Особенности устройства и эксплуатации судового главного и вспомогательного оборудования

А. Д. Юзов









ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА
И ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВОГО ГЛАВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ



Учебное пособие






















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.43:629.5
ББК 39.46
     Ю20






Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент (МГУ им. адм. Г. И. Невельского) В. М. Ходаковский; канд. техн. наук, доцент (ДВФУ) С. Е. Ружицкая




            Юзов, А. Д.


Ю20 Особенности устройства и эксплуатации судового главного и вспомогательного оборудования : учебное пособие / А. Д. Юзов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 144 с. : ил.
         ISBN 978-5-9729-1378-7

         Рассмотрены назначение, классификация, характеристики и особенности эксплуатации главных и вспомогательных механизмов, парогенераторов, теплообменных аппаратов, судовых валопроводов, движителей и судовых устройств.
         Для студентов и курсантов, обучающихся на технических направлениях подготовки и специальностях высших учебных заведений.

                                                           УДК621.43:629.5
                                                           ББК 39.46













ISBN 978-5-9729-1378-7

     ©ЮзовА. Д.,2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                             © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ.........................................................5

1. Устройство судна и его энергетическая установка...............6
  1.1. Классификация гражданских судов...........................6
  1.2. Основные сечения корпуса и главные размерения судна......11
  1.3. Эксплуатационные и мореходные качествасудна..............14
  1.4. Конструкция корпусасудна.................................17
  1.5. Вооружение и оборудование судов..........................21
  1.6. Общие сведения о судовой энергетической установке........23

2. Судовые парогенераторы.......................................28
  2.1. Назначение и классификация парогенераторов...............28
  2.2. Устройство главных водотрубных парогенераторов...........29
  2.3. Устройство вспомогательных парогенераторов...............32
  2.4. Арматура судовых парогенераторов.........................36
  2.5. Автоматизация парогенераторов............................38

3. Судовые паротурбинные установки..............................40
  3.1. Принцип действия и классификация судовых паровых турбин..40
  3.2. Устройство турбин........................................43
  3.3. Конденсационные установки................................46
  3.4. Главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА).....................50

4. Судовые двигатели внутреннего сгорания.......................55
  4.1. Классификация и принцип действия судовых двигателей внутреннего сгорания..........................................55
  4.2. Основные детали двигателя внутреннего сгорания...........63
  4.3. Механизмы газораспределения и системы, обслуживающие двигатель.....................................................71
  4.4. Пуск и управление ДВС....................................80

5. Судовые валопроводы и движители..............................85
  5.1. Назначение, устройство и основные части валопровода......85
  5.2. Судовые движители........................................92


3

6. Судовые насосы, холодильные установки, системы кондиционирования воздуха, отопления и вентиляции...............96
  6.1. Классификация, назначение и основные параметры судовых насосов...............................................96
  6.2. Объемные насосы..........................................97
  6.3. Объемные ротационные насосы.............................103
  6.4. Лопастные насосы........................................107
  6.5. Струйные насосы.........................................109
  6.6. Назначение холодильных установок на судне, их типы......111
  6.7. Компрессоры, теплообменные аппараты и оборудование холодильных установок........................................114
  6.8. Общие сведения о системах кондиционирования воздуха, отопления и вентиляции.......................................118
  6.9. Судовые вентиляторы.....................................118

7. Судовые устройства..........................................121
  7.1. Общие сведения о рулевом и подруливающем устройствах.....121
  7.2. Электрические и электрогидравлические рулевые машины....122
  7.3. Рулевые машины лопастные электрогидравлические и с винтовым приводом..........................................125
  7.4. Якорные и швартовные механизмы, их устройство...........126
  7.5. Судовые подъемные и транспортирующие механизмы. Внутрисудовая механизация погрузочно-разгрузочных работ......130
  7.6. Шлюпочные устройства....................................135
  7.7. Буксирные устройства....................................136

