Российское судостроение
Компания Prysmian. Производство судовых кабелейТехнологииКаталог сайтов зарубежных компаний
English Version Home


Минисайты предприятий
Компания ООО «СПБ Марин»

Ярославский CCЗ

"Комплексный технический сервис"

Cеверное ПКБ

ООО "Балтсудосервис"

Журнал "Морская радиоэлектроника"

Продукция компании FireSeal

Новости партнеров

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Олег ГУБАРЕВ,
портал «SUDOSTROENIE.INFO»
03 марта 2018 года

Двигатели внутреннего сгорания являются на настоящее время основным видом двигателей для коммерческих судов. Дизельные двигатели разделяются по конструкции и по организации цикла работы на двухтактные и четырехтактные. Кроме того по числу оборотов они разделяются на малооборотные (до 300 об/мин), среднеоборотные (300-900 об/мин) и высокооборотные (более 900 об/мин).

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Дизельные двигатели известны давно и развивались в направлении создания двигателей большей мощности, необходимой для высокой скорости хода судна. На рис.1 представлен внешний вид и основные узлы судового дизельного двигателя марки RND 105. Это крупный восьмицилиндровый двухтактный судовой дизель. Диаметр цилиндра – 1050 мм; ход поршня – 1800 мм; число оборотов – 108 об/мин; вес двигателя – 1175 т; тепловая эффективность – 41,5%; механическая эффективность – 91%.

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Рис.1. Внешний вид и основные узлы судового
дизельного двигателя марки RND 105.

  • Intermediate wheel – промежуточная шестерня, сателлит;
  • camshaft drive wheel – приводная шестерня распредвала;
  • cylinder block – блок цилиндров;
  • connecting rod – шатун;
  • crankshaft web – щека коленчатого вала;
  • turning gear motor – моторедуктор;
  • turning wheel – валоповоротная шестерня;
  • thrust block assembly – узел упорного подшипника;
  • crosshead assembly – головка шатуна;
  • turbocharger – агрегат турбонаддува;
  • piston rod – шток поршня;
  • piston – поршень;
  • cylinder liner – втулка цилиндра;
  • cylinder head – крышка цилиндра;
  • starting air main – магистраль пускового воздуха;
  • jacket water supply – водяная рубашка охлаждения двигателя.

Размещаются главные двигатели в машинном отделении (МО) судна, как правило, ближе к корме, чтобы сократить протяженность валов, передающих обороты через редуктор на гребной винт. На рис.2 представлено размещение главного и вспомогательного двигателей в МО судна.

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Рис.2. Оборудование МО судна.

  • Refrigerating unit – холодильная установка;
  • Steering gear – рулевая машина;
  • Turbochargers – турбонаддувочные агрегаты;
  • Auxiliary engines – вспомогательные двигатели;
  • Generator – генератор;
  • Turbocharger – турбонаддувочный агрегат;
  • Air compressor – воздушный компрессор;
  • Pumps – насосы;
  • Main engine – главный двигатель;
  • Gearbox – редуктор;
  • Shaft bearing – подшипники вала;
  • Sterntube – дейдвудная труба;
  • Rudder carrier – рудерпост.

В последнее время наблюдаются тенденции к переходу на СПГ в качестве топлива и более тщательной очистке выбросов в окружающую среду, чтобы удовлетворить все более ужесточающимся Правилам ММО. Это приводит к разработке двигателей, использующих два вида топлива – дизельное топливо и СПГ, с переходом в будущем на двигатели, использующие в качестве топлива только СПГ, как более чистое топливо. В то же время, чтобы не устанавливать сложных и дорогостоящих систем очистки, а также снизить потребление топлива суда переводят в режим плавания «Slow Steaming», т.е. плавания при низких скоростях хода. Это требует в свою очередь переход на малооборотные двигатели.

На рис. 3. представлены три схемы перехода на газообразное топливо для судовых дизелей.

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Рис. 3. Основные схемы перехода
на использование в главном двигателе (ГД)
газообразного топлива.

  • Oxidiser – окислитель;
  • HP Compressor – компрессор высокого давления;
  • Reliquefaction – повторное сжижение газа;
  • HP Vaporiser – испаритель высокого давления;
  • Cryogenic HP Pump – криогенный насос высокого давления;
  • LNG – сжиженный природный газ (СПГ);
  • CNG – компримированный природный газ (КПГ).

При разработке двигателей, работающих на СПГ, возможны два варианта. Когда такие двигатели разрабатываются для газовозов СПГ, сжиженный газ уже имеется на борту, и нужно использовать в качестве топлива испаренный (boil-off gas – BOG) газ. Тогда система подачи газа должна обеспечивать поступление газа от грузового танка к главному двигателю и к генераторам, работающим на двух видах топлива. Система подачи газа должна также предусматривать подачу газа к устройству для сжигания (Gas Combustion Unit – GCU) в случае высокого давления газа в танках, приближающегося к допустимой предельной величине.

Во втором случае, для судов других классов, например для контейнеровозов, которые не несут на себе СПГ в качестве груза, должны монтироваться и танки СПГ и система подачи газа от танков к главному двигателю и генераторам. В этом случае возникает проблема проектирования пространства для танков СПГ без потери контейнерной грузовместимости.

С технической точки зрения между двигателями, использующими в качестве топлива дизельное топливо и газ, существуют только небольшие различия. Рассмотрим работу двигателя на двух видах топлива на примере двигателей линейки ME-GI Dual семейства MAN B&W компании MAN Diesel& Turbo.

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Рис. 4. Новый модуль подачи газа к двигателю.

На рис. 4. представлены компоненты, которые должны быть добавлены к конструкции двигателя, чтобы он мог работать на газообразном топливе. Линия подачи газа проектируется по принципу труба в трубе с вентиляцией межтрубного пространства и установкой датчиков на просачивание углеводорода для аварийной остановки двигателя. А на рис. 5. данный узел представлен в разрезе.

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Рис.5. Узел подачи двух видов топлива в разрезе

  • Gas fuel supply – подача газообразного топлива;
  • Connection to the ventilation pipe system – соединение с системой вентиляции труб;
  • Cylinder cover – крышка цилиндра;
  • Gas leakage detection – датчик утечки газа;
  • Sealing oil inlet – уплотнение входа жидкого топлива;
  • Hydraulic oil inlet – вход гидравлической жидкости.

Для управления двигателем, использующим газообразное топливо в конструкцию двигателя встраивается специальная система. Кроме того, к конструкции главных и вспомогательных двигателей помимо системы подачи газа добавляются следующие узлы:

  • вентиляционная система для вентиляции межтрубного пространства в системе подачи газа к двигателю;
  • система уплотнений при подаче дизельного топлива к разделительным клапанам, отделяющим газ и дизельное топливо;
  • данная система целиком встраивается в двигатель компанией изготавливающей двигатель;
  • система инертного газа для продувки системы подачи газа к двигателю инертным газом;
  • система управления и система обеспечения безопасной работы.

Для двигателей газовозов СПГ нужна бывает система повторного сжижения испарившегося газа. Такая система для подачи газа к двигателю была разработана компанией Hamworthy, представленная на рис. 6.

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Рис.6. Система подачи газа к двигателю
под высоким давлением компании Hamworthy,
включающая 2 насоса СПГ и испаритель
(блок размеров 7м × 3м × 2 м).

  • Brine circulation pump – циркуляционный насос соляного раствора;
  • Brine heater – подогреватель соляного раствора;
  • HP LNG pump – насос СПГ высокого давления;
  • Optimizer – устройство оптимизации;
  • LNG vaporizer – испаритель СПГ;
  • Pulse damper – поглотитель пульсаций давления.

В газосодержащих танках конфигурации Mark III принцип сжатия испарившегося газа отличается по сравнению с системами повторного сжижения газа предыдущих поколений. Испарившийся (выкипевший) газ (boil off gas - BOG) удаляется из танков СПГ с помощью трехступенчатого центробежного компрессора с последующим охлаждением после каждой ступени.

Двигатели линейки ME-GI для контейнеровозов, газовозов и балкеров

В ближайшие годы, видимо, будет снова происходить постепенный рост цен на топливо, и двигатели, работающие на двух видах топлива, станут вполне рентабельны. А там ожидается и переход на двигатели, работающие только на СПГ.

Для двигателей линейки ME или ME-C вполне возможно переоборудование для работы на СПГ. Большое количество исследований было проведено верфями и классификационными обществами, и в настоящее время проекты двухтопливных двигателей существуют для судов практически всех классов. Танки СПГ требуют пространства в 2-3 раза больше, чем танки с дизельным топливом из-за низкой плотности газообразного топлива. Кроме того, для этих танков требуется система эффективной теплоизоляции. Для двигателей линейки GI требуется газ, сжатый под давлением до 300 бар максимум. Технологии сжижения газа и регазификации сейчас доступны, и соответствующие технические решения разработаны компаниями HGS, TGE, DSME, Cryostar, HHI а теперь также и MHI.

Общим для всех этих систем является то, что они включают:

  • поршневые насосы для перекачивания СПГ под высоким давлением;
  • систему автоматического контроля насосов для поддержания давления в системах двигателя;
  • теплообменники для подогрева СПГ до температуры требуемой двигателем;
  • буферные пространства для поглощения пульсаций, порождаемых колебаниями давления.

В настоящее время ведутся исследования для того, чтобы сделать рентабельным использование двигателей, полностью работающих на газообразном топливе. На рис.7. представлен внешний вид контейнеровоза с двигателем, работающим на двух видах топлива.

Современные судовые дизельные двигатели. Основные тенденции

Рис. 7. Внешний вид нового контейнеровоза
компании TOTE, приводящегося в движение
двухтопливными двигателями марки ME-GI.


BackTop