История судостроения своими корнями уходит в далекую древность – первые упоминания о плавательных средствах появились более пяти тысяч лет назад. Тогда люди передвигались по рекам и морям на суднах, приводимых в движение гребцами. С тех пор кораблестроение совершило колоссальный прорыв, и сегодня эта промышленная отрасль занимает ведущее место в экономическом и политическом секторе развития страны.
На сегодняшний день общепринята терминология, согласно которой морское судно – это крупногабаритное плавательное средство, предназначенное для морского промысла, транспортировки грузов или перевозки пассажиров. Морской корабль – это военное плавательное средство. Для нормальной работы любого из этих видов судов необходима надежная работа всех элементов и систем. В первую очередь требуется обеспечить оптимальную эксплуатацию судовых насосов, ведь перемещение различных жидкостей по трубопроводам судна происходит постоянно.
Зачем нужны на судне насосы?
Изначально насосы создавались исключительно для подъема воды. Первой моделью судового гидравлического устройства, предназначенного для откачки воды из трюмов, стал ручной поршневой насос. Сейчас он широко известен как помповый. Внедрение паровых энергетических установок на суднах обеспечило появление поршневых насосов с паровым приводом.
Другие, более современные виды гидравлических механизмов, стали распространяться в судостроении вместе с развитием техники. Огромную роль в разработке новых насосов сыграло появление электродвигателей. Их внедрение обеспечило увеличение частоты вращения рабочего органа устройства и мощности насоса.
Сегодня насосы нашли широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. Не стала исключением и судостроительная область. В настоящее время в морском судостроении активно применяются все существующие типы таких устройств.
Что такое насос?
Насос – это устройство, предназначенное для перемещения жидкости с нижнего уровня на верхний. Иногда с помощью этого механизма жидкость транспортируют для придания ей определенного количества энергии или повышения давления. В основных системах морского судна насосы используются практически повсеместно: размещаются в системах энергетических установок, гидроприводах, системах жизнеобеспечения экипажа и т. д.
Принцип действия насоса
Преобразуя энергию двигателя судового насоса в энергию движущейся жидкости, эти устройства заставляют ее двигаться в нужном направлении (подниматься вверх, двигаться горизонтально или циркулировать внутри замкнутой системы). Создавая необходимую транспортировку определенной рабочей жидкости, такие гидