В соответствии с программой одноименного курса рассмотрены устройство, принцип действия, конструкции, материалы, условия работы всего комплекса судовых машин, механизмов и оборудования, входящих в состав главных и вспомогательных энергетических и других установок, устройств и систем судна. Для уяснения роли и взаимосвязи отдельных машин, механизмов и аппаратов приведены основные сведения о схемах, принципах работы, эффективности и особенностях
различных энергетических и других установок, о физической сущности процессов, происходящих в их элементах.
Учебник предназначен для студентов, специализирующихся по технологии изготовления, сборки и монтажа судовых машин и механизмов.

Предисловие
Принятые сокращения
Введение
Глава 1. Роль и использование машин и механизмов на судах
§ 1.1. Энергетическая установка судна, ее назначение и состав
§ 1.2. Типы главных судовых машин и энергетических установок
§ 1.3. Судовые вспомогательные машины и механизмы и их использования
§ 1.4. Размещение на судне машин, механизмов и другого оборудования
§ 1.5. Технико-экономические показатели судовых машин, механизмов и энергетических установок
Глава 2. Судовые двигатели внутреннего сгорания и дизельные установки
§ 2.1. Устройство, принцип работы и классификация судовых ДВС
§ 2.2. Циклы, индикаторные и эффективные показатели работы дизеля
§ 2.3. Повышение мощности и наддув двигателей
§ 2.4. Тепловой и энергетический балансы и утилизация тепловых потерь судовых дизелей
§ 2.5. Конструкции главных и вспомогательных судовых дизелей
§ 2.6. Конструкции составных частей остова дизелей
§ 2.7. Конструкции узлов и деталей движения дизелей
§ 2.8. Некоторые элементы устройств топливоподачи, газораспределения, пуска и реверса
§ 2.9. Дизельные установки, их типы и расположение
§ 2.10. Область и перспективы применения дизельных установок
Глава 3. Судовые паровые и газовые турбины
§ 3.1. Общие сведения о газовых потоках и решетках турбомашин
§ 3.2. Устройство и принцип работы турбинной ступени
§ 3.3. Преобразование энергии в многоступенчатых турбинах
§ 3.4. Потери энергии, работа и коэффициенты полезного действия ступени и турбины
$ 3.5. Конструкции судовых паровых и газовых турбин
§ 3.6. Конструкции и материалы основных элементов
§ 3.7. Трубопроводы судовых вспомогательных механизмов
Глава 4. Судовые насосы, вентиляторы и компрессоры
§ 4.1. Назначение и классификация насосов, вентиляторов и компрессоров
§ 4.2. Центробежные насосы и вентиляторы
§ 4.3. Осевые насосы и вентиляторы
§ 4.4. Поршневые и ротационные насосы
§ 4.5. Центробежные компрессоры
§ 4.6. Осевые компрессоры
§ 4.7. Поршневые компрессоры
§ 4.8. Винтовые и ротационные компрессоры
§ 4.9. Вихревые насосы и компрессоры
§ 4.10. Струйные насосы и компрессоры
Глава 5. Судовые турбинные установки
§ 5.1. Схема, принцип действия, цикл и состав простейшей паротурбинной установки
§ 5.2. Характеристики и особенности современных судовых ПТУ
§ 5.3. Главные турбозубчатые агрегаты и их узлы
§ 5.4. Схема, принцип действия и цикл простейшей газотурбинной установки
§ 5.5. Схемы и циклы современных ГТУ
§ 5.6. Камеры сгорания газотурбинных двигателей
§ 5.7. Устройство и компоновка газотурбинных двигателей
§ 5.8. Комбинированные турбинные энергетические установки
§ 5.9. Расположение турбинных установок на судах
§ 5.10. Область и перспективы применения турбинных установок
Глава 6. Судовые паровые котлы, тепло- и массообменные аппараты, фильтры и сепараторы СЭУ
§ 6.1. Принцип действия, устройство, классификация и тепловой баланс паровых котлов
§ 6.2. Типы и конструкции главных паровых котлов
§ 6.3. Котлы вспомогательные, утилизационные и с комбинированным отоплением
§ 6.4. Конденсаторы
§ 6.5. Подогреватели, охладители, деаэраторы
§ 6.6. Испарительно-опреснительные установки
§ 6.7. Фильтры и сепараторы
Глава 7. Судовые передачи и валопровод
§ 7.1. Назначение и типы передач
§ 7.2. Соединительные и соединительно-разобщительные муфты
§ 7.3. Механические передачи
§ 7.4. Гидравлические передачи
§ 7.5. Электрические передачи
§ 7.6. Комбинированные передачи
§ 7.7. Назначение, устройство и расположение валопроводов на судне
§ 7.8. Устройство и конструкции основных элементов валопровода
Глава 8. Судовые холодильные машины и установки
§ 8.1. Назначение, принципы работы и типы холодильных машин
§ 8.2. Судовые парокомпрессорные холодильные машины
§ 8.3. Особенности конструкций судовых холодильных компрессоров
§ 8.4. Конструкции испарителей, конденсаторов, агрегатирование холодильных машин
§ 8.5. Устройство морозильных агрегатов и льдогенераторов
§ 8.6. Трубопроводы, вспомогательные аппараты и арматура
§ 8.7. Системы охлаждения и охлаждающие приборы трюмов и провизионных камер
§ 8.8. Схемы судовых холодильных установок и размещение холодильного оборудования
Глава 9. Системы, машины и аппараты кондиционирования воздуха и инертных газов на судах
§ 9.1. Комфортное и технологическое кондиционирование воздуха, газодыхательных смесей и инертных газов
§ 9.2. Типовые схемы судовых систем комфортного кондиционирования воздуха и газодыхательных смесей
§ 9.3. Конструкция судовых кондиционеров
§ 9.4. Судовое оборудование кондиционирования воздуха и его элементы
§ 9.5. Воздухораспределители, глушители шума и воздухопроводы
§ 9.6. Системы и оборудование технического кондиционирования воздуха и инертных газов на судах
Глава 10. Механизмы судовых устройств
§ 10.1. Назначение и классификация судовых устройств
§ 10.2. Механизмы рулевых и подруливающих устройств
§ 10.3. Брашпили и шпили якорных и швартовных устройств
Список литературы

Содержание статьи

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ, устройства для обеспечения движения кораблей, катеров и других судов. К движителям относятся гребной винт и гребное колесо. В качестве судовых энергетических установок используются, как правило, паровые машины и турбины, газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания, в основном дизельные. На крупных и мощных специализированных судах типа ледоколов и подводных лодок часто применяются атомные энергетические установки.

