Дизельные установки с прямой передачей относятся к числу наиболее распространенных типов судовых ЭУ. На рис. 1.1 дана схема такой установки. Главный двигатель 7 жестко соединен с промежуточным валом 4. Упорный подшипник 6, воспринимающий упор винта, установлен на линии вала или встроен в кормовом торце ГД. Промежуточный вал покоится на опорных подшипниках 5. Крутящий момент ГД передается гребному валу 2, установленному в дейдвудной трубе 3 с опорными подшипниками, и далее на движитель - гребной винт 1.
Рис. 1.1. Схема СДЭУ с прямой передачей
Основные элементы и устройства СДЭУ с прямой передачей показаны на принципиальной тепловой схеме (рис. 1.2).
Главная ЭУ, состоящая из гребного винта 1, валопровода 2, упорного подшипника 3 и ГД 5, аналогична показанной на рис. 1.1. Турбокомпрессор 6 нагнетает воздух в ГД через воздухоохладитель 26, а топливо подается насосом 4. Охлаждение двигателя пресной водой, проходящей через опреснитель 31, обеспечивается насосом пресной воды 30, а смазка - масляным насосом 28. Охлаждение наддувочного воздуха в воздухоохладителе 26, смазочного масла в маслоохладителе 27 и пресной воды в водоохладителе 29 производится забортной водой, подаваемой насосом 25.
Аналогичным образом, но обычно автономно, осуществляется циркуляция рабочих тел во вспомогательном двигателе 12 с помощью навешенных (реже автономных) насосов пресной воды 13, смазочного масла 14 и забортной воды 17. Охлаждение пресной воды и масла ВД происходит в охладителях пресной воды 15 и смазочного масла 16.
Рис. 1.2. Принципиальная тепловая схема СДЭУ с прямой передачей
Сжатый воздух для пуска ГД подается из баллонов запаса 20 периодически пополняемых электрокомпрессором 19. Выпускные газы ГД из турбокомпрессора направляются в атмосферу через глушитель 9 или (при достаточно большой мощности ЭУ и значительной потребности в паре) могут использоваться для генерирования пара низких параметров в утилизационном парогенераторе 7. Продукты сгорания вспомогательного парогенератора 8 отводятся в атмосферу через дымоход, в котором установлен искрогаситель 10, а от ВД - через глушитель-искрогаситель 11. Питательный насос 24 подает питательную (пресную) воду из теплого ящика 23 в УП и ВП. От парогенераторов пар поступает ко всем потребителям, откуда отработавший пар сбрасывается во вспомогательный конденсатор 22, через который циркуляционным насосом 21 прокачивается забортная вода.
Снабжение судна электроэнергией обеспечивает дизель-генератор 12. Принципиальная тепловая схема СДЭУ, показанная на рис. 1.2, в основном характерна и для СДЭУ с другими типами передач.
Дизельные установки с прямой передачей по схемам, показанным на рис. 1.1 и 1.2, наиболее характерны для транспортных судов всех типов и промысловых судов с прямой передачей мощности на винт. При этом в качестве ГД обычно применяют малооборотный (? 80?250 об/мин), а для судов малого тоннажа - среднеоборотный (? 450?500 об/мин) реверсивный двигатель.
Другие возможные схемы судовых СДЭУ с прямой передачей показаны на рис. 1.3. Установки с реверсивной муфтой (см. рис.1.3,а) характерны для речных или малотоннажных судов (быстроходных и разъездных катеров, судов на подводных крыльях) с нереверсивным средне- или высокооборотным ГД.
Большое распространение получили СДЭУ с прямой передачей и ВРШ (см. рис. 1.3,б). В этом случае в линию вала встраивают механизм изменения шага винта 9.
Рис. 1.3. Возможные схемы СДЭУ с прямой передачей: а - с реверсивной муфтой; б - с ВРШ; в - с ВРШ и ВГ; г - с разобщительной муфтой; 1 - ВФШ; 2 - гребной вал; 3 дейдвудное устройство; 4 - промежуточный вал; 5 - опорные подшипники; 6 - реверсивная муфта; 7 - ГД; 8 - ВРШ; 9 - МИШ; 10 - упорный подшипник; 11 - текстропная передача; 12 - эластичная разобщительная муфта; 13 - ВГ
В СДЭУ с прямой передачей и с ВРШ при работе ГД в режиме = const широко используются валогенераторы (см. рис. 1.3,в), так как вырабатываемая при этом электроэнергия удовлетворяет требованиям по допустимым колебаниям частоты тока без применения специальных стабилизирующих устройств. На случай внезапного падения частоты вращения или остановки ГД предусматривают автоматический запуск и включение в работу АДГ («горячий резерв») для бесперебойного питания жизненно важных потребителей. Привод валогенераторов может осуществляться через повышающую зубчатую или клиноременную передачу 11 и муфту 12, либо от свободного конца вала ГД, через передачу или непосредственно (при повышенной частоте вращения двигателя).
При необходимости разобщения ГД и винта применяются СДЭУ с прямой передачей и эластичной разобщительной муфтой (см. рис. 1.3,г). Упорный подшипник 10 при этом устанавливается в корму от муфты 12.
Двухвальные СДЭУ с прямой передачей применяются на речных судах, судах с ограниченной осадкой, на пассажирских теплоходах, паромах, буксирах. В двухвальных СДЭУ (рис. 1.4,а) на переднем ходу гребные винты вращаются в наружную сторону - к бортам (если смотреть в нос), что улучшает условия работы винтов и повышает их безопасность в ледовых условиях или в загрязненных бассейнах. В случае затруднений с размещением винтов в кормовом подзоре может применяться веерное расположение валопроводов (см. рис. 1.4, а, б), а при необходимости их заглубления - расположение с уклоном в корму (см. рис. 1.4,в).