Списоклитературы...............................................141


4

            ВВЕДЕНИЕ



      Учебное пособие предназначено для формирования у студентов и курсантов знаний о судовом оборудовании, его составе, характеристиках и принципах действия, о способах рационального выбора элементов энергетических установок морской техники. Полученные знания будут использоваться при изучении всех последующих технических дисциплин и при выполнении курсовых и дипломных проектов, а по окончании вуза при решении соответствующих задач в течение всей практической деятельности, а также в качестве основы для дальнейшего повышения квалификации.
     Учебное пособие состоит из семи глав. В первой главе рассматриваются общие теоретические вопросы устройства судна и его энергетическая установка. Вторая глава посвящена устройству, назначению и классификации судовых парогенераторов. В третьей главе рассмотрен принцип действия и классификация судовых паровых турбин. В четвертой главе представлена классификация и принцип действия судовых двигателей внутреннего сгорания. В пятой главе рассмотрено назначение и устройство судовых валопроводов и движителей. Шестая глава посвящена классификации и назначению судовых насосов, холодильных установок, системам кондиционирования воздуха, отопления и вентиляции. В седьмой главе представлены общие сведения о рулевых и подруливающих устройствах, якорных и швартовных механизмах, судовых подъемных и транспортирующих механизмах, шлюпочных и буксирных устройствах.

5

1. УСТРОЙСТВО СУДНА И ЕГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА


            1.1. Классификация гражданских судов


     Существует большое количество типов морских судов, что требует их специальной классификации. Все гражданские суда классифицируются по ряду основных признаков, отличающих одни суда от других.
     Главным признаком классификации является назначение судов. К другим признакам, по которым суда разделяют уже независимо от их назначения, относятся: район плавания, средства движения, тип главного двигателя, характер движения по воде, вид движителя, материал корпуса, архитектурноконструктивный тип, количество гребных валов (на винтовых судах) и др.
     По району плавания суда подразделяются на морские (дальнего неограниченного и прибрежного плавания), рейдовые (для плавания в акватории портов и в устьях больших рек с выходом на морские рейды), внутреннего плавания (речные и озерные) и смешанного плавания (река - море и море - река).
     По средствам движения суда подразделяются на самоходные, с механическим двигателем, являющимся источником энергии для движения судна, и несамоходные, передвигающиеся от источника энергии, находящегося вне судна (с помощью буксиров, толкачей, от энергии ветра).
     По типу главного двигателя суда подразделяются на теплоходы (главный двигатель - двигатель внутреннего сгорания), пароходы (главный двигатель - паровая поршневая машина), турбоходы (главный двигатель - паровая турбина), газотурбоходы (главный двигатель - газовая турбина), электроходы (гребной винт вращается электродвигателем). В зависимости от рода двигателя, приводящего в действие генератор электрического тока, различают турбоэлектроходы и дизель-электроходы, атомоходы (источник тепловой энергии - атомный реактор), гребные суда (двигатель - мускульная сила человека).
     По роду движения по воде суда подразделяются на плавающие на поверхности воды (водоизмещающие), плавающие под поверхностью воды (подводные), глиссирующие (скользящие по поверхности воды), плавающие на подводных крыльях и парящие над поверхностью воды (суда на воздушной подушке и экранопланы).
     По виду движения суда подразделяют на винтовые, колесные, со специальными движителями (крыльчатыми, водометными, роторными и др.), весельные и парусные.
     По роду материала корпуса суда подразделяются на стальные, из легких сплавов, пластмассовые, деревянные, железобетонные и композитные

