INSTALACJA SPRĘŻONEGO POWIETRZA
Zadaniem instalacji sprężonego powietrza jest przygotowanie powietrza jako czynnika roboczego o odpowiednim ciśnieniu, temperaturze i czystości, przechowywanie jego oraz doprowadzanie do urządzeń (odbiorników). Przeznaczenie instalacji sprężonego powietrza jest następujące:
· Instalacja sprężonego powietrza na statku służy przede wszystkim do rozruchu głównych i pomocniczych tłokowych silników spalinowych i do przesterowywania silników głównych, - jeśli są nawrotne.
· Poza tym służy do celów pomocniczych:
1. przedmuchiwania kingstonów,
2. przedmuchiwania instalacji chłodzenia wtryskiwaczy i instalacji przeciw pożarowej CO2,
3. zasilania zdmuchiwaczy sadzy w kotłach,
4. zasilania tyfonu (syreny),
5. doładowywania poduszek powietrznych w hydroforach,
6. zasilania układów automatyki okrętowej,
7. celów warsztatowych (napęd narzędzi pneumatycznych),
8. celów gospodarczych.
W przypadku silników szybkoobrotowych (mały moment bezwładności) dla mocy około 300 kW bywa niekiedy stosowany rozruch elektryczny (rozrusznikiem elektrycznym pobierającym energię z akumulatorów elektrycznych). Nie znaczy to, aby wymieniona wyżej granica ok. 300 kW była nieprzekraczalna. Zależnie od typu i specyfiki napędu oraz przeznaczenia statku rozruch elektryczny może być stosowany nawet dla silników dużych mocy rzędu tysięcy kW. Jednakże zdecydowanie dominującym sposobem uruchamiania silników okrętowych jest rozruch sprężonym powietrzem. Minimalne ciśnienie powietrza rozruchowego, które zdolne jest jeszcze uruchomić silnik zależy od konstrukcji, stanu technicznego i typu silnika. Orientacyjnie wynosi ono około 1¸2 MPa dla silników w stanie zimnym i około 0,8¸1,5 dla silników podgrzanych. Ilość powietrza zużywanego na l rozruch silnika zależy głównie od jego prędkości obrotowej, a konkretnie od mas ruchu obrotowego i posuwisto-zwrotnego.
Poza tym zależy od konstrukcji silnika, liczby cylindrów i stopnia jego wyeksploatowania. W siłowniach z tłokowymi silnikami spalinowymi sprężone powietrze jest przechowywane, co najmniej w dwóch zbiornikach. W przypadku siłowni statków z silnikami głównymi wolnoobrotowymi i średnioobrotowymi ciśnienie w tych zbiornikach wynosi 3 MPa.
Zapas sprężonego powietrza w zbiornikach powinien wystarczyć na:
· 12 rozruchów nawrotnego silnika głównego w stanie zimnym (na przemian „naprzód" i „wstecz"), po 6 z każdego zbiornika powietrza.
· w przypadku silników nienawrotnych całkowity zapas sprężonego powietrza może być dwa razy mniejszy - powinien wystarczyć łącznie na 6 rozruchów silnika głównego.
· w przypadku gdy w siłowni występują więcej niż dwa silniki główne, zapas sprężonego powietrza powinien zapewnić co najmniej po 3 rozruchy każdego silnika w stanie zimnym.
Każdy ze zbiorników powinien być wyposażony w:
· zawór zaporowo-zwrotny ładowania,
· zawór zaporowo-zwrotny poboru sprężonego powietrza,
· zawór bezpieczeństwa,
· zawór manometru,
· zawór odwadniający.
Zazwyczaj umieszcza się je na głowicy zbiornika. Muszą one być montowane bezpośrednio na głowicy, czy też na płaszczu zbiornika, nie może być odcinków rur między płaszczem zbiornika a zaworami,/
W siłowniach zautomatyzowanych, sprężone powietrze do układów sterowania (automatyki) może być pobierane ze zbiorników głównych, z tym, że zbiorniki te winny być automatycznie doładowywane już w razie spadku ciśnienia w nich o 0,5 MPa względem ciśnienia znamionowego.
Sprężarki w siłowni statku muszą być, co najmniej dwie, przy czym jedna musi być z napędem niezależnym, np. elektrycznym lub spalinowym, (druga może być zawieszona na silniku).
