Что такое давление сгорания судового двигателя
Двигатель
Судовой двигатель входит в состав судовой энергетической установки. Различают главные С. д. (обеспечивает движение судна (См. Судно)) и вспомогательные С. д. (для привода электрогенераторов, насосов, вентиляторов и т. п.). В качестве С. д. используют двигатели внутреннего сгорания (См. Двигатель внутреннего сгорания) (двс), паровые турбины (См. Паровая турбина), и газовые турбины (См. Газовая турбина). Особенностями С. д. являются: большой ресурс, возможность реверсирования, умеренная трудоёмкость технического обслуживания, проводимого в судовых условиях, использование топлива в основном тяжёлых сортов, отсутствие жёстких ограничений по массе и размерам двигателя.
Чаще всего на судах используются двс — дизели (См. Дизель), обладающие наибольшей экономичностью из всех типов С. д. На транспортных, промысловых и вспомогательных судах применяются мало-, средне- и высокооборотные дизели с Наддувом (см. Крейцкопфный двигатель, Тронковый двигатель). Малооборотные двс используются как главные двигатели судов различных типов; их агрегатная мощность составляет 2,2—35 Мвт, число цилиндров 5—12, удельный эффективный расход топлива 210—215 г/ (квт․ч), частота вращения 103—225 об / мин.
Среднеоборотные двс используются преимущественно в качестве главных двигателей судов среднего размера; их мощность достигает 13,2 Мвт, число цилиндров 6—20, эффективный расход топлива 205—210 г/(квт․ч), частота вращения 300—500 об/мин. Высокооборотные двс применяются в основном как главные двигатели на малых судах, а также в качестве вспомогательных двигателей на судах всех типов; их агрегатная мощность до 2 Мвт, число цилиндров 12—16, удельный эффективный расход топлива 215—230 г/(квт․ч), частота вращения свыше 500 об/мин. Паровые турбины по степени распространённости несколько уступают двс; используются в качестве главных двигателей на крупных Танкерах, Контейнеровозах, Газовозах и других судах, а также на судах с ядерной энергетической установкой (см. Атомный ледокол «Ленин» (См. Атомный ледокол Ленин)). Применяются также как вспомогательные двигатели. Мощность паротурбинных установок достигает 80 Мвт, удельный эффективный расход топлива 260—300 г/(квт․ч), частота вращения турбины 3000—4000 об/мин.
Газовые турбины в составе судовых двигателей применяются в основном в качестве главных двигателей на военных кораблях, транспортных судах на подводных крыльях (См. Судно на подводных крыльях) и на судах на воздушной подушке (См. Судно на воздушной подушке). Транспортные водоизмещающие суда с газотурбинными двигателями имеются в СССР, США, Австралии. На судах используют газовые турбины индустриального типа, приспособленные для сжигания топлива тяжёлых сортов и техобслуживания на борту судна, а также авиационные газовые турбины (См. Авиационная газовая турбина) с редуктором. Мощность газотурбинных установок транспортных судов 0,07— 14,5 Мвт, удельный эффективный расход топлива 285—330 г/(квт․ч), частота вращения турбины 5000—8000 об/мин. Перспективно применение газовых турбин мощностью 6—37 Мвт в качестве главных двигателей крупных судов с горизонтальным способом погрузки, паромов, судов ледового плавания и т. п., а также как вспомогательных двигателей.
История создания и развития судовых двигателей внутреннего сгорания
Зарождение идеи создания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) относится еще к концу XVII в. Так, в 1680 г. Гюйгенс предлагал построить двигатель, работающий за счет взрывов пороха в цилиндре, а более чем через 100 лет в 1794 г. Роберт Стрит получил английский патент на двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе. В 1801 г. Лебон получил французский патент на газовый двигатель с электрическим воспламенением горячей смеси. В английском патенте, выданном в 1833 г. Вельману Райту, предусматривалось применение рабочего цилиндра с рубашкой для водяного охлаждения, а в патенте выданном в 1838 г. тоже англичанину Вильяму Барнету, предлагалось производить предварительное сжатие горючего газа и воздуха.
