, имеет в качестве первой ступени, так называемую подпорную или бустерную ступень, обладающую повышенными кавитационными качествами, которые достигаются за счет:

развитого входа жидкости в колесо; пониженной частоты вращения (4000-5000 об/мин);

двоякой кривизны лопастей; наличием подпора на входе (давление в деаэраторе плюс геометрическая высота всасывания 5÷10 м).

Остальные 3…4 ступени ПН имеют цилиндрические лопасти.

Вариант б) - перед ПН установлен бустерный насос, создающий подпор, необходимый для бескавитационной работы питательного насоса. Благодаря подпору давление в приемном патрубке питательного насоса повышается до (4 …7)10⁵ Па. Подача бустерного насоса равна подаче питательного насоса или на 10-15 % больше нее. Частота вращения ротора питательного насоса принимается в пределах 5000-9000 об/мин. По расположению вала питательные насосы могут выполняться вертикальными или горизонтальными.

В насосах вертикального исполнения нижний опорный подшипник смазывается и охлаждается перекачиваемой жидкостью, а верхний подшипник, находящийся в своем корпусе, - маслом. В насосе горизонтального исполнения вал опирается на два подшипника скольжения, имеющих принудительную масляную смазку. Вкладыши подшипников стальные, залитые баббитом. На выходе вала из корпуса устанавливают уплотнительные сальники с мягкой набивкой, пропитанной маслом и графитом. Для уравновешивания осевой силы, как правило, применяют разгрузочный диск. Приводными двигателями питательных насосов служат паровые турбины, реже электродвигатели. Иногда насос приводится от вала автономного турбогенератора.

Вариант в) ПН в бездеаэраторной конденсатно – питательной системе забирает воду от КН при t=28-35˚C. Число ступеней в насосе не мене трех-четырех, частота вращения n=5000÷7000 об/мин.

Главный циркуляционный насос (центробежный или осевой) прокачивает забортную воду через трубки конденсатора для конденсации отработавшего в турбинах пара, поступающего в конденсатор (рис.2.24). Подача Q≤10000 м³/час, напор Н=50÷100 Дж/кг, частота вращения n=700÷1000 об/мин. Привод насоса – турборедукторный или электрический. Расчетная подача насоса определяется тем условием, что расход охлаждающей воды, необходимый для конденсации 1 кг пара, составляет от 50 до 100 кг в зависимости от требуемого вакуума в конденсаторе и температуры забортной воды. Циркуляционные насосы могут использоваться как водоотливные для откачивания воды из трюма при авариях и для подачи охлаждающей воды в маслоохладители.

Рисунок 2.24 - Схема циркуляционной системы главного конденсатора

Топливный насос подает топливо из расходных цистерн через фильтры и подогреватели к форсункам котла 9 (рис. 2.25). Топливный насос 4 принимает мазут из расходных топливных цистерн / через трубопровод 2 и двойной фильтр грубой очистки 3 и по трубопроводу 5 подает в нефтеподогреватели 6 и 7, а затем через фильтр тонкой очистки 8 к форсункам 9 парогенератора 10. Излишний мазут стекает от форсунок по трубопроводу 11 в цистерну 1.

Напор топливного насоса зависит от системы форсунок. Для форсунок с механическим распыливанием мазута напор принимается равным 2000—4000 Дж/кг. Подача топливного насоса зависит от расхода топлива на парогенератор. Топливные насосы выполняют винтовыми и реже шестеренными с электрическим приводом.

Топливоперекачивающие насосы служат для перемещения жидкого топлива из запасных цистерн в расходные и выгрузки топлива с судна. Топливоперекачивающий насос 14 (см. рис. 2.25) по трубопроводу 13 принимает мазут из запасных цистерн 12 и подает по трубопроводу 15 через фильтр 16 в цистерну 1. Напор этих насосов зависит от гидравлических сопротивлений трубопроводов топливоперекачивающей системы, разности уровней топлива в цистернах и составляет 250—500 Дж/кг, Подача топливоперекачивающего насоса выбирается из условия обеспечения установки топливом на максимальной нагрузке или из условия, что насос обеспечивает перекачивание топлива из наибольшего отсека в установленное время.