б

(т. е. такие, корпус которых изготовлен частично из металла и дерева или другого материала).
     По архитектурно-конструктивному типу суда разделяют в зависимости от числа корпусов (различают двухкорпусные, трехкорпусные -соответственно, катамараны, тримараны и т. п.), от количества и расположения надстроек, от числа палуб, от положения палубы надводного борта, от расположения машинного отделения и др.
     По количеству гребных валов винтовые суда подразделяют на одновальные (большинство грузовых и промысловых судов), двухвальные (пассажирские и специальные суда), трехвальные (большие контейнеровозы, ледоколы), четырехвальные (океанские пассажирские лайнеры-гиганты).
     При необходимости Правила Российского морского регистра судоходства и Российского речного регистра разделяют суда и по другим признакам: по ледовым классам, т. е. приспособленности судна плавать в различной ледовой обстановке, в том числе в арктических и антарктических морях, для речных и озерных судов по районам плавания (классы «Р» - река, «О» - озеро, «М» - с выходом в крупные водохранилища), по различным категориям требований к безопасности плавания, степени автоматизации, снабжению и т. д.
     Все гражданские суда в зависимости от их типа и назначения подразделяют на транспортные, промысловые, служебно-вспомогательные и суда технического флота.
     Транспортные суда. Транспортные суда составляют основу морского и речного флота - около 90 % общего тоннажа. Они предназначаются для перевозки различных грузов и пассажиров и подразделяются на грузовые, пассажирские, грузопассажирские и специальные.
     Грузовые суда разделяются на два основных класса: сухогрузные и наливные, к которым, в свою очередь, относятся суда различных типов и назначений.
     Класс сухогрузных судов включает суда общего назначения и специализированные - для перевозки определенных грузов.
     Сухогрузные суда общего назначения предназначены для перевозки генеральных (штучных) грузов, т. е. грузов в упаковке (ящиках, мешках, бочках, тюках, кипах и т. п.) или в отдельных местах (автомашины, металлоконструкции, стальные отливки и прокат, промышленное оборудование и т. п.), и являются наиболее распространенным типом транспортных судов.
     К специализированным сухогрузным судам относятся рефрижераторные суда, контейнеровозы, баржевозы, суда с горизонтальным способом грузообра-ботки, для перевозки навалочных грузов, автомашин, скота, лесовозы и др.

7

     Рефрижераторные суда предназначены для перевозки скоропортящихся продуктов (рыбы, мяса, фруктов). Их грузовые трюмы имеют теплоизоляцию и холодильные установки, обеспечивающие охлаждение трюмов. В зависимости от рода перевозимого груза в трюмах поддерживается температура от + 5 до -25 °C.
     Контейнеровозы предназначены для перевозки грузов, заблаговременно упакованных в специальные большегрузные ящики-контейнеры, масса которых с грузом составляет 10-40 т. Грузоподъемность крупнейших контейнеровозов достигает 30 000 т, скорость 26-30 уз.
     Баржевозы являются разновидностью контейнеровозов и предназначаются для перевозки плавучих контейнеров-барж (иногда эти суда называются лих-теровозами). Такие баржи грузоподъемностью до 850 т выгружают с судна на воду, после чего их отбуксировывают к причалу грузополучателя и грузят на него для дальнейшего следования баржевоза по назначению.
     Суда с горизонтальным способом грузообработки (их называют также судами типа «ро-ро», или ролкерами) служат для перевозки грузов, находящихся в контейнерах, поддонах или так называемых трейлерах-автоприцепах, а также автомашин и колесной техники. Грузы на эти суда вкатывают или выкатывают с помощью специальных устройств. Суда типа «ро-ро» бывают одно-, двух- и трехпалубными. Разновидностью судов этого типа являются суда, приспособленные для одновременной перевозки трейлеров (в трюмах) и контейнеров (на верхней палубе), и так называемые суда типа «рофлоу», которые служат для перевозки плавучих понтонов с крупногабаритными тяжелыми грузами.
     Суда для перевозки навалочных грузов, или балкеры, предназначены для перевозки руды, рудных концентратов, угля, минеральных удобрений, строительных материалов, зерна, сахара, цемента, древесной щепы и т. п.
     Суда для навалочных грузов подразделяются на рудовозы - суда, перевозящие наиболее тяжелый груз, суда для легкого навалочного груза и универсальные.
     Лесовозы предназначены для перевозки лесных грузов - круглого леса и пиломатериалов. Разновидностью лесовозов являются щеповозы - специализированные суда для перевозки древесной щепы.
     Класс наливных судов включает танкеры для перевозки сырой нефти и нефтепродуктов (мазута, бензина, дизельного топлива, керосина и т. д.), суда для перевозки сжиженных газов (газовозы), химикалиев (кислоты, расплавленной серы и пр.), а также прочих жидких грузов (водолеи, виновозы, битумовозы). Танкеры, предназначенные для перевозки только нефтепродуктов, называются продуктовозами.