Несмотря на столь интенсивную деятельность изобретателей, успех в создании ДВС, пригодного для практического применения был достигнут лишь в 1860 г. Ленуаром, построившим двигатель, работавший на светильном газе без предварительного сжатия горючей смеси. КПД этого двигателя не превышал 3%.
В 1862 г. Бо-де-Роша разработал четырехтактный цикл. Однако практически четырехтактный двигатель был создан только через 15 лет (в 1877г.).
В 1879 г. инженер-механик русского флота И.С.Костович сконструировал первый в мире легкий бензиновый ДВС мощностью 80 л.с., предназначенный для дережабля.
В 1892 г. Р.Дизель получил патент на устройство нового типа ДВС, а в 1893 г. выпустил брошюру под названием «Теория и конструкция рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие существующие двигатели».В качестве топлива Дизель предлагал использовать угольную пыль. Однако такой двигатель оказался неработоспособным.
После этого практически каждый год осуществлялись попытки построить двигатель, работающий по принципу Дизеля. Однако устройство первых дизелей было очень несовершенным. При этом крупным недостатком было то, что он работал на дорогом топливе – керосине.
В 1898 г. Петербургский механический завод (сейчас завод «Русский дизель») по совету известного русского теплотехника профессора Г.Ф. Деппа приступил к постройке дизелей, работающих на дешевом топливе – сырой нефти. Такой двигатель был испытан через год. Он успешно работал и расходовал топлива лишь 300,5 г/(кВт.ч), тогда как зарубежные двигатели расходовали 326 г/(кВт.ч) более дорогого топлива – керосина.
Первый русский дизель был одноцилиндровым и развивал мощность 14,7 кВт при частоте оборотов вала 200 об/мин.
Известный русский специалист в области судостроения профессор К.П.Боклевский впервые выдвинул идею о целесообразности использования ДВС на судах. Русские заводы очень скоро осуществили эту идею. Весной 1903 г. вступил в эксплуатацию первый в мире русский теплоход «Вандал» с тремя трехцилиндровыми четырехтактными дизелями мощностью по 88 кВт с электрической передачей на гребные винты. Таким образом, первый в мире теплоход был и первым в мире дизель-электроходом. В 1904 г. вступил в эксплуатацию второй теплоход «Сармат» с двумя дизелями мощностью по 132 кВт. После создания первых теплоходов постройка судовых дизелей началась на нескольких русских заводах. Наиболее передовыми и сегодня являются Коломенский и Сормовский заводы, а также завод «Русский дизель» и «Звезда», выпускающий высокооборотные легкие дизеля.
Дизельные ЭУ обладают следующими преимуществами по сравнению с ПТУ и ГТУ: -высокая термодинамическая эффективность при низком расходе топлива; -умеренные трудозатраты в эксплуатации и высокая надежность; -возможность сжигать жидкие топлива широкой номенклатуры, в том числе и тяжелые; -высокая степень приспособленности к автоматизации сравнительно простыми средствами; -широкая возможность унификации узлов и деталей, что упрощает эксплуатацию и снабжение запасными частями.
Такие качества дизелей обусловили их широкое распространение на судах морского и речного флота в качестве главных и вспомогательных двигателей, а также способствовало быстрому развитию судового дизелестроения практически во всех странах мира. До 60-х годов XX века исключение составляли США, где потребность в мощных судовых двигателях удовлетворялась в основном за счет ПТУ. Однако в период 1965-1966 гг. три американские фирмы заключили соглашения на производство и поставку судовых малооборотных дизелей большой мощности со швейцарской фирмой Зульцер, датской фирмой Бурмейстер и Вайн и итальянской фирмой Фиат.
Таким образом, в истории развития дизелестроения можем выделить следующие этапы: -с 1680 г. до 1880 г. – период попыток создания дизеля и создание бензинового ДВС (200 лет); -с 1892 г. до 1904 г. – создание и внедрение на судах дизеля — ДВС, работающего при воспламенении от сжатия горючей смеси. -1904 г.по настоящее время – успешное внедрение дизелей на судах морского и речного флота.