Масляные насосы напорной (циркуляционной) системы смазки подают под давлением масло для смазки трущихся частей машин и для отвода тепла, выделяющегося при трении (рис. 2.26). Масляный насос 3 откачивает масло по трубопроводу 2 из сточной цистерны двигателя 1 и подает его через фильтр 4 и маслоохладитель 5 по трубопроводу бк двигателю 7.

Напор масляных насосов для напорных систем составляет 400— 500 Дж/кг, а для гравитационных — несколько ниже 300—400 Дж/кг. Подача насоса зависит от мощности обслуживаемого механизма и достигает 0,15 м³/с.

Маслоперекачивающие насосы служат для перекачивания масла из запасных цистерн в расходную. Насос 9 (см. рис. 2.26) по трубопроводу 8 берет загрязненное масло из сточной цистерны двигателя 1 и, по трубопроводу 10 перекачивает в цистерну отработавшего масла 11. Напор маслоперекачивающего насоса составляет 250—500 Дж/кг. Топливные и масляные насосы выполняются объемного типа: винтовыми, шестеренными и поршневыми, а насосы системы смазки — иногда центробежными.

Пароструйный эжектор создает разряжение в главном конденсаторе. Используется трехступенчатый струйный насос с промежуточным охлаждением.

Вентиляторы воздухоподающей системы парогенераторов подают в парогенератор воздух, необходимый для сжигания в нем топлива. Воздух, всасываемый вентилятором из приемной шахты, попадает по воздухопроводу непосредственно в парогенератор. Подача вентилятора зависит от количества воздуха, необходимого для сжигания' топлива в парогенераторе. Напор вентилятора определяется аэродинамическими сопротивлениями системы и типом парогенератора и достигает 6000—10 000 Дж/м³. Для подачи воздуха в парогенераторы применяют центробежные и осевые вентиляторы.

Вентиляторы системы вентиляции машинных отделений подают холодный и удаляют нагретый воздух из машинных отделений судна. В машинных отделениях происходит выделение тепла нагретыми поверхностями механизмов и трубопроводов и вследствие пропуска пара и газа во фланцах и уплотнениях арматуры. Вентиляция воздуха снижает температуру и влажность воздуха в машинном отделении и обеспечивает приемлемые условия для работы команды. Обычно применяется нагнетательная и вытяжная вентиляция. Подача воздуха из нагнетательной системы происходит у постов управления и мест обслуживания механизмов. Отбор воздуха производится у наиболее интенсивных источников тепла. Нагнетательный вентилятор 2 берет воздух через трубопровод 1 и подает его через трубопроводы 3 и. 4 вмашинное отделение (рис. 2.27). Вытяжной вентилятор 6 отсасывает нагретый воздух из машинного отделения по трубопроводу 5 и выбрасывает его в атмосферу по трубе 7.

Подача нагнетательных вентиляторов зависит от объема вентилируемого помещения и кратности обмена воздуха, которая для машинных отделений составляет около 40. Напор вдувных вентиляторов находится в пределах 1000 …2000 Дж/кг.

Дизельная установка.

В состав дизельной установки входят топливная система, масляная система и система охлаждения. Насосы систем охлаждения подают воду для охлаждения цилиндров и крышек главных двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, корпусов газовых турбин, подшипников валопроводов и вспомогательных механизмов, масла в маслоохладителях.

Насос системы охлаждения пресной воды главных двигателей подает пресную воду в водоохладитель 3, затем по трубопроводу 5 в двигатели 6 на охлаждение втулок и крышек двигателя (рис. 2.28). Нагретая вода по трубопроводу 7 возвращается в насос 1. Наиболее высокий участок трубопровода 7 соединен с расширительной цистерной 8, которая сообщена с атмосферой. Через расширительную цистерну воздух отводит из системы в атмосферу, и система заполняется водой. Регулирование температуры пресной воды, поступающей в двигатель, осуществляется термостатом 4, который подает воду от насоса к двигателю по перепускному трубопроводу, минуя водоохладитель 3. Резервный насос 2 системы пресной воды включен параллельно основному насосу 1.