По-видимому, первым предложил использовать энергию пара для движения судов Леонардо да Винчи (1452–1519). В 1705 Т.Ньюкомен (Англия) запатентовал первую довольно эффективную паровую машину, но его попытки использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса оказались неудачными.

ТИПЫ СУДОВЫХ УСТАНОВОК

Пар – традиционный источник энергии для движения судов. Пар получают при сжигании топлива в водотрубных котлах. Чаще других применяются двухбарабанные водотрубные котлы. В этих котлах имеются топки с водоохлаждаемыми стенками, пароперегреватели, экономайзеры, а иногда и воздухоподогреватели. Их КПД достигает 88%.

Дизели впервые появились в качестве судовых двигателей в 1903. Расход топлива в судовых дизелях составляет 0,25–0,3 кг/кВтЧ ч, а паровые машины расходуют 0,3–0,5 кг/кВтЧ ч в зависимости от конструкции двигателя, привода и других конструктивных особенностей. Дизели, особенно в сочетании с электроприводом, очень удобны для применения на паромах и буксирах, поскольку обеспечивают высокую маневренность.

Поршневые паровые машины.

Времена поршневых машин, когда-то служивших самым разнообразным целям, прошли. По КПД они существенно уступают как паровым турбинам, так и дизелям. На тех судах, где еще стоят паровые машины, – это компаунд-машины: пар расширяется последовательно в трех или даже четырех цилиндрах. Поршни всех цилиндров работают на один вал.

Паровые турбины.

Судовые паровые турбины обычно состоят из двух каскадов: высокого и низкого давления, каждый из которых через понижающий редуктор вращает вал гребного винта. На военно-морских судах часто дополнительно ставят небольшие турбины для крейсерского режима, которые используют для повышения экономичности, а при максимальных скоростях включаются мощные турбины. Каскад высокого давления вращается со скоростью 5000 об/мин.

На современных паровых судах питательная вода из конденсаторов в подогреватели подается через несколько ступеней нагрева. Нагрев производится за счет тепла рабочего тела турбины и отходящих топочных газов, обтекающих экономайзер.

Почти все вспомогательное оборудование имеет электрический привод. Электрогенераторы с приводом от паровых турбин обычно вырабатывают постоянный ток напряжением 250 В. Используется и переменный ток.

Если передача мощности от турбины на винт осуществляется через редуктор, то для обеспечения заднего хода (обратное вращение винта) применяется дополнительная небольшая турбина. Мощность на валу при обратном вращении составляет 20–40% основной мощности.

Электропривод от турбины к гребному винту был очень популярен в 1930-е годы. В этом случае турбина вращает высокооборотный генератор, а выработанная электроэнергия передается на малооборотные электродвигатели, которые вращают гребной вал. КПД зубчатой передачи (редуктора) примерно 97,5%, электропривода – около 90%. В случае электропривода обратное вращение обеспечивается просто переключением полярности.

Газовые турбины.

Газовые турбины появились на судах значительно позже, чем в авиации, поскольку выигрыш в весе в судостроении не так важен, и этот выигрыш не перевешивал высокую стоимость и сложность монтажа и эксплуатации первых газовых турбин.

Газовые турбины используют на судах не только как главные двигатели; они нашли применение в качестве приводов для пожарных насосов и вспомогательных электрогенераторов, где выгодны их небольшой вес, компактность и быстрый запуск. В военно-морском флоте газовые турбины широко применяются на небольших скоростных судах: десантных катерах, минных тральщиках, судах на подводных крыльях; на больших кораблях их используют для получения максимальной мощности.

Современные газовые турбины обладают приемлемым уровнем надежности, стоимости эксплуатации и производства. Учитывая их малый вес, компактность и быстрый запуск, они во многих случаях становятся конкурентоспособными с дизелями и паровыми турбинами.

Дизельные двигатели.

Впервые дизель как судовой двигатель был установлен на «Вандале» в Санкт-Петербурге (1903). Это произошло всего через 6 лет после изобретения Дизелем своего двигателя. На «Вандале», ходившем по Волге, было два гребных винта; каждый винт устанавливался на одном валу с 75-кВт электродвигателем. Электроэнергия вырабатывалась двумя дизель-генераторами. Трехцилиндровые дизели мощностью по 90 кВт имели постоянную частоту вращения (240 об/мин). Мощность от них нельзя было передавать непосредственно на гребной вал, поскольку не было реверса.

Пробная эксплуатация «Вандала» опровергла общее мнение, что дизели нельзя применять на судах из-за опасности вибраций и высоких давлений. Более того, расход топлива составил только 20% от расхода топлива на пароходах того же водоизмещения.

Внедрение дизелей.

За десять лет, прошедших после установки первого дизеля на речное судно, эти двигатели подверглись значительному усовершенствованию. Увеличилась их мощность за счет повышения числа оборотов, увеличения диаметра цилиндра, удлинения хода поршня, а также разработки двухтактных двигателей.