Классификация двигателей внутреннего сгорания. Краткие технические характеристики. Применение на маломерных судах
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором сгорание приготовленной горючей смеси и преобразование выделенной при этом теплоты в механическую работу происходит внутри замкнутой рабочей полости (в цилиндре) двигателя. Первый ДВС был сконструирован в 1860 году французским изобретателем ЭЛенуаром. В настоящем Пособии рассматриваются вопросы, связанные с устройством и эксплуатацией на маломерных судах только отечественных стационарных двигателей и подвесных лодочных моторов. Сведения о двигателях и ПЛМ, разрабатываемых за рубежом, приводятся лишь для сведения или как представляющие интерес с точки зрения технических решений рассматриваемой проблемы. Двигатели внутреннего сгорания условно классифицируются по месту установки, конструктивным и иным признакам. Так, по способу установки на маломерном судне они подразделяются на стационарные двигатели (на катерах) и подвесные лодочные моторы (на мотолодках), по способу преобразования энергии они могут быть поршневыми и беспоршневыми (газотурбинными, реактивными, комбинированными). В поршневых ДВС сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую совершается внутри цилиндра, в газотурбинных — сгорание происходит в специальной камере, а энергия преобразуется из одного вида в другой на лопатках газовой турбины, у реактивных — за счет выброса струи отработанного газа из сопла специальной формы. Привлекают большое внимание конструкторов роторные двигатели (Ванкеля), которые по способу преобразования энергии являются поршневыми (РПД), но вместо поступательного движения поршней применяется вращающийся в корпусе с внутренней рабочей поверхностью в виде цилиндрической эпитрохоиды трехгранный ротор, выполняющий функции поршня. Поскольку роторный двигатель находит применение на маломерных судах в настоящее время и может найти в перспективе — есть необходимость рассмотреть принцип его работы (рис. 53). При вращении все три вершины ротора постоянно касаются поверхности корпуса, образуя три отдельные седловидные камеры, которые четыре раза за один оборот ротора меняют свой объем. Благодаря этому осуществляется работа двигателя по четырехтактному циклу, причем циклы рабочего процесса происходят одновременно во всех трех камерах со сдвигом в 120°. Однороторный РПД по сложности и количеству деталей вполне сравним с двухцилиндровым ДВС, но его детали конструктивно проще и надежнее. Функционально однотипны и практически не имеют принципиальных различий с ним другие узлы и детали систем охлаждения, зажигания, выпуска отработавших газов и пускового механизма. РПД легче традиционных четырехтактных ДВС в среднем на 15 — 20%, обладает лучшими тяговыми характеристиками, меньшей чувствительностью к изменению октанового числа бензина и повышенным КПД. Один из типов отечественного РПД был создан в объединении Авто-ВАЗ, выпустившем партию автомобилей с роторными двигателями ВАЗ-311. Но поскольку на большинстве отечественных маломерных судов все — таки применяются поршневые ДВС, именно они и станут основой для дальнейшего изучения. Поршневые двигатели внутреннего сгорания, применяемые в качестве силовых установок на маломерных судах подразделяются:
> по роду применяемого топлива: на жидкостные и газовые;
> по рабочему циклу: непрерывного действия, 2-х и 4-х
> способу смесеобразования и воспламенения топлива:
с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием смеси (карбюраторные с электрическим зажиганием смеси и газовые) и внутренним смесеобразованием и воспламенением топлива от соприкосновения с предварительно сжатым в цилиндре воздухом, имеющим t = 600 -700 «С (дизельные);
> по конструкции охлаждения: с жидкостным (вода, антифриз) охлаждением и воздушным;
>по конструкции газораспределительного механизма: верхнеклапанные и нижнеклапанные.
Несколько слов о преимуществах и недостатках тех или иных двигателей..
Преимущества карбюраторного двигателя, при одинаковой мощности вес в 2 раза меньше облегченного быстроходного дизеля, обладает меньшей шумностью и вибрацией, дешевле в приобретении, всегда обеспечен запчастями из-за повсеместного применения. Недостаток один — топливо — бензин — огне и взрывоопасен, значительно дороже дизельного топлива и двигатель его расходует в среднем на 40% больше.