Рис. 1.4. Схемы многовальных СДЭУ с прямой передачей: а - двухвальная; б - трехвальная; в - с уклоном вала
Трехвальные СДЭУ с прямой передачей имеют ограниченное применение, например на крупнотоннажных контейнеровозах при скорости 24?26 узлов.
Наиболее типичные схемы дизель-редукторных установок (ДРУ) представлены на рис. 1.5. По сравнению с СДЭУ с прямой передачей в ДРУ включены два дополнительных элемента - редуктор 7 и муфта 8. Для ДРУ транспортных судов обычно используют одноступенчатые редукторы, передающие крутящий момент от одного или нескольких главных СОД (до четырех).
Двухступенчатые зубчатые передачи и передачи специальных типов находят применение в СДЭУ с высокооборотными дизелями, на СПК и судах на воздушной подушке (СВП), в СДЭУ быстроходных катеров и в комбинированных дизель-газотурбинных установках. Для ДРУ приняты два типа муфт между ГД и редуктором: высокоэластичные соединительные муфты, защищающие редуктор от резких изменений крутящего момента дизеля и демпфирующие крутильные колебания, и соединительно-разобщительные (сцепные) муфты, допускающие также отключение ГД от редуктора. Как правило, при необходимости выполнения обеих функций муфты объединяют в единую конструкцию.
В установках с отбором мощности от редуктора (рис. 1.6,б) могут предусматриваться две отдельные муфты - упругая соединительная и разобщительная (сцепная).
В многомашинных ДРУ (см. рис. 1.5, в, г, д) муфты 8 являются упругими разобщительными.
Рис. 1.5. Типичные схемы ДРУ: а - одномашинная; б - с ВРШ; в - двухмашинная; г - трехмашинная; д - четырехмашинная; 1 - ВФШ; 2 - гребной вал; 3 - дейдвудное устройство; 4 - опорный подшипник; 5 - промежуточный вал; 6 - упорный подшипник; 7 - редуктор; 8 - эластичная разобщительная муфта; 9 - ГД; 10 - ВРШ; 11 - МИШ
В ДРУ имеются широкие возможности отбора мощности от редуктора на другие нужды, в первую очередь для привода электрогенераторов (см. рис. 1.6), что позволяет в ряде случаев существенно повысить эффективность и экономичность работы ЭУ.
Отбор мощности можно осуществлять не только на ходу судна, но и на стоянке. В последнем случае в состав валопровода включают разобщительную муфту, отключающую его от редуктора (рис. 1.6,в). При отключении валопровода зубчатой разобщительной муфтой 8 привод ВГ 5 и привод грузовых насосов 7 на стоянке может быть осуществлен от любого главного двигателя. Особенно часто отбор мощности на валогенератор используется в ДРУ с ВРШ при работе ГД при = const.
Рис. 1.6. Схемы ДРУ с отбором мощности: а - от ведомой шестерни (только на ходу судна); б, в - от ведущей шестерни (как на ходу, так и на стоянке); 1 - редуктор; 2 - упругая разобщительная муфта; 3. - ГД; 4 - эластичная муфта; 5 - ВГ; 6 - разобщительная муфта; 7 - грузовой насос; 8 - зубчатая разобщительная муфта
На рис. 1.7,а,б,в даны специальные схемы ДРУ, применяемые на легких быстроходных судах, катерах, малотоннажных СПК и СВП.
В ДРУ, показанной на рис. 1.7,а, реверс-редуктор 1 встроен непосредственно в ГД 2 и является его неотъемлемой частью. В схемах на рис. 1.7,б и 1.7,в высокооборотный ГД с реверсивной муфтой 3 (при работе на ВФШ) через эластичную муфту 4 и угловой 5 редуктор работает на гребной винт. Применение угловых редукторов и колонок особенно эффективно на быстроходных катерах и СПК для обеспечения необходимого заглубления гребного винта. На схеме рис. 1.7, г показана ДРУ с редуктором - разделителем мощности 8 и встроенными упорными подшипниками 7, а на схеме рис. 1.7,д - ДРУ с планетарным редуктором 9. Дизель-редукторные установки с разделением мощности находят применение на судах с ограниченной осадкой, речного и смешанного плавания и др. ДРУ с многоскоростным (два-три варианта передаточных чисел) редуктором иногда используются на буксирах, траулерах и тральщиках.
Рис. 1.7. Специальные схемы ДРУ: а - со встроенным реверс-редуктором; б - с колонковым редуктором; в - с угловым редуктором; г - с редуктором- разделителем мощности; д - c планетарным редуктором
В ДРУ транспортных и промысловых судов в качестве ГД используются дизели среднеоборотные (=450?600 об/мин) и повышенной оборотности (= 600?1000 об/мин), а на малотоннажных судах и катерах - и высокооборотные дизели (< 1800 об/мин). В ДРУ со среднеоборотными двигателями редуктор (как правило, со встроенным упорным подшипником) выполняется в виде отдельного агрегата, хотя монтаж ГД и редуктора предусматривается на общем судовом фундаменте. В ДРУ с высокооборотными дизелями редуктор может выполняться как отдельно от ГД, так и встроенным в двигатель (см. рис.1.7,а).
В настоящее время ДРУ со среднеоборотными дизелями получили наибольшее распространение на транспортных судах с ограниченными размерами МО по высоте (паромы, суда с горизонтальной погрузкой).
Значительный прогресс в развитии СОД делает эти установки перспективными и для других типов судов.