85XМеждународная научно-практическая конференция
УДК 629.12
Тихонов Николай Федорович Tikhonov Nikolay Fedorovich
Старший преподаватель кафедры прикладной механики и графики Senior Lecturer of the Department of Applied Mechanics and Graphics ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»
"Chuvash state University. I. N. Ulyanov» Скворцов Дмитрий Валерьевич Skvortsov Dmitry Valeryevich
Студент Student
ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»
"Chuvash state University. I. N. Ulyanov»
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ИСТОРИЯ
ИХ РАЗВИТИЯ
MARINE POWER PLANTS AND THEIR DEVELOPMENT HISTORY
Аннотация, в статье дано характеристика понятию «судовая энергетическая установка», исследования история их развития, а также первые суда с двигателями внутреннего сгорания. Проанализированы материалы, которые используются для смазывания движущихся деталей СЭУ и принцип их работы на современном этапе.
Abstract: the article describes the concept of "ship power plant", studies the history of their development, as well as the first ships with internal combustion engines. The materials that are used to lubricate the moving parts of the power plant and the principle of their operation at the present stage are analyzed.
Ключевые слова, судовые энергетические установки, история развития, электрическая энергия, двигатель, движение судна.
Key words: ship power plants, history of development, electric energy, engine, ship movement.
Постановка проблемы. Эффективное функционирование, проектирование и модернизация водного транспорта - актуальное и приоритетное направление развития научных знаний в судоходстве, как отрасли экономики Российской Федерации. Это направление должно быть основанным на разработке
«Новые импульсы развития: вопросы научных исследований» теоретически обоснованных, методично обеспеченных и практически
реализуемых основ сбалансированного развития технической эксплуатации
флота (ТЭФ).
Цель статьи - исследовать историю функционирования, современное состояние и перспективы развития судовых энергетических установок.
Судовая энергетическая установка (СЭУ) — комплекс машин, механизмов, теплообменных аппаратов, источников энергии, устройств и трубопроводов, предназначенных для обеспечения движения судна, а также снабжения энергией различных его механизмов.
Идея применения тепловых двигателей для двигателей судна возникла давно, однако выполнена была в начале XIX в. Еще 120 г. до н. э. в Египте Герон Александрийский доказал возможность получения механической работы за счет пара. Он изобрел устройство, в котором слой вращался под действием пара, поступающего у него под давлением и выходящего через трубки с двух противоположных сторон.
Основы учения о теплоте впервые были разработаны российским ученым М. В. Ломоносовым, который в своих работах обозначил теорию преобразования теплоты в механическую работу. Русский теплотехник, выдающийся изобретатель И. И. Ползунов использовал теорию Ломоносова на практике. В 1764 он создал первую в России паровую машину для подачи воздуха в плавильные печи [1].
В 1783 английском изобретателю Уатту удалось построить первую машину с непрерывно вращающимся валом. Паровая машина Уатта вышла надежной и получила широкое распространение. В 1807 г. Фултон в Америке построил пароход «Клермонт» с паровой машиной Уатта. Это и положило начало развитию судоходства с механическими двигателями.
Первый российский пароход «Елизавета» был построен в Петербурге на заводе Берда (территория Адмиралтейского завода) и в 1815 году совершил первое плавание из Петербурга в Кронштадт. Расстояние, равное 25 км, было преодолено за 3 часа 15 минут.
XМеждународная научно-практическая конференция В 1893 г.. немецкий инженер Рудольф Дизель предоставил сведения об
изобретении им теплового двигателя. В качестве топлива он предлагал
использовать угольную пыль. Однако построенный в 1895 г. двигатель
получился не трудоспособным. После внесения ряда изменений в 1897 был
построен двигатель с воспламенением от сжатого воздуха. В этом двигателе
цилиндры заполнялись атмосферным воздухом, который сжимался, в результате
чего давление и температура повышались. В конце сжатия в цилиндры
подавалось топливо в разжигающем виде, которое смешивалось с горячим
воздухом и самовоспалялось. Двигатель работал на керосине.
Первые суда с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) появились в
России. На Сормовском заводе в 1903 г. было построено нефтеналивное судно
«Вандал» с тремя трехцилиндровыми двигателями мощностью каждого из них
106 кВт (120 л.с.), а в 1904 г. - танкер «Сармат» с двумя четырехцилиндровыми
двигателями мощностью по 132 кВт (180 л с.).
В настоящее время ДВС является наиболее распространенным типом
тепловых двигателей (рис.1).
Рис. 1. Судовые энергетические установки
«Новые импульсы развития: вопросы научных исследований»
Для смазывания движущихся деталей СЭУ используют в основном
моторные, компрессорные масла и пластичные смазочные материалы [2].
Моторные масла в зависимости от области применения делятся на шесть групп:
А - для нефорсированных двигателей;
Б - для малофорсированных двигателей;
В - для среднефорсированных двигателей;
Г - для двигателей;
Д - для высокофорсированных дизелей, работающих в тяжелых условиях;
Е - для малооборотных дизелей, работающих на тяжелом топливе с содержанием серы до 3,5%.