Преимущества дизельного двигателя: более высокий эффективный КПД, чем у карбюраторных двигателей, отсутствие системы зажигания (принцип самовоспламенения рабочей смеси за счет повышения температуры воздуха при сильном сжатии), отсутствие карбюратора (вспрыск топлива непосредственно в цилиндр через форсунки), работа на дешевом (тяжелом) топливе и меньший удельный его расход по сравнению с карбюраторным. Недостатки: как правило, больший вес установки (за счет конструктивной необходимости усиления корпуса из-за высоких давления и температуры в цилиндрах), затрудненный пуск при низких температурах, необходимость тщательной фильтрации топлива, большая шумность.
Именно из-за большого веса подвесные дизели предназначаются для эксплуатации только на больших служебных, спасательных и рыболовецких судах. Прогресс в совершенствовании конструкции дизелей, применение современных материалов и технологий стирает их весовые и габаритные отличия, все более наглядным становится их экономическое преимущество. Справедливости ради необходимо сказать, что у современных дизельных двигателей сохранился один недостаток — высокая стоимость, поскольку высокооборотные дизеля (3000
4500 об/мин), применяющиеся на маломерных судах за рубежом по размерам, весовым и иным характеристикам практически не отличаются от бензиновых.
Преимущества двигателей, работающих на газовом топливе: первое и основное — его низкая стоимость по сравнению с другими видами топлива, кроме того, газовые двигатели долговечнее из — за отсутствия тяжелых углеводородов в топливе и, соответственно, нагара в цилиндрах, уменьшаются люфты в механических соединениях и расход масла. .Недостатки: необходимость встраивать отдельную систему смазки на двухтактных двигателях, т.к. масло не смешивается с газом и требует отдельного вспрыска, высокая температура в камерах сгорания (седла клапанов требуют спецстали для их изготовления).
Преимущества подвесных лодочных моторов (рас. 54): удачное совмещение двигателя и сменного движителя в единой компактной конструкции, применяемой в качестве силовой установки на судах различного назначения с большим диапазоном мощности двигателя и водоизмещения судов, небольшой удельный вес (1-5 кг/л.с.), простота монтажа на судне и легкость обслуживания, относительная экономичность и достаточно большой моторесурс, экономия внутренних объемов корпуса за счет подвешивания на транце (или на борту — мотор-весло). Отечественные подвесные электромоторы (рис. 55) рассчитаны на питание от аккумуляторной батареи емкостью не менее 45 А/час, напряжением 12 В, имеют мощность до 750 W (1 л.с.), используются в 2-х режимах работы (экономическом и максимальном). Время непрерывной работы зависит от емкости используемой АБ и режима работы и составляет 3,5 -15 часов, масса без источников питания 5—17 кг. Положительные свойства электромоторов: бесшумность работы, экологическая чистота, пожаробезопасность, простота конструкции и эксплуатации, высокая надежность. Отечественные электромоторы, поступающие в розничную продажу («Форель», «Снеток») могут использоваться на лодках длиной до 4м и водоизмещением не более 300 кг, при этом скорость будет в пределах 3-6 км/час. Как правило, электромоторы используются как дополнительное средство передвижения на воде непосредственно в районе рыбной ловли или охоты, куда лодка доставляется на буксире или под другим двигателем.
Основными двигателями внутреннего сгорания, применяемыми в качестве силовых установок на большинстве маломерных судов являются стационарные и подвесные, двух и четырехтактные поршневые карбюраторные ДВС, изучение устройства и эксплуатации которых и ляжет в основу вопросов, рассматриваемых в данном пособии.
Устройство большей части узлов, систем и механизмов стационарного четырехтактного карбюраторного двигателя и двухтактного подвесного лодочного мотора в этом разделе пособия рассматривается на примерах малолитражного двигателя М — 412 и ПЛМ «Вихрь» (без модификаций), с учетом того, что у всех двигателей устройство основных узлов принципиально аналогично и они отличаются только некоторыми конструктивными решениями.
В настоящее время существует пять типов механической установки, применяемой на маломерных судах:
- стационарный двигатель, работающий непосредственно на гребной вал;
- стационарный двигатель с угловой передачей на гребной вал;
- стационарный двигатель с поворотно-откидной колонкой (Z-образной передачей на винт);
- стационарный двигатель с водометным движителем;
- подвесной мотор в качестве главного двигателя для мотолодки.