Число оборотов существующих дизелей составляет от 100 до 2000 об/мин; высокооборотные дизели применяются на небольших быстроходных катерах и во вспомогательных дизель-генераторных системах. Их мощность варьируется в столь же широком диапазоне (10–20 000 кВт). В последние годы появились дизели с наддувом, что увеличивает их мощность примерно на 20%.

Сравнение дизельных двигателей с паровыми.

Дизели имеют преимущество над паровыми двигателями на небольших судах благодаря своей компактности; кроме того, они легче при одинаковой мощности. Дизели расходуют меньше топлива на единицу мощности; правда, дизельное топливо дороже топочного. Расход дизельного топлива можно уменьшить дожиганием отработанных газов. На выбор энергетической установки влияет и тип судна. Дизельные двигатели запускаются гораздо быстрее: их не надо предварительно разогревать. Это очень важное преимущество для портовых судов и вспомогательных или резервных силовых установок. Однако есть преимущества и у паротурбинных установок, которые надежнее в эксплуатации, способны длительное время работать без регламентного обслуживания, отличаются меньшим уровнем вибраций благодаря отсутствию возвратно-поступательного движения.

Судовые дизели.

Судовые дизели отличаются от прочих дизелей только вспомогательными элементами. Они непосредственно либо через редуктор вращают гребной вал и должны обеспечивать обратное вращение. В четырехтактных двигателях для этого служит дополнительная муфта обратного хода, которая входит в зацепление при необходимости обратного вращения. В двухтактных двигателях с обеспечением обратного вращения проще, поскольку последовательность работы клапанов определяется положением поршня в соответствующем цилиндре. В небольших двигателях обратное вращение получают с помощью муфты сцепления и зубчатой передачи. На некоторых сторожевых кораблях и амфибиях длиной менее 60 м ставят реверсивные гребные винты (см. ниже ). Для того чтобы число оборотов двигателя не превысило безопасный предел, все двигатели оборудованы ограничителями частоты вращения.

Электрическая тяга.

Термином «суда с электрической тягой» называют суда, у которых одним из элементов системы преобразования энергии топлива в механическую энергию вращения гребного вала является электрическая машина. Один или несколько электродвигателей соединяются с валом винта напрямую или через редуктор. Питание электродвигателей осуществляется от электрогенераторов, приводом которых служит паровая или газовая турбина либо дизель. На подводных лодках в подводном положении питание электродвигателей осуществляется от аккумуляторов, а в надводном – от дизель-генераторов. Электрические машины постоянного тока обычно устанавливаются на небольших и на высокоманевренных судах. Машины переменного тока используются на океанских лайнерах.

Турбоэлектроходы.

На рис. 1 представлена схема турбоэлектропривода с котельной установкой для получения пара. Пар вращает турбину, которая, в свою очередь, вращает электрогенератор. Выработанная электроэнергия подается на электродвигатели, которые связаны с гребным валом. Обычно каждый турбогенератор работает на один электродвигатель, который вращает свой винт. Однако такая схема позволяет легко подсоединить к одному турбогенератору несколько электродвигателей, а следовательно, несколько гребных винтов.

Судовые турбогенераторы переменного тока могут вырабатывать ток с частотой в пределах 25–100% максимальной, но не более 100 Гц. Генераторы переменного тока вырабатывают ток напряжением до 6000 В, постоянного – до ~900 В.

Дизельэлектроходы.

Дизельэлектрический привод по существу не отличается от турбоэлектрического, за исключением того, что котельная установка и паровая турбина заменены дизельным двигателем.

На небольших судах обычно на каждый винт работают один дизель-генератор и один электродвигатель, однако при необходимости можно отключить один дизель-генератор для экономии или включить дополнительный для увеличения мощности и скорости.

КПД . Электродвигатели постоянного тока на низких оборотах создают больший крутящий момент, чем турбины и дизели с механической передачей. Кроме того, у двигателей и постоянного и переменного тока крутящий момент одинаков как при прямом, так и при обратном вращении.

Полный КПД турбоэлектропривода (отношение мощности на гребном валу к энергии топлива, выделяющейся в единицу времени) ниже, чем КПД турбинного привода, хотя турбина и соединена с гребным валом через два понижающих редуктора. Турбоэлектропривод тяжелее и дороже механического турбинного привода. Полный КПД дизельэлектропривода примерно такой же, как у механического турбинного привода. Каждый тип привода имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому выбор типа двигательной установки определяется типом судна и условиями его эксплуатации.

Электроиндукционная муфта.

В этом случае передача мощности от двигателя к гребному винту производится электромагнитным полем. Принципиально такой привод подобен обычному асинхронному электродвигателю, за исключением того, что и статор и якорь электродвигателя в электромагнитном приводе сделаны вращающимися; один из них связан с валом двигателя, а другой – с гребным валом. Элемент, связанный с двигателем, представляет собой обмотку возбуждения, которая питается от внешнего источника постоянного тока и создает электромагнитное поле. Элемент, связанный с гребным валом, представляет собой короткозамкнутую обмотку без внешнего питания. Оба элемента разделены воздушным промежутком. Вращающееся магнитное поле возбуждает в обмотке второго элемента ток, что заставляет этот элемент вращаться, но всегда медленнее (со скольжением), чем первый элемент. Возникающий крутящий момент пропорционален разности частот вращения этих элементов. Выключение тока возбуждения в первичной обмотке «разъединяет» эти элементы. Частоту вращения второго элемента можно регулировать, меняя ток возбуждения. При одном дизельном двигателе на судне использование электромагнитного привода позволяет снизить вибрации благодаря отсутствию механической связи двигателя с гребным валом; при нескольких дизельных двигателях такой привод повышает маневренность судна за счет переключения гребных винтов, поскольку направление их вращения легко изменить.