Poza tym w siłowni, czy też poza nią, musi być awaryjna sprężarka rozruchowa, na wypadek gdyby wszystkie zbiorniki sprężonego powietrza zostały rozładowane, a jednocześnie na statku nie pracowałby żaden silnik. W małych siłowniach może to nawet być sprężarka z napędem ręcznym. Jej przeznaczeniem jest takie naładowanie najmniejszego zbiornika sprężonego powietrza, by mogło ono uruchomić sprężarkę awaryjną z napędem pomocniczym silnikiem spalinowym, czy nawet jeden z niezależnych zespołów prądotwórczych, który z kolei zapewni pracę sprężarki z napędem elektrycznym.
W siłowniach, gdzie zbiorniki sprężonego powietrza są duże, naładowanie ręczne jednego z nich jest mało realne. Wtedy jako awaryjna sprężarka rozruchowa stosowany jest zespół silnik+sprężarka lub silnik+prądnica, gdzie silnik jest uruchamiany ręcznie, np. korbą. Czasami w siłowniach, gdzie awaryjna sprężarka jest z napędem ręcznym, stosuje się dodatkowa mały zbiornik sprężonego powietrza (awaryjny), którego objętość powinna zapewnić trzykrotne uruchomienie spalinowego silnika pomocniczego najmniejszej sprężarki powietrza rozruchowego (przeważnie awaryjnej), lub jednego z niezależnych zespołów prądotwórczych siłowni. Zależnie od ciśnienia sprężonego powietrza w zbiornikach, stosowane są sprężarki 2-stopniowe (p > 3 MPa).
Uproszczony schemat jednego z możliwych rozwiązań konstrukcyjnych instalacji sprężonego powietrza siłowni typowego statku z napędem głównym silnikiem wolnoobrotowym lub średnioobrotowym przedstawia rysunek.
Rys. Schemat instalacji sprężonego powietrza rozruchowego
l - silnik główny; 2 - silniki pomocnicze; 3 - sprężarki główne; 4 - sprężarka pomocnicza (uzupełniająca i awaryjna); 5 - sprężarka awaryjna ręczna; 6 - zbiornik główny powietrza rozruchowego; 7 - sprzęgło rozłączne; 8 - zbiornik pomocniczy powietrza rozruchowego; 9 - zawór sterowany elektromagnetycznie; 10 - sprężone powietrze o zredukowanym ciśnieniu na cele pomocnicze; 11 - sprężarka układu automatyki; 12 - zbiornik powietrza układu automatyki; 13 - do instalacji CO2; 14 - zbiornik rozruchowo-awaryjny; 15 - tyfon
Na tym rysunku pokazano wszystkie najważniejsze wymagania towarzystw klasyfikacyjnych. Są więc dwie sprężarki główne 3 i dwa zbiorniki główne powietrza rozruchowego 6. Jest sprężarka pomocnicza 4 oraz zbiornik pomocniczy 8. Jest wreszcie awaryjna sprężarka ręczna, którą w razie potrzeby można naładować zbiornik pomocniczy 8 w stopniu wystarczającym na trzy kolejne uruchomienia jednego z niezależnych zespołów prądotwórczych. To w zasadzie wyczerpuje podstawowe wymagania przepisów towarzystw klasyfikacyjnych.
W celu przedstawienia innych możliwości awaryjnego uruchomienia siłowni, przy rozładowanych wszystkich zbiornikach powietrza rozruchowego, a także zabezpieczenia się przed zaistnieniem takiej sytuacji. Dodatkowo przedstawiono również inne możliwe ewentualne rozwiązania. Między innymi przyjęto, że sprężarka pomocnicza 4 może być sprężarką awaryjną. Został przewidziany ewentualny napęd jej pomocniczym silnikiem spalinowym z rozruchem ręcznym, względnie rozrusznikiem elektrycznym zasilanym z awaryjnej tablicy rozdzielczej (z awaryjnego zespołu prądotwórczego).
Został też dodatkowo zainstalowany nieduży zbiornik powietrza rozruchowego o pojemności ok. 0,5 zbiornika pomocniczego 8, co pozwoli na szybsze jego naładowanie, by rozpocząć rozruch siłowni. Dodatkowo zbiornik pomocniczy 8 spełnia rolę uzupełniającego, dzięki zastosowaniu na nim dwustanowego czujnika ciśnienia (presostatu), uruchamiającego samoczynnie przy określonym spadku ciśnienia sprężarkę doładowującą 4. Przy takim rozwiązaniu nie powinna zaistnieć sytuacja, że zbiornik 8 zostanie rozładowany.
Na rysunku tym przedstawiono również ewentualną instalację niskociśnieniową sprężonego powietrza (sprężarka 11 i zbiornik 12) o ciśnieniu 0,8¸1,0 MPa, która przeznaczona jest dla celów automatycznego sterowania siłownią. W tej sytuacji także nie powinna zaistnieć sytuacja rozładowania zbiornika 12, który jest wyposażony w presostat samoczynnie sterujący jego doładowywaniem.