В качестве стационарных двигателей на большинстве отечественных катеров применяются автомобильные двигатели общего назначения (рис. 56), конвертированные (от лат. converto — изменять) в судовые. Так, серийной конверсией V-образного, восьмицилиндрового автомобильного двигателя ЗМЗ-53 стал судовой двигатель М8ЧСПУ-100, успешно применяющийся до сих пор на служебно-разъездных и прогулочных катерах, М652-У устанавливается на катерах при эксплуатации в морских и речных условиях, конвертирован из ГАЗ-652, М53 — ФУЛ из ЗМЗ 53Ф, М51-УМ из ГАЗ — 51, Москвич 412 — М-412Э и т.п. При конвертации коробка передач заменяется реверсивно — редукторной муфтой (реверс — редуктором); устройством, которое служит для изменения направления вращения гребного вала (передний, задний ход), уменьшения частоты вращения гребного вала. В системы охлаждения и смазки двигателя вводятся дополнительно водоводяной и водомасляный радиаторы (холодильники) с целью более эффективного выполнения этими системами своих функций. Одевается в рубашку водяного охлаждения выхлопной коллектор. Для подачи забортной воды в указанные системы и на охлаждение коллектора устанавливается насос забортной воды с фильтром, воздушный фильтр заменяется сетчатым пламегасителем, устанавливается датчик тахометра для измерения частоты вращения коленчатого вала, меняется способ крепления двигателя
Основные ТГД отечественных подвесных лодочных моторов
Классификация судовых ДВС и основные определения
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по следующим основным признакам:
по способу осуществления рабочего цикла:
— четырехтактные, у которых цикл совершается за четыре последовательных хода поршня (за два оборота коленчатого вала), и
— двухтактные, у которых цикл осуществляется за два последовательных хода поршня (за один оборот коленчатого вала);
по способу действия:
— простого действия (рабочий цикл совершается только в одной полости цилиндра),
— двойного действия (рабочий цикл совершается в двух полостях цилиндра над и под поршнем) и
— с противоположно движущимися поршнями (в каждом цилиндре двигателя имеется два механически связанных поршня, движущихся в противоположных направлениях, с помещенным между ними рабочим телом);
по роду применяемого топлива:
— на жидком топливе (дизельное топливо, тяжёлое топливо);
— газовые (сжиженный газ, природный газ). В газовом двигателе небольшое количество жидкого топлива может подаваться в качестве запального, т. е. для воспламенения;
по способу наполнения цилиндра:
— без наддува, когда цилиндр наполняется воздухом (или горючей смесью) всасывающим ходом поршня,
— с наддувом, когда наполнение цилиндра осуществляется специальным компрессором;
по способу смесеобразования:
— с внутренним смесеобразованием, когда топливовоздушная смесь образуется внутри цилиндра (дизели),
— с внешним смесеобразованием, когда эта смесь приготовляется до ее подачи в рабочий цилиндр (карбюраторные и газовые двигатели с искровым зажиганием);
по способу воспламенения топлива:
— с воспламенением от сжатия (дизели),
— с искровым зажиганием (карбюраторные и газовые);
по расположению цилиндров:
— однорядные;
— звездообразные и т. п.
по конструктивному исполнению кривошипно-шатунного механизма (КШМ):
— тронковые, у которых направляющей является тронковая часть поршня, передающая его боковое (нормальное) давление на стенки цилиндра;
— крейцкопфные, у которых направляющей поршня служит ползун крейцкопфа, перемещающийся по параллелям;
по изменению направления вращения коленчатого вала:
— нереверсивные, имеющие одно постоянное направление вращения вала;
— реверсивные, у которых направление вращения изменяется реверсивным устройством, изменяющим фазы газораспределения (главные судовые дизели, с прямой передачей на ВФШ);
по частоте вращения коленчатого вала:
— малооборотные (МОД) (n до 350 мин -1 ),
— среднеоборотные (СОД) (n от 350 до 1000 мин -1 ),
— высокооборотные (ВОД) (n более 1000 мин -1 );
по назначению:
— главные, предназначенные для приведения в действие движителей и/или оборудования, обеспечивающего основное назначения судна,
— вспомогательные, это первичные двигатели судовых генераторов тока, двигатели привода грузовых, пожарных насосов и т. д.;
Существуют и другие признаки, по которым классифицируют ДВС.
Основными определениями, которые относятся ко всем ДВС, являются:
— верхняя и нижняя мертвые точки (ВМТ и НМТ), соответствующие верхнему и нижнему крайнему положению поршня в цилиндре (в вертикальном двигателе);
— ход поршня, т. е. расстояние при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое;
— объем камеры сгорания (или сжатия), соответствующий объему полости цилиндра при нахождении поршня в ВМТ;
— рабочий объем цилиндра, который описан поршнем при его ходе между мертвыми точками;
— такт – часть рабочего цикла, при которой поршень перемещается из одного крайнего положения в другое.
Маркировка судовых дизелей
Марки дают представление об основных размерах и конструктивных особенностях судовых дизелей.
Условные обозначения дизелей по ГОСТ 10150-88 должны состоять из букв и чисел, которые обозначают:
ДД — двухтактный двойного действия;
С — с реверсивной муфтой;
П — с редукторной передачей;
Число перед буквами означает число цилиндров; число над чертой — диаметр цилиндра в сантиметрах; число под чертой — ход поршня в сантиметрах. Отсутствие в условном обозначении буквы К указывает, что дизель тронковый, буквы Р — дизель нереверсивный.
Пример условного обозначения:
дизель двенадцати-цилиндровый, четырехтактный, с наддувом, с реверсивной муфтой, с редукторной передачей, с диаметром цилиндра 18 см и ходом поршня 20 см;
дизель девятицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный, с наддувом, с диаметром цилиндра 80 см, ходом поршня 160 см.
Большинство фирм производителей дизелей используют собственные системы условных обозначений.
Судовой двигатель СПГ — Marine LNG Engine
Двигатель морской СПГ является двойным двигателем внутреннего сгорания , который использует природный газ и бункерного топлива для преобразования химической энергии в механическую энергию с. Благодаря более чистым свойствам горения природного газа, использование природного газа в силовых установках торговых судов становится возможностью для компаний соблюдать экологические нормы IMO и MARPOL . Природный газ хранится в жидком состоянии ( СПГ ), а отходящий газ направляется и сжигается в двухтопливных двигателях. Судоходные компании осторожно подходят к выбору силовой установки для своего флота. Система паровой турбины была основным выбором в качестве тягача на танкерах СПГ в течение последних нескольких десятилетий. Система паровых танкеров-газовозов, созданная несколько десятилетий назад, использует BOG (отпарный газ). Танкеры СПГ имеют прочную изоляцию, чтобы поддерживать температуру СПГ около -160 ° C — чтобы он оставался сжиженным. Что происходит, так это то, что даже со всей изоляцией в зону удержания СПГ проникает тепло, что позволяет образовывать испарительный газ естественным путем (BOG).