Масла группы Б, В и Г могут иметь индексы 1 (для двигателей с искровым зажиганием топлива) и 2 (для дизеля).
Внутри каждой группы масла могут иметь различную вязкость. К примеру, в марке М16 буква М обозначает моторное масло, цифра 16 - его вязкость 16 * 10-6 м2 / с при 100°С.
Иногда в марку моторного масло входят дополнительные буквы или цифры, уточняющие его назначение и свойства. Например, в циркуляционных смазочных системах некоторых дизелей применяют моторное масло М 10Г2ЦС; для смазывания малооборотных дизелей, работающих на высокосеровом топливе, масла М 16Е30 и М 16Е60, где 30 и 60 щелочные числа (количество мг КОН в 1 г масла). Некоторые детали высокотехнологичных двигателей смазывают авиационным маслом МС20 склонным очистке различными растворителями, и МК22 очищенным серной кислотой. Цифры 20 и 22 в марках таких масел также означают вязкость (10-6 м2 / с) при 100°С.
Для смазывания компрессоров, работающих при давлении до 4 МПа, используют компрессорное масло К-12, а для компрессоров, развивающих давление более 4 МПа, масло К-19 [3].
В качестве пластических смазочных материалов на судах применяют солидолы и консалин, представляющие смесь минерального масла с
XМеждународная научно-практическая конференция загустителями. Их используют для смазки легконапряженных деталей дизеля и
для покрытия металлических поверхностей с целью защиты от коррозии.
Наибольшее применение на судах получили пластичные смазочные материалы
2-го класса консистенции СКА 2 / 8-2 (солидол с загущенных кальциевым
маслом) и многоцелевые смазочные материалы 3 -го класса консистенции млн.
М3/13-3, загущенные литиевым маслом. Первые используют для смазывания при
температуре от - 20 до +80 °С, другой при температурах от 30 - до 130 °С. Сфера
применения тех или иных сортов смазочных материалов для конкретных типов
дизелей указывают в инструкциях по их эксплуатации.
Важнейшим технико-экономическим показателем работы дизеля является срок смены масла, который оказывает существенное влияние на его суммарный расход. Изменение смазки выполняют при снижении его качества в один из браковочных параметров, конкретные значения которых указывает завод -изготовитель. Отбор и анализ проб масла производится через каждые 150 -200 часов работы дизеля. При простом методе контроля несколько капель масла наносят на бумагу и после просушки сравнивают цвет масляного пятна с эталонными фотоснимками.
За время работы дизеля часть масла испаряется, сгорает, поэтому количество его в системе со временем уменьшается. Доли масла в систему производятся по мере необходимости. При использовании высококачественных масел передовые экипажи судов обеспечивают работу дизеля без смены масла до одно - двух навигаций.
В последнее время, начиная с января 2013 года стали обязательными, в том числе и для России, требования дополненного Приложении VI к Протоколу 1997 г. Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ), посвященной вопросам предотвращения загрязнения воздушной среды с судов, устанавливающей ряд требований к энергоэффективности морских судов и направленный на постепенное снижение объема выбросов углекислого газа в атмосферу объектами морского транспорта.
«Новые импульсы развития: вопросы научных исследований»
Таким образом, через установленные механизмы реализации указанных требований, а именно благодаря расчету коэффициента энергоэффективности конструкции судна (англ. Energy Efficiency Design Index, EEDI), представляющий собой определенную расчетным путем величину и указывающий объем выброса судном двуокиси углерода в отношении к объему перевозимого груза (в граммах на тономилю), а также благодаря разработке планов управления энергоэффективностью судна (Ship Energy Efficiency Management Plan, SEEMP), которые разрабатываются в соответствии с требованиями и рекомендациями Международной морской организации (International Marine Organization, ИМО), предусматриваются пути и способы повышения энергоэффективности эксплуатации судов [4, 5 ].
Библиографический список:
1. Артемов Г. А., Горбов В. М., Романовский Г. Ф. Судовые установки с газотурбинными двигателями. Учебное пособие для вузов. -Николаев: УГМТУ, 2017. - 233 с.
2. Стародомский М. В. Оптимизация температурного состояния дизельных двигателей / М. В. Стародомский, Е. А. Максимов. — М, 2017. — 168 с.
3. Даниловский А. Г. Оптимизация судового пропульсивного комплекса: моногр. / А. Г. Даниловский, М. А. Орлов, И. А. Боровикова. — СПб.: СПбГМТУ, 2008. — 173 с.
4. Тимофеев В. Н., Тузов Л. В., Безюков О. К., Жуков В. А., Тихонов Н. Ф., Тимофеев Д. В. Судовая энергосберегающая установка. Патент на полезную модель RU 166326 U1, 20.11.2016. Заявка № 2016119864/11 от 23.05.2016.
5. Тимофеев В. Н., Тихонов Н. Ф. Энергосберегающая установка речного судна. Сборник избранных статей по материалам научных конференций ГНИИ "Нацразвитие". Материалы конференций ГНИИ «НАЦРАЗВИТИЕ». Выпускающий редактор Ю.Ф. Эльзессер, Ответственный за выпуск С.В. Викторенкова. 2019. С. 277-281.