W razie potrzeby powietrze z tej instalacji także może posłużyć do awaryjnego rozruchu siłowni. Na rysunku, ze względu na brak miejsca, nie uwidoczniono na zbiornikach 8, 14 i 12 manometrów oraz zaworów odwadniających w najniższych miejscach na rurociągach.
Rys. Uproszczony schemat instalacji powietrza sprężonego spalinowej siłowni
Okrętowej
l - sprężarka powietrza; 2 - sprężarka powietrza silników zespołów prądotwórczych; 3 - rozdzielcza skrzynia zaworowa; 4 - zbiornik powietrza rozruchowego silnika głównego; 5 - zbiornik powietrza rozruchowego silników zespołów prądotwórczych; 6 - zbiornik powietrza gospodarczego; 7 - zawór redukcyjny; 8 - silnik główny; 9— silnik zespołu prądotwórczego
Układy rozruchowe silników składają się ze źródła energii (akumulatora energii) oraz zespołu sterującego powietrzem rozruchowym. Schemat ideowy takiego układu w zastosowaniu do silników okrętowych ilustruje rysunek.
Rys. Schemat ideowy układu rozruchowego silników okrętowych
Rys. Schemat podstawowego układu rozruchowego silnika głównego
l - samoczynny zawór manewrowy; 2 - kolektor powietrza rozruchowego; 3 - zawór rozruchowy; 4 - zawór wstępnego sterowania; 5 - rozdzielacz powietrza; 6 - zbiornik powietrza rozruchowego; 7 - przewody powietrza roboczego; 9, 10 - przewody powietrza sterowania wstępnego; 11, 12 - przewody powietrza sterowania wtórnego
Wymienione urządzenia tworzą następujące zespoły funkcjonalne:
1. instalację roboczego powietrza rozruchowego,
2. instalację powietrza sterowania wstępnego,
3. instalację powietrza sterowania zaworem rozruchowym.
Instalację roboczego powietrza rozruchowego oznaczono na rysunku grubą linią. Instalacja ta obejmuje: zbiornik sprężonego powietrza 6, samoczynny zawór manewrowy 1, kolektor 2, zawór rozruchowy 3 oraz przewód 7 doprowadzający powietrze ze zbiornika sprężonego powietrza 6 do samoczynnego zaworu manewrowego i dalej do kolektora 2, przewody 8 doprowadzające powietrze rozruchowe z kolektora 2 do zaworów rozruchowych 3.
Instalacja powietrza sterowania wstępnego
Instalację powietrza sterowania wstępnego oznaczono na rysunku linią cienką. Instalacja ta składa się z: zaworu wstępnego sterowania 4, zespołu sterowania samoczynnego zaworu manewrowego, rozdzielacza powietrza 5 oraz przewodów 9, 10, 11. Powietrze tego układu otwiera samoczynny zawór manewrowy w czasie, gdy zawór wstępnego sterowania znajduje się w pozycji „rozruch". Z tej przyczyny dolot powietrza rozruchowego 6 do zaworów rozruchowych 3 jest możliwy wyłącznie w okresie rozruchu silnika.
Rys. Uproszczone układy powietrza rozruchowego:
a) układ powietrza rozruchowego bez samoczynnego zaworu manewrowego;
b) układ powietrza rozruchowego z bezpośrednio sterowanym zaworem rozruchowym
Zadanie samoczynnego zaworu manewrowego polega na otwarciu dolotu powietrza rozruchowego ze zbiornika sprężonego powietrza do silnika wyłącznie w okresie rozruchu i odpowietrzeniu kolektora powietrza rozruchowego po rozruchu silnika. Samoczynny zawór manewrowy jest, zatem otwarty tylko przez okres ustawienia członu sterującego rozruchem w pozycji „rozruch". Zwiększa to bezpieczeństwo ruchu silnika i zmniejsza ilość zużywanego powietrza. W okresie manewrów, kiedy z konieczności zawór główny na zbiorniku powietrza rozruchowego musi być otwarty, samoczynny zawór manewrowy zapobiega dolotowi do cylindra nie kontrolowanych ilości sprężonego powietrza w razie nieszczelności lub uszkodzenia zaworu rozruchowego.
Na rysunku pokazano schematy powszechnie stosowanych zaworów manewrowych.
Rys. Schematy samoczynnych zaworów manewrowych
a) Silników Sulzer;
b) Silników Fiat;
c) Silników MAN.
Rys. Samoczynny zawór manewrowy silnika okrętowego firmy Fiat
...
kuki958