Атомные энергетические установки.

На судах с атомными энергетическими установками главным источником энергии является ядерный реактор. Тепло, выделяющееся в процессе деления ядерного горючего, служит для генерации пара, поступающего затем в паровую турбину. См . АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА.

В реакторной установке, как и в обычном паровом котле, имеются насосы, теплообменники и другое вспомогательное оборудование. Особенностью ядерного реактора является его радиоактивное излучение, которое требует специальной защиты обслуживающего персонала.

Безопасность.

Вокруг реактора приходится ставить массивную биологическую защиту. Обычные защитные материалы от радиоактивного излучения – бетон, свинец, вода, пластмассы и сталь.

Существует проблема хранения жидких и газообразных радиоактивных отходов. Жидкие отходы хранятся в специальных емкостях, а газообразные поглощаются активированным древесным углем. Затем отходы переправляются на берег на предприятия по их переработке.

Судовые ядерные реакторы.

Основными элементами ядерного реактора являются стержни с делящимся веществом (ТВЭЛы), управляющие стержни, охладитель (теплоноситель), замедлитель и отражатель. Эти элементы заключены в герметичный корпус и расположены так, чтобы обеспечить управляемую ядерную реакцию и отвод выделяющегося тепла.

Горючим может быть уран-235, плутоний либо их смесь; эти элементы могут быть химически связаны с иными элементами, быть в жидкой или твердой фазе. Для охлаждения реактора используется тяжелая или легкая вода, жидкие металлы, органические соединения или газы. Теплоноситель может быть использован для передачи тепла другому рабочему телу и производства пара, а может использоваться непосредственно для вращения турбины. Замедлитель служит для уменьшения скорости образующихся нейтронов до значения, наиболее эффективного для реакции деления. Отражатель возвращает в активную зону нейтроны. Замедлителем и отражателем обычно служат тяжелая и легкая вода, жидкие металлы, графит и бериллий.

На всех военно-морских судах, на первом атомном ледоколе «Ленин», на первом грузо-пассажирском судне «Саванна» стоят энергетические установки, выполненные по двухконтурной схеме. В первичном контуре такого реактора вода находится под давлением до 13 МПа и поэтому не вскипает при температуре 270° С, обычной для тракта охлаждения реактора. Вода, нагретая в первичном контуре, служит теплоносителем для производства пара во вторичном контуре.

В первичном контуре могут использоваться и жидкие металлы. Такая схема применена на подводной лодке ВМС США «Си Вулф», где теплоносителем является смесь жидкого натрия с жидким калием. Давление в системе такой схемы сравнительно невелико. Это же преимущество можно реализовать, используя в качестве теплоносителя парафинообразные органические вещества – дифенилы и трифенилы. В первом случае недостатком является проблема коррозии, а во втором – образование смолистых отложений.

Существуют одноконтурные схемы, в которых рабочее тело, нагретое в реакторе, циркулирует между ним и главным двигателем. По одноконтурной схеме работают газоохлаждаемые реакторы. Рабочим телом служит газ, например, гелий, который нагревается в реакторе, а затем вращает газовую турбину.

Защита.

Ее главная функция – обеспечить защиту экипажа и оборудования от излучения, испускаемого реактором и другими элементами, имеющими контакт с радиоактивными веществами. Это излучение делится на две категории: нейтроны, выделяющиеся при делении ядер, и гамма-излучение, возникающее в активной зоне и в активированных материалах.

В общем случае на судах имеются две защитные оболочки. Первая расположена непосредственно вокруг корпуса реактора. Вторичная (биологическая) защита охватывает парогенераторное оборудование, систему очистки и емкости для отходов. Первичная защита поглощает большую часть нейтронов и гамма-излучение реактора. Это снижает радиоактивность вспомогательного оборудования реактора.

Первичная защита может представлять собой двухоболочечный герметичный резервуар с пространством между оболочками, заполненным водой, и наружным свинцовым экраном толщиной от 2 до 10 см. Вода поглощает большую часть нейтронов, а гамма-излучение частично поглощается стенками корпуса, водой и свинцом.

Основная функция вторичной защиты – снизить излучение радиоактивного изотопа азота 16 N, который образуется в теплоносителе, прошедшем через реактор. Для вторичной защиты используются емкости с водой, бетон, свинец и полиэтилен.

Экономичность судов с атомными энергетическими установками.

Для боевых кораблей стоимость постройки и эксплуатационные расходы имеют меньшее значение, чем преимущества почти неограниченной дальности плавания, большей энерговооруженности и скорости кораблей, компактности установки и сокращения обслуживающего персонала. Эти достоинства атомных энергетических установок обусловили их широкое применение на подводных лодках. Оправданно и применение энергии атома на ледоколах.

СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ

Существует четыре основных вида судовых движителей: водометные движители, гребные колеса, гребные винты (в том числе с направляющей насадкой) и крыльчатый движитель.

Водометный движитель.

Водометный движитель – это, по существу, просто поршневой или центробежный насос, который засасывает воду через отверстие в носу или днище корабля и выбрасывает через сопла в кормовой его части. Создаваемый упор (сила тяги) определяется разностью количеств движения струи воды на выходе и входе в движитель. Водометный движитель был впервые предложен и запатентован Тугудом и Хейсом в Англии в 1661. Позднее разные варианты такого двигателя предлагали многие, но все конструкции были неудачными из-за низкого КПД. Водометный движитель применяется в некоторых случаях, когда низкий КПД компенсирутся преимуществами в других отношениях, например для плавания по мелководным или засоренным рекам.

Гребное колесо.