8

     Танкеры являются наиболее распространенным типом транспортных судов. Танкер представляет собой однопалубное судно с кормовым расположением машинного отделения и надстройки. Грузовая часть танкера делится поперечными и продольными переборками на отсеки, называемые грузовыми танками. Грузоподъемность танкеров достигает больших пределов - до 120 000 т.
     Газовозы предназначены для перевозки сжиженных природных и нефтяных, т. е. выделяющихся при добыче нефти, газов - метана, пропана, бутана, аммиака. Перевозят их в сжиженном, охлажденном состоянии (в изолированных цистернах) или под давлением.
     В настоящее время быстро развивается класс комбинированных судов, т. е. приспособленных для перевозки нескольких определенных родов грузов.
     Класс пассажирских судов включает суда, специально предназначенные для перевозки пассажиров. Иногда на обычных грузовых судах предусматривают пассажирские каюты, такие суда называются грузопассажирскими. Грузопассажирскими также называют пассажирские суда с грузовыми трюмами.
     По назначению пассажирские суда подразделяются на суда для обслуживания регулярных линий, для туристских путешествий, массовых перевозок и суда местного сообщения.
     Суда для обслуживания регулярных пассажирских линий совершают рейсы между заданными портами по определенному расписанию.
     Пассажирские суда для туристских путешествий (круизов), получившие особенно широкое распространение в последнее время, рассчитаны на 200500 пассажиров. На подобных судах предусматривается возможность перевозки 50-200 легковых автомобилей.
     Речные пассажирские суда обслуживают регулярные линии или используются для туристских путешествий.
     К судам для местных сообщений обычно относят небольшие пассажирские суда и катера, реже крупные суда на 500-600 пассажиров.
     Класс специальных транспортных судов включает различные паромы, транспортные баржебуксирные суда, составы (секционные и составные), толкачи, буксиры-толкачи и несамоходные толкаемые секции или баржи.
     Морские паромы бывают железнодорожные, железнодорожно-автомобильные, автомобильно-пассажирские и пассажирские. Они предназначены для перевозки железнодорожных вагонов, автомобилей, а также пассажиров на паромных переправах, связывающих сухопутные дорожные артерии (например, через Керченский пролив). В последние годы получили распространение автомобильно-пассажирские паромы дальнего плавания - для туристских путешествий.

9

     Толкачи и буксиры-толкачи служат для движения несамоходных и составных судов, в основном на внутренних водных путях. Кроме того, толкачи и буксиры-толкачи транспортируют различные несамоходные плавающие сооружения и плоты (буксиры-плотоводы).
     Промысловые суда. Промысловые суда служат для добычи, переработки и транспортировки рыбы, крабов, морского зверя и морских растений. По назначению промысловые суда делятся на добывающие, добывающе-перерабатывающие, перерабатывающие и обслуживающие.
     Кдобывающим судам относятся рыболовные суда (траулеры, сейнеры, тунцеловы, рыболовные боты, сетеподъемники, краболовы).
     К добывающе-перерабатывающим судам относятся большие морозильные траулеры-рыбозаводы (БМРТ), большие сардинные траулеры - рыбоконсервные заводы, морозильные траулеры и др.
     Траулеры являются наиболее распространенным типом рыболовного судна. В зависимости от размеров различают большие, средние и малые траулеры.
     Сейнерами называются суда для ловли рыбы кошельковым неводом. Различают большие, средние и малые рыболовные сейнеры.
     Перерабатывающие суда предназначены для приема и переработки улова. Кроме того, они снабжают рыболовецкие суда всем необходимым. К перерабатывающим судам относятся: сельдяные, краболовные, рыбоконсервные плавучие базы, рыбомучные и морозильные суда (производственные рефрижераторы) и т. п.
     Плавучие базы - крупнейшие промысловые суда водоизмещением в среднем от 10 000 до 15 000 т. Автономная рыбопромысловая база «Восток» имеет водоизмещение 43 400 т.
     Производственные рефрижераторы служат для приема и обработки рыбы, передаваемой с судов-ловцов, не имеющих технологического и морозильного оборудования. Обслуживая удаленные районы промысла, рефрижераторы передают готовую продукцию на транспортные рефрижераторы или транспортируют ее на береговую базу самостоятельно.
     К обслуживающим судам относятся приемотранспортные, живорыбные, поисковые, научно-промысловые и другие аналогичные суда, предназначенные для обслуживания промысловых экспедиций.
     Служебно-вспомогательные суда. Служебно-вспомогательные суда представляют относительно небольшую по тоннажу, но весьма многочисленную по номенклатуре группу судов (плавучих средств), обслуживающих флот, портовое хозяйство, водные пути и акватории.
     Служебно-вспомогательные суда разделяются на обслуживающие и служебные.