Для охлаждения пресной воды имеется система охлаждения забортной воды. Забортная вода насосом 11 или 12 принимается через кингстон 9 и фильтры 10 и подается в маслоохладитель 13, по трубе 14 в водоохладитель 3 и по трубопроводу 15 через кингстон 16 за борт. По трубопроводу 17 забортная вода подается на охлаждение подшипников валопровода, компрессоров и других вспомогательных механизмов.

Подача насосов системы охлаждения зависит от тепловыделений в охлаждаемых объектах и лежит в весьма широких пределах. Напор насосов забортной воды составляет 150—300 Дж/кг, а насосов системы охлаждения пресной воды 250…450 Дж/кг. Насосы системы охлаждения обычно выполняют центробежными.

Ядерная энергетическая установка.

В ядерной установке с водоводяным реактором существует 4 контура, которые обеспечиваются следующими насосами:

1-й контур – главные циркуляционные насосы перекачивают радиоактивный теплоноситель.

Тип насоса – центробежный, одноколесный, весь насос герметично заключен в тракт. Такие насосы называются бессальниковыми или герметичными. Привод – электрический,

2-й контур – насосы аналогичные насосам ПТУ на органическом топливе.

3-й контур – охлаждающие насосы пресной воды для охлаждения радиоактивного оборудования: биологической защиты, опор насосов 1-го контура, фильтров.

4-й контур – охлаждающие насосы забортной воды.

Охлаждающие насосы пресной и забортной воды – центробежные, одноколесные.

2.1.2 Насосы общесудовых систем

Подразделяются на:

напорно-пожарные;
трюмные;
санитарные;
балластные.

Напорно-пожарные насосы. Насосы водяной противопожарной системы обеспечивают забортной водой противопожарную систему, подают рабочую воду к водо - водяным эжекторам и гидротурбинам, снабжают забортной водой ряд судовых потребителей. Напор насоса, если он используется только впротивопожарной системе, принимается равным 600…800 Дж/кг. При использовании насоса для подачи рабочей воды к эжекторам и гидротурбинам напор его повышают до 1700…1800 Дж/кг. Насосы, обслуживающие противопожарную систему, эжекторы и гидротурбины, выполняют центробежными с двумя (или четырьмя) колесами, которые с помощью золотника соединяются параллельно, если насос работает на противопожарную систему, и последовательно, когда насос подает воду к гидротурбинам. Располагают насосы ниже ватерлинии на 2…4 м. Привод: - турбинный безредукторный n=3200÷4000 об/мин или электрический с n=3000 об/мин или дизельный.

Трюмные насосыподразделяют на водоотливные (для удаления больших масс воды при авариях) и осушительные (для удаления небольших масс воды). Насосы судовых осушительных систем удаляют за борт воду, скапливающуюся на судне при нормальной его эксплуатации вследствие утечек из водопроводов и цистерн, проникновения через люки, иллюминаторы, в результате атмосферных осадков и мытья палуб. Осушительные насосы используют для удаления воды, оставшейся после работы балластной, водоотливной и противопожарной систем. В качестве насосов осушительных систем применяют центробежные с электрическим приводом, винтовые, поршневые и водо - водяные эжекторы. Подача осушительных насосов составляет 0,005…0,05 м³ /с, а напор 150…250 Дж/кг. Насосы водоотливной системы откачивают воду из затопленных при авариях трюмов. Эти системы обслуживаются центробежными насосами или водо - водяными эжекторами. Подача водоотливных насосов достигает 0,15…0,30 м³/с при напоре до 200 Дж/кг.

Санитарные насосы. Насосы систем бытового водоснабжения обеспечивают подачу забортной, пресной питьевой и мытьевой холодной и горячей воды к различным судовым потребителям. Подача насосов находится в пределах 0,001…0,01 м³/с при напоре 300…600 Дж/кг. Насосы выполняют центробежными, вихревыми и центробежно - вихревыми (часто с устройствами, обеспечивающими самовсасывание).

Балластные насосы. Насосы балластной системы служат для заполнения, осушения и перекачки балласта из одной балластной цистерны в другую. Подача балластных насосов находится из условия, что весь балласт судна откачивается за 6…8 ч. Напор насоса лежит в пределах 150…300 Дж/кг. Балластная система часто соединяется с осушительной и обслуживается одними насосами.