Гребное колесо в самом простом случае – это широкое колесо, у которого по периферии установлены лопасти. В более совершенных конструкциях лопасти могут поворачиваться относительно колеса так, чтобы они создавали нужную пропульсивную силу при минимальных потерях. Ось вращения колеса расположена выше уровня воды, и погружена лишь его небольшая часть, поэтому в каждый данный момент времени только несколько лопастей создают упор. КПД гребного колеса, вообще говоря, возрастает с увеличением его диаметра; не редкость значения диаметра 6 м и более. Частота вращения большого колеса получается низкой. Невысокое число оборотов соответствовало возможностям первых паровых машин; однако со временем машины совершенствовались, их скорости возросли, и малые обороты колеса стали серьезным препятствием. В итоге гребные колеса уступили место гребным винтам.

Гребные винты.

Еще древние египтяне использовали винт для подачи воды из Нила. Есть свидетельства, что в средневековом Китае для движения судов использовали винт с ручным приводом. В Европе винт в качестве судового движителя впервые предложил Р.Гук (1680).

Конструкция и характеристики.

Современный гребной винт обычно имеет несколько лопастей примерно эллиптической формы, равномерно расположенных на центральной втулке. Поверхность лопасти, обращенную вперед, в нос судна, называют засасывающей, обращенную назад – нагнетающей. Засасывающая поверхность лопасти выпуклая, нагнетающая – обычно почти плоская. На рис. 2 схематично показана типичная лопасть гребного винта. Осевое перемещение винтовой поверхности за один оборот называют шагом p ; произведение шага на число оборотов в секунду pn – осевая скорость лопасти винта нулевой толщины в недеформируемой среде. Разность (pn - v 0), где v 0 – истинная осевая скорость винта, характеризует меру деформируемости среды, называемую скольжением. Отношение (pn - v 0)/pn – относительное скольжение. Это отношение – один из основных параметров гребного винта.

Важнейшим параметром, определяющим рабочие характеристики гребного винта, является отношение шага винта к его диаметру. Следующие по значимости – количество лопастей, их ширина, толщина и форма, форма профиля и дисковое отношение (отношение суммарной площади лопастей к площади описывающего их круга) и отношение диаметра втулки к диаметру винта. Экспериментально определены диапазоны изменения этих параметров, обеспечивающие хорошие рабочие характеристики: шаговое отношение (отношение шага винта к его диаметру) 0,6–1,5, отношение максимальной ширины лопасти к диаметру винта 0,20–0,50, отношение максимальной толщины лопасти вблизи втулки к диаметру 0,04–0,05, отношение диаметра втулки к диаметру винта 0,18–0,22. Форма лопасти обычно яйцевидная, а форма профиля – плавно обтекаемая, очень похожая на профиль крыла самолета. Размеры современных гребных винтов варьируются от 20 см до 6 м и более. Мощность, развиваемая винтом, может составлять доли киловатта, а может превышать 40 000 кВт; соответственно, частота вращения лежит в диапазоне от 2000 об/мин для малых винтов до 60 для больших. КПД хороших винтов составляет 0,60–0,75 в зависимости от шагового отношения, числа лопастей и других параметров.

Применение.

На судах ставят один, два или четыре гребных винта в зависимости от размеров судна и требуемой мощности. Одиночный винт обеспечивает более высокий КПД, поскольку отсутствует интерференция и часть энергии, затрачиваемой на движение судна, восстанавливается гребным винтом. Это восстановление выше, если гребной винт установлен в середине спутной струи сразу за ахтерштевнем. Некоторое увеличение пропульсивной силы может быть достигнуто с помощью разрезного руля, для чего верхнюю и нижнюю части руля немного отклоняют в противоположные стороны (соответственно вращению винта), с тем чтобы использовать поперечную составляющую скорости струи после винта для создания дополнительной составляющей силы в направлении движения судна. Применение нескольких винтов увеличивает маневренность судна и возможности поворота без использования рулей, когда винты создают упор в разных направлениях. Как правило, реверсирование упора (изменение направления действия пропульсивной силы на обратное) достигается реверсированием вращения гребных двигателей, но существуют и специальные реверсивные винты, которые позволяют реверсировать упор без изменения направления вращения валов; это достигается поворотом лопастей относительно втулки с помощью механизма, расположенного во втулке и приводимого в действие через полый вал. Гребные винты изготавливают из бронзы, отливают из стали или чугуна. Для работы в соленой воде предпочтительнее сплав бронзы, легированной марганцем, поскольку он хорошо поддается шлифованию и успешно противостоит кавитации и воздействию соленой воды. Спроектированы и созданы высокоскоростные суперкавитирующие винты, у которых вся засасывающая поверхность занята зоной кавитации. При малых скоростях такие винты обладают несколько меньшим КПД, однако они значительно эффективнее обычных при высоких скоростях.

Винт с направляющей насадкой.

Винт с насадкой – обычный винт, установленный в коротком сопле, – изобретен немецким инженером Л.Кортом. Насадка жестко соединена с корпусом судна или выполнена с ним как одно целое.

Принцип действия.

Был сделан ряд попыток установить винт в трубе для улучшения его рабочих характеристик. В 1925 Корт обобщил результаты этих исследований и существенно усовершенствовал конструкцию: он превратил трубу в короткое сопло, диаметр которого на входе был больше, а форма соответствовала аэродинамическому профилю. Корт установил, что такая конструкция обеспечивает значительно больший упор при заданной мощности по сравнению с обычными винтами, поскольку струя, ускоряемая винтом, при наличии насадки сужается в меньшей степени (рис. 3). При одинаковых расходах скорость за винтом с насадкой (v 0 + u u ). В связи с этим винты с насадкой чаще ставят на буксирах, траулерах и аналогичных судах, которые буксируют тяжелые грузы с малой скоростью. Для таких судов выигрыш на единицу мощности, создаваемый винтом с насадкой, может достигать 30–40%. На быстроходных судах винт с насадкой не имеет преимуществ, поскольку небольшой выигрыш в КПД теряется из-за увеличения сопротивления на насадке.