СОДЕРЖАНИЕ
- 1 История
- 2 Отводной газ
- 3 Технологии
- 4 Двигательные установки
- 5 Экономическая выгода
- 6 Экологические проблемы
- 7 ссылки
История
Доставка СПГ стала возможной в 1959 году, когда переоборудованное грузовое судно времен Второй мировой войны Methane Pioneer безопасно доставило сжиженный природный газ в Соединенное Королевство. После доказательства того, что СПГ можно безопасно транспортировать через океан, индустрия судоходства СПГ начала бурно развиваться и теперь использует 200 миллиардов долларов в год в виде капитала. С момента создания отрасли СПГ в 1964 году международная торговля увеличилась в 50 раз, производственные мощности увеличились в 10 раз, а вместимость отдельных судов увеличилась в 5 раз. Конструкция танкера для СПГ была первоначально разработана Worm’s and Co. Эта конструкция теперь называется «Транспортная конструкция газа». Изначально резервуары были рассчитаны на 34 000 кубических метров, но теперь их конструкция была преобразована в 71 500 кубических метров. Сферические резервуары для СПГ появились в 1973 году, когда Хог построил Norman Lady. Сферические резервуары широко распространены среди современных судов для СПГ. В 1999 году компания Samsung Heavy Ind. Создала крупнейший в то время танкер для перевозки СПГ нового мембранного типа. Он был самым большим однокорпусным судном своего времени, его длина составляла 278,8 метра, а скорость — 20,7 узлов. Arctic Princess, поставленный в 2006 году, стал крупнейшим когда-либо созданным танкером СПГ. Ее длина — 288 метров, объем — 147 тысяч кубометров. С 2006 года производственные мощности продолжали расти. Новые суда для перевозки СПГ, поставленные клиентам в 2018 году, часто спроектированы так, чтобы проходить через расширенный Панамский канал (neopanamax), и имеют вместимость 170 000 кубических метров. По крайней мере, один судостроитель заявляет, что возможно строительство СПГ-судна neopanamax объемом 200000 кубометров https://www.gastechevent.com/sites/default/files/D2_T2_Johan%20Petter-Tutturen-Odin%20Kwon_DSME.pdf
Отпарный газ
Природный газ, который используется в двухтопливных двигателях, перевозится на судах в виде кипящей жидкости и транспортируется при давлении, немного превышающем атмосферное. Когда через изоляцию резервуара проникает приток тепла, это вызывает повышение температуры сжиженного природного газа, что способствует его испарению из жидкости в газ. Когда тепло проникает в резервуар, давление в резервуаре увеличивается из-за кипения. Изоляция резервуаров разработана с использованием самых передовых технологий. Тем не менее, теплоизоляция резервуаров проникает сквозь тепло. Выкипание происходит во время плавания судов. Во время шторма груз СПГ перемещается и плещется в резервуарах. Отпарный газ составляет 0,1% — 0,25% от мощности судов в сутки. В резервуарах необходимо поддерживать постоянное давление. Если давление в резервуарах становится слишком высоким, открываются предохранительный и предохранительный клапаны, выбрасывая испарение в атмосферу до тех пор, пока не будет сброшено избыточное давление. В связи с тем, что повторное сжижение СПГ на борту неэкономично для большинства судов, газ, полученный при кипячении, направляется в двигательную установку корабля и используется в качестве топлива для электростанций, таких как паровые котлы и двухтопливные судовые дизельные двигатели. . Это сокращает использование бункерного топлива, тем самым сокращая расходы на топливо и техническое обслуживание оборудования.
Технология
Samsung Supreme был контейнеровозом для сжиженного природного газа типа Mark-III, который был самым большим в своем роде. У Supreme были новейшие технологии, которые можно было увидеть на судах, работающих на СПГ. Она имеет танки, полностью окруженные двойным дном корпуса, и перемычку между танками. Каждый танк хранит свой груз при -163 градусах Цельсия. Это стандартная температура хранения СПГ. Это достигается за счет изоляции 250 мм и мембраны из нержавеющей стали толщиной 1,2 мм. В каждом грузовом танке есть погружные центробежные насосы для быстрой выгрузки груза. Это стандартный метод разгрузки резервуаров для СПГ. Максимальная засуха для судов, работающих на СПГ, обычно составляет 12 метров. Это связано с размерами портовых сооружений и ограничениями. Наиболее распространенный размер судов для СПГ составляет от 120 000 до 180 000 кубических метров из-за габаритов судов. ( Тенденции движения в двухтактных двигателях газовозов-газовозов , 2017 г.).
Два распространенных типа танкеров-газовозов — моховые и мембранные. Танкеры мохового типа имеют сферические резервуары для хранения СПГ, в то время как танки мембранного типа имеют более традиционные прямоугольные резервуары с мембраной из нержавеющей стали. Мембранные танкеры более распространены, потому что они меньше, чем моховые корабли, для того же количества перевозимого СПГ-топлива, но они производят больше отпарного газа, чем корабли в моховом стиле.
Исследование, проведенное MEC Intelligence, показало, что СПГ будет основным источником топлива для всех торговых судов в течение 40 лет. Многие компании уже начали рассматривать процесс перевода своего флота на силовые установки на СПГ.
Двигательные установки судов, работающих на СПГ, обычно оснащены WHR, поскольку они могут привести к снижению выбросов, снижению расхода топлива и повышению эффективности. Переход на суда, работающие на СПГ, представляет собой сложную задачу для компаний, но в сочетании с современными системами сокращения тепловых отходов (WHR) суда для СПГ могут быть более эффективными, чем суда с дизельными или паровыми двигателями.
Тепловые потери стандартного двигателя внутреннего сгорания:
Двигательные установки
В большинстве силовых установок танкеров-газовозов используется BOG и жидкое топливо. В паровой установке BOG используется для зажигания котлов и производства пара. Пар приводит в движение турбины и движет корабль. Преимущество этого типа заключается в том, что при повышении давления в грузовом танке СПГ избыточный BOG сжигается одновременно с жидким топливом. Если BOG недостаточно, используется жидкое топливо ( мазут или HFO) для поддержания работы завода. Альтернативой паротурбинному двигателю является судовой двухтопливный дизельный двигатель. Производители силовых установок для коммерческих судов, такие как финская Wärtsilä и немецкая MAN Diesel , производят двухтопливные дизельные двигатели с большим диаметром цилиндра. Двигатели MAN B&W ME-GI имеют чрезвычайно гибкие топливные режимы, которые варьируются от 95% природного газа до 100% HFO и где-то между ними. Требуется минимум 5% HFO для пилотного масла, поскольку это двигатели с воспламенением от сжатия, а природный газ не является самовоспламеняющимся. Паровые турбины являются исключительно основным двигателем для судов, работающих на СПГ, хотя двухтактные дизельные двигатели более эффективны. Это связано с тем, что необходимо использовать отпарный газ из СПГ.
Рентабельность
Недавние исследования были сосредоточены на использовании СПГ в качестве топлива на судах, кроме танкеров СПГ. Эти исследования показывают, что СПГ отличается сокращением выбросов и сокращением эксплуатационных расходов. Было показано, что некоторые экономические стимулы выгодны для эксплуатации силовой установки на СПГ. Когда к электростанции добавляются определенные системы, такие как утилизация отработанного тепла (использующая отработанное тепло для работы, а не для рассеивания), можно наблюдать значительную экономию. Одно исследование показывает, что двигатель на СПГ с системой WHR экономит деньги по сравнению с дизельным двигателем с WHR. Первоначальные инвестиционные затраты выше, но это рентабельный и экологически безопасный метод.
Экологические проблемы
Природный газ состоит в основном из метана, который имеет гораздо более сильный парниковый эффект, чем CO2 ref: Потенциал глобального потепления . Воздействие метана на климат в значительной степени связано с его утечкой. Например, есть проблема под названием проскок метана. Проскок метана — это утечка несгоревшего газа через двигатель. У метана GWP (20) (20-летний потенциал глобального потепления) в 86 раз выше, чем у CO2. Если проскок метана не контролируется, экологические выгоды от использования природного газа уменьшаются и могут свести на нет преимущества перед дизельным или бункерным топливом из-за высокого парникового эффекта метана. Еще одна проблема — опасность, связанная с хранением СПГ при очень низких температурах. Изоляция резервуара имеет решающее значение, и существует вероятность структурной хрупкости и травм персонала от обморожения. По сути, поскольку установлено, что СПГ для движения судов снижает выбросы CO2 и других загрязняющих веществ по сравнению с обычным тяжелым топливом, внедрение СПГ зависит от следующих ключевых факторов: наличие газа, спрос на суда, ограничения выбросов (зоны с контролируемыми выбросами), установка резервуаров для СПГ, и требования безопасности. Следует принимать во внимание проблемы, связанные с использованием СПГ. Такие проблемы, как отсутствие инфраструктуры в большинстве торговых портов, ограниченный опыт работы экипажа с двигателями на газовом топливе, будущая цена на газ и необходимые меры безопасности — все это критические моменты, которые следует учитывать.
Использование СПГ снижает содержание оксидов серы почти на 100 процентов и снижает выбросы оксида азота примерно на 85 процентов. Ведутся серьезные споры о том, приводит ли использование СПГ к снижению выбросов парниковых газов, и исследования показывают, что утечка метана сводит на нет выгоды для климата.