Насосы судовых устройств и гидравлики. Используются объемные насосы (поршневые, шестеренные, винтовые, роторно-поршневые насосы) для системы управления гидроприводами, электрогидравлических рулевых машин.

Грузовые насосы. Предназначены для откачки больших масс жидких грузов (нефть, масло, бензин и др.) из танков нефтеналивных судов. Тип насосов – центробежный, диагональный с двухсторонним всасыванием, винтовой. Привод – электрический, турбинный, гидродвигатель.

Указанные насосы и вентиляторы охватывают основные нагнетатели, установленные на судах. Кроме того, на судах имеется еще ряд:

· установок (испарительная, водоопреснительная, холодильная, компрессорная и др.);

· систем (мойки и очистки танков, регенерации воздуха и др.);

· помещений (отсеки аккумуляторных батарей, цистерны для нефти и масла, грузовые трюмы, отделения холодильных и компрессорных машин, насосные отделения танкеров и др.),

для нормальной эксплуатации, которых, требуются соответствующие насосы и вентиляторы.

дисциплина «СУДОВОЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ энергетическое

оборудование»

Курс «Судовые гидравлические машины». Автор Чернов А.И.

Контрольный тест к модулю №2

Тема «Классификация и области применения СГМ»

№№ вопросов	Вопросы	Ответы
1	Какие из перечисленных насосов относятся к объемным насосам?	1. осевой 2. плунжерный 3. вихревой 4. шестеренный 5. центробежный 6. винтовой 7. поршневой
2	Какие из перечисленных насосов относятся к динамическим насосам?	1. осевой 2. плунжерный 3. вихревой 4. шестеренный 5. центробежный 6. винтовой 7. поршневой
3	Какие из перечисленных особенностей относятся к объемным насосам?	1.большая подача 2. большой напор 3. самовсасывающий 4. несамовсасывающий 5. равномерная подача 6. малая подача 7. малый напор; 8. неравномерная подача 9. высокий КПД 10. работают на чистых жидкостях; 11. работают на загрязненных жидкостях
4	Какие из перечисленных особенностей относятся к динамическим насосам?	1. большая подача 2. большой напор 3. самовсасывающий 4. несамовсасывающий 5. равномерная подача 6. малая подача 7. малый напор; 8. неравномерная подача 9. высокий КПД 10. работают на чистых жидкостях; 11. работают на загрязненных жидкостях
5	Какие насосы имеют изображенные графические зависимости?	1. Лопастной насос - а или б? 2. Объемный насос - а или б?
6	В каких из перечисленных насосов имеет место двойное преобразование энергии приводного двигателя в энергию жидкости?	поршневой осевой шестеренный винтовой центробежный диагональный
7	Какие из перечисленных насосов относятся к объемным роторно- вращательным насосам?	1.поршневой 2.осевой 3.шестеренный 4.винтовой 5.центробежный 6.диагональный 7.плунжерный 8.пластинчатый
8	Какие насосы применяют: а) при больших напорах и малой подаче? б) при больших подачах и малом напоре? в) в широком диапазоне напоров и подач?	1 - поршневой - а, б или в? 2 - осевой - а, б или в? 3 - центробежный - а, б или в?
9	Какие из перечисленных насосов относятся к насосам, обслуживающим общесудовые системы?	1.топливный 2. осушительный 3.трюмный 4.конденсатный 5.питательный 6.масляный 7. водоотливной 8. циркуляционный 9.охлаждающий 10. санитарный 11.грузовой 12. пожарный 13 балластный
10	Какие из перечисленных насосов относятся к насосам, обслуживающим системы СЭУ?	1.топливный 2. осушительный 3.трюмный 4.конденсатный 5.питательный 6.масляный 7. водоотливной 8. циркуляционный 9.охлаждающий 10. санитарный 11.грузовой 12. пожарный 13 балластный

№№ вопросов	№№ правильных ответов
1	2,4,6,7
2	1,3,5
3	2,3,6,8,9,10
4	1,4,5,11
5	1-б 2-а
6	2,5,6
7	3,4
8	1-а 2-б 3-в
9	2,3,7,10,12,13
10	1,4,5,6,8,9

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 178; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!