Крыльчатые движители.

Такой движитель представляет собой диск, на котором по периферии перпендикулярно плоскости диска размещены 6–8 лопатообразных лопастей. Диск установлен заподлицо с днищем корабля, а в поток опущены только лопасти движителя. Диск с лопастями вращается относительно своей оси, и, кроме того, лопасти совершают вращательное или колебательное движение относительно своей продольной оси. В результате вращательного и колебательного движений лопастей вода ускоряется в требуемом направлении, и создается упор для движения судна. Такой тип движителя имеет преимущество перед гребным винтом и гребным колесом, поскольку может создавать упор в любом желаемом направлении: вперед, назад и даже вбок без изменения направления вращения двигателя. Поэтому для управления судами с крыльчатым движителем не требуется рулей или других механизмов. Хотя крыльчатые движители не могут заменить гребные винты по универсальности применения, в некоторых специальных случаях они весьма эффективны.

Литература:

Акимов Р.Н. и др. Справочник судового механика . М., 1973–1974
Самсонов В.И. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания . М., 1981
Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки (спр.). Л., 1986
Артюшков Л.С. и др. Судовые движители . Л., 1988
Батырев А.Н. и др. Корабельные ядерные установки зарубежных стран . СПб., 1994

• СУДОВЫЕ МАШИНЫ
  см. …
• МАШИНЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  (в экономическом отношении)Еще до XVIII в. были изобретаемы М., увеличивавшие производительность труда, например водяные и ветряные мельницы для хлеба, валяльные …
• МАШИНЫ в Тезаурусе русской деловой лексики:
  Syn: механизмы, …
• МАШИНЫ в Тезаурусе русского языка:
  Syn: механизмы, …
• МАШИНЫ в словаре Синонимов русского языка:
  Syn: механизмы, …
• СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ: СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ в Словаре Кольера:
  К статье СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ Существует четыре основных вида судовых движителей: водометные движители, гребные колеса, гребные винты (в …
• СУДОВЫЕ УСТРОЙСТВА
  устройства, комплекс технических средств, обеспечивающих эксплуатацию судна; предназначаются для управления судном на ходу, удержания на стоянке у причала или на …
• СУДОВЫЕ СИСТЕМЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  системы, совокупность трубопроводов, арматуры, механизмов, приборов и приспособлений, обеспечивающих перемещение по судну, а также приём и выдачу с судна жидкости, …
• СУДОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  механизмы вспомогательные, обеспечивают работу главных судовых двигателей, судовых систем и судовых устройств. К собственно С. м. относятся: насосы, …
• ОГНИ СУДОВЫЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  судовые, сигнальные огни, устанавливаемые на судне в определённых сочетаниях в тёмное время суток для указания его местонахождения, направления движения, …
• НАДСТРОЙКИ СУДОВЫЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  судовые, закрытые помещения на верхней палубе судна, расположенные по его ширине от борта до борта и имеющие различную протяжённость по …
• КОММУНАЛЬНЫЕ МАШИНЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  машины, машины коммунального хозяйства, предназначенные для санитарной очистки и уборки территории населенных пунктов, помещений общественного назначения, стирки и химчистки белья …
• ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  машины, средства механизации, применяемые для выполнения комплекса работ при строительстве, содержании и ремонте автомобильных дорог, а также в ж.-д., гидротехническом, …
• ШВЕЙНЫЕ МАШИНЫ
• ПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона.
• ПАРОВЫЕ МАШИНЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  I) Общие понятия и история возникновения. — II) Действие пара. — III) Парораспределение и регулирование хода. — IV) Типы. — …
• в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  Так называются механизмы, служащие для уборки с поля трав: клевера, тимофеевки и т. п., хлебов, как рожь, пшеница, овес и …
• БУРОВЫЕ ИЛИ БУРИЛЬНЫЕ МАШИНЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  Б. машины, предназначенные для сверления горизонтальных отверстий, уже существовали в XVII столетии, что подтверждается предложением, сделанным в 1683 году механиком …
• ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ* в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона.
• ПАРОВЫЕ МАШИНЫ*
  ? I) Общие понятия и история возникновения. ? II) Действие пара. ? III) Парораспределение и регулирование хода. ? IV) Типы. …
• ЖАТВЕННЫЕ МАШИНЫ, ЖАТКИ, ЖНЕИ, ЖНЕЙКИ в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона:
  - Так называются механизмы, служащие для уборки с поля трав: клевера, тимофеевки и т. п., хлебов, как рожь, пшеница, овес …
• БУРОВЫЕ ИЛИ БУРИЛЬНЫЕ МАШИНЫ в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона:
  ? Б. машины, предназначенные для сверления горизонтальных отверстий, уже существовали в XVII столетии, что подтверждается предложением, сделанным в 1683 году …
• СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ: ТИПЫ СУДОВЫХ УСТАНОВОК в Словаре Кольера:
  К статье СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ Пар - традиционный источник энергии для движения судов. Пар получают при сжигании топлива …
• СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ в Словаре Кольера:
  устройства для обеспечения движения кораблей, катеров и других судов. К движителям относятся гребной винт и гребное колесо. В качестве судовых …
• ЭКСПЕРИМЕНТ "ФИЛАДЕЛЬФИЯ" в Справочнике Чудес, необычных явлений, НЛО и прочего:
  одна из самых интересных загадок ХХ века, породившая немало разноречивых слухов. Согласно легендам, в 1943 году в Филадельфии военное ведомство …
• ПРОФСПЕЦИАЛИЗАЦИЯ РАС в Галактической энциклопедии из научно-фантастической литературы:
  На всех полетах за земную орбиту к машинам и на прокладку курса ставят белых с Земли, потому что это они …
• БРОКЕР в Словаре финансовых терминов:
  отдельное лицо или фирма, занимающиеся посредничеством при заключении сделок на фондовой, товарной и валютной биржах. БРОКЕРЫ заключают сделки, как правило, …
• ПРАВИЛА в Словаре экономических терминов:
  ВЕДЕНИЯ МОРСКОЙ ВОЙНЫ - регулируются Гаагской конвенцией о некоторых ограничениях в пользовании правом захвата в морской войне 1907 г.. Конвенцией …
• ЯРЫЖНЫЕ ЛЮДИ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  люди, ярыжки, ярыги, название некоторых категорий населения России в 16-18 вв. Судовые Я. л.: чернорабочие, грузчики, бурлаки, гребцы на речных …
• ТЯЖЁЛОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  машиностроение, совокупность подотраслей машиностроения, предприятия которых заняты производством металлургического, горнорудного, крупного кузнечно-прессового, дробильно-размольного, подъёмно-транспортного оборудования, а также крупных экскаваторов, роторных …
• СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  двигатель, входит в состав судовой энергетической установки. Различают главные С. д. (обеспечивает движение судна) и вспомогательные С. д. (для …
• СУДНО в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  корабль, плавучее сооружение, предназначенное для выполнения определённых хозяйственных и военных задач, научных исследований, водного спорта и др. Классификация С. По …
• СИЛОВАЯ УСТАНОВКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  установка, энергетический комплекс, содержащий тепловой двигатель (реже гидравлический двигатель, ветродвигатель), машины - преобразователи энергии, например электрогенераторы и электродвигатели, …
• в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  промышленности институты в СССР, готовят инженеров, экономистов и ихтиологов-рыбоводов для предприятий, судов, организаций и учреждений рыбной промышленности и хозяйства. В …
• ПОЛИГРАФИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  машиностроение, отрасль машиностроения, производящая технологическое оборудование для полиграфической промышленности (см. в ст. Полиграфия) . Предпосылками для возникновения П. …
• ПОДЪЁМНЫЙ КРАН в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  кран, грузоподъёмная машина циклического действия с возвратно-поступательным движением грузозахватного органа; служит для подъёма и перемещения грузов. Цикл работы П. к. …
• ПЕЧАТНАЯ МАШИНА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  машина полиграфическая, служит для печатания книг, брошюр, газет, журналов, этикеток, плакатов и т.п., а также упаковочной продукции. Кроме полиграфических, имеются …
• МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  производства, замена ручных средств труда машинами и механизмами с применением для их действия различных видов энергии, тяги в отраслях материального …
• КОРАБЕЛЬНАЯ АРХИТЕКТУРА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  архитектура, архитектура корабля, прежнее название совокупности судостроительных научных дисциплин. Из К. а. выделились в качестве самостоятельных разделов науки о судах …
• ДИЗЕЛЬ (ДВИГАТЕЛЬ ВНУТР. СГОРАНИЯ) в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия. Воспламенение в цилиндре Д. происходит при впрыске топлива в воздух, нагретый до …
• ВЕРТОЛЁТНАЯ ПЛОЩАДКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
  площадка, земельный участок, площадка на здании, судне и т.п., оборудованные для взлёта, посадки и обслуживания вертолётов. В. п. различают по …
• ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  I. Общие понятия. — II. Типы Э. станций по производству Э. энергии. — III. Классификация их. — IV. Здания и …
• ЭКИПАЖ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
  (морск.): 1) в общем смысле — все судовые чины судна: капитан, офицеры, матросы, машинисты, прислуга и т. д.; 2) в …
• ТОНКОПРЯДЕНИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона.
• СУДОСТРОЕНИЕ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона.