10

     Кобслуживающим судам относятся ледоколы, буксиры, спасатели, противопожарные суда (бункеровщики, раздатчики), зерноперегружатели и др.
     Ледоколы предназначены для поддержания навигации в зимнее время. В зависимости от района плавания ледоколы бывают портовые, морские и речные. Особую группу составляют арктические линейные ледоколы, обеспечивающие проводку караванов по Северному морскому пути.
     Буксиры, относящиеся к классу обслуживающих судов, разделяют на океанские, морские, рейдовые, портовые и для внутренних водоемов.
     В последнее время возник новый тип специализированных обслуживающих судов-спасателей, обеспечивающих спасательную службу на море. В отдельных случаях спасатели выполняют дополнительные функции - снабжают экспедиции, работающие в открытом море.
     Пожарные суда предназначены для тушения больших пожаров на судах и прибрежных строениях.
     К служебным судам относятся научно-исследовательские (гидрографические, океанографические суда, суда погоды и пр.), медико-санитарные (плавучие госпитали, карантинные суда), плавающие гостиницы, суда-выставки, учебные суда и др.
     Суда технического флота. Суда технического флота предназначены для технического обслуживания различных судов, портового хозяйства и водных путей. К ним относятся дноуглубительные снаряды, грунтоотвозные шаланды, суда-нефтесборщики, удаляющие остатки различных нефтепродуктов на поверхности моря, плавучие краны, крановые суда, плавучие доки, плавучие мастерские.
     К этой группе причисляют также промышленно-хозяйственные суда, выполняющие различные строительные, мелиоративные и лесосплавные работы, прокладку кабеля, а также добычу нефти и газа в открытом море, песка, гравия и другие работы по освоению континентального шельфа и Мирового океана: плавучие буровые установки, буровые суда, трубоукладчики, цементировщики скважин, плавучие электростанции, суда-кабелепрокладчики, лесосплавные суда, суда обслуживания плавучих буровых установок и т. п.


            1.2. Основные сечения корпуса и главные размерения судна


     Корпус судна представляет собой удлиненное тело, ограниченное сверху, снизу и с бортов кривыми поверхностями - верхней палубой, днищем и бортами, которым придается удобообтекаемая форма, обеспечивающая наименьшее сопротивление воды и воздуха движению судна.


11

     Общее представление о характере отводов можно получить по сечениям корпусатремя взаимно перпендикулярными плоскостями (рис. 1):
     1)     вертикальной продольной плоскостью, проходящей посредине ширины судна,называемойдиаметральной плоскостью (ДП);
     2)     вертикальной поперечной плоскостью, проходящей посредине расчетной длины судна, называемой плоскостью мидель-шпангоута;
     3)     горизонтальной плоскостью, совпадающей с поверхностью воды и называемой плоскостью ватерлинии.



Рис. 1. Сечение корпуса суднатремя взаимно перпендикулярными плоскостями

     Корпус судна симметричен относительно диаметральной плоскости и, как правило, несимметричен относительно плоскости ватерлинии и плоскости мидель-шпангоута.
     Главными размерениями судна являются длина, ширина, осадка и высота борта.
     Длина судна L. Различают:
     длину по конструктивной ватерлинии Lквл - расстояние, измеренное в плоскости КВЛ между точками пересечения ее носовой и кормовой частей с ДП (рис. 2 а). Аналогично определяют для любой расчётной ватерлинии длину по ватерлинии Lвл;
     длину между перпендикулярами Lпп - расстояние, измеренное в плоскости КВЛ между носовым и кормовым перпендикулярами (рис. 2 а). При этом за носовой перпендикуляр (НП) принимают линию пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через крайнюю носовую точку КВЛ, а за кормовой (КП) линию пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через точку пересечения оси вращения руля с плоскостью КВЛ;



12