Возможно, первый судовой двигатель появился так. Наш далекий предок, усевшись на упавшее в водный поток бревно, решил переправиться на другой берег реки. Загребая воду ладонями, как веслами, он сочетал в себе и первый двигатель - в одну «человеческую» силу - и первый движитель, которым являлись его руки. Но постепенно люди, изучив законы природы, поставили их себе на службу. Ветер, вода и, наконец, пар отчасти заменили силу мышц. На смену веслам пришел парус, а паруса начала вытеснять машина.

Идея создать паровой двигатель возникла более 2000 лет назад. Греческий ученый Герон, живший в Александрии, сконструировал оригинальную паровую машину. Значительно позже английский механик Джеймс Уатт создал паровую машину, которой суждено было стать первой судовой силовой установкой .

Пароходы

11 августа 1807 года принято считать днем рождения парового судна. В этот день произошло испытание парохода, построенного талантливым американским инженером Робертом Фултоном. Пароход «Клермонт » открыл регулярные рейсы по реке Гудзон между Нью-Йорком и Олбени. В 1838 году британский пароход «Great Eastern » пересек Атлантику, не поднимая парусов, хотя и имел парусное вооружение. Рост промышленности требовал корабли и суда , которые могли бы независимо от воли стихии совершать регулярные рейсы по Атлантическому и Тихому океанам. В XIX веке резко возросли размеры паровых судов, а вместе с ними и мощности паровых машин. К 90-м годам мощность их была доведена до 9000 лошадиных сил.

Постепенно паровые машины становились все более мощными и надежными. Первые судовые силовые установки состояли из поршневой паровой машины и больших маломощных котлов, отапливаемых углем.

Сто лет спустя коэффициент полезного действия (КПД) паровой силовой установки уже равнялся 30 процентам, и развивала мощность до 14720 кВт, а число обслуживающего персонала сократилось до 15 человек. Но малая производительность паровых котлов требовала увеличения их количества.

На грани двух веков паровыми машинами оборудовались в основном пассажирские суда и грузопассажирские корабли , чисто грузовыми судами были только парусники . Это объяснялось несовершенством и малой эффективностью паровой силовой установки того времени.

Применение появившихся в 80-х годах XIX века водотрубных котлов, которые сейчас работают на жидком топливе, улучшило эффективность паровых силовых установок. Но коэффициент полезного действия их достиг всего лишь 15 процентов, чем и объясняется прекращение постройки пароходов. Но в наше время еще можно встретить суда, приводимые в движение поршневыми паровыми машинами это речной пароход «American Queen ».

Судовые поршневые паровые машины

поршневой паровой двигатель

В судовых силовых установках с паровыми машинами в качестве рабочего тела используется водяной пар. Поскольку пресную воду на судах можно перевозить только в ограниченном количестве, в данном случае применяют замкнутую систему циркуляции воды и пара. Разумеется, при работе силовой установки возникают определенные потери пара или воды, однако они незначительны и возмещаются водой из цистерны или испарителей.

Принцип действия поршневой паровой машины

Рабочий пар подается в паровой цилиндр через паровые поршни. Он расширяется, давит на поршень и заставляет его скользить вниз. Когда поршень достигает своей нижней точки, парораспределительный золотник изменяет свое положение. Свежий пар подается под поршень, в то время как пар, заполнявший прежде цилиндр, вытесняется.

Теперь поршень движется в противоположном направлении. Таким образом, поршень совершает во время работы движения вверх и вниз, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма, состоящего из штока, ползуна и соединенного с коленчатым валом шатуна, преобразуются во вращательные движения коленчатого вала. Впуск и выпуск свежего и отработавшего пара регулируют клапаном. Клапан приводится в действие от коленчатого вала посредством двух эксцентриков, которые через штанги и шатун соединены с золотниковой штангой.

Перемещение шатуна с помощью переводного рычага вызывает изменение количества пара, заполнившего цилиндр за один подъем поршня, а следовательно, меняются мощность и частота вращения машины. Когда шатун находится в среднем положении, пар уже не входит в цилиндр, и паровая машина прекращает движение. При дальнейшем перемещении шатуна с помощью переводного рычага машина снова приводится в движение, на этот раз в противоположном направлении. Это обусловливает обратное движение судового движителя .

В первых судовых силовых установках применяли поршневые паровые машины, в которых расширение от входного до выходного давления и до давления в конденсаторе происходило в одном цилиндре. Принцип действия поршневой паровой машины показан на рисунке 2 . Со временем стали применять машины многоступенчатого расширения. Принцип действия машины трехступенчатого расширения схематично показан на рисунке 3.

поршневая паровая машина

поршневая паровая машина трехкратного росширения

• - письменные свидетельства, удостоверяющие правовое положение, техническое состояние и соответствие судна предъявляемым к нему международным и национальным требованиям...

  Пограничный словарь

• - многочисленные относящиеся к судну документы, как то: судовое свидетельство, свидетельство на право плавания под флагом СССР, мерительное свидетельство, свидетельство на годность к...

  Морской словарь

• - криволинейные геометрические очертания корпуса судна, характеризуемые теоретическим чертежом...

  Морской словарь

• - огни, зажигаемые на судах с заходом солнца на все темное время и служащие для указания места корабля, его состояния, а иногда и назначения...

  Морской словарь

• - вспомогательные, обеспечивают работу главных судовых двигателей, судовых систем и судовых устройств...
• - Кран судовой. - подъемные краны, служащие для производства погрузочных и разгрузочных операций. Краны судовые...

  Морской словарь

• - возвышенные легкие надстройки над верхней палубой, защищенные от ветра и волны, на которых сосредоточиваются все приборы, необходимые для управления судном на ходу. Обычно М. С....

  Морской словарь

• - сеть трубопроводов, предназначенная и приспособленная для перемещения жидкостей или газов внутри судна в целях обслуживания различных его потребностей...

  Морской словарь

• - различные документы, подтверждающие принадлежность, мореходность судна, его соответствие требованиям безопасности плавания, судовая роль и другие документы, удостоверяющие качество и...

  Морской словарь

• - особо приспособленные суда, перевозящие пассажиров, автогужевые повозки, отдельные железнодорожные вагоны и иногда целые поездные составы...

  Морской словарь

• - Документы, которые обязательно должны находиться у капитана и при необходимости быть предъявленными для проверки...

  Словарь бизнес терминов

• - "...1. На подлежащих регистрации судах, за исключением судов, указанных в пункте 9 настоящей статьи, должны находиться следующие судовые документы: 1) свидетельство о праве собственности на судно...

  Официальная терминология

• - "...е) судовые припасы <*> - товары, предназначенные для потребления на судне, в том числе продовольственные товары, товары, подлежащие продаже пассажирам и членам экипажа судна, топливо и смазочные материалы;.....

  Официальная терминология

• - Вахтенный журнал - есть установленной формы шнуровая книга, в которую вносятся все относящиеся до данного корабля обстоятельства его плавания или пребывания на якоре...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - закрытые помещения на верхней палубе судна, расположенные по его ширине от борта до борта и имеющие различную протяжённость по длине судна...

  Большая Советская энциклопедия

• - сигнальные огни, устанавливаемые на судне в определённых сочетаниях в тёмное время суток для указания его местонахождения, направления движения, типа, состояния, а также рода выполняемой им работы...

  Большая Советская энциклопедия

"Судовые машины" в книгах

Гидравлические машины, мосты, каналы, машины для их создания и приспособления для погружения под воду

Гидравлические машины, мосты, каналы, машины для их создания и приспособления для погружения под воду Водолазный костюм Леонардо Еще задолго до Леонардо изобретателей и ученых интересовала возможность погружения человека на значительную глубину. Леонардо, которого

Машины-автоматы и другие «рабочие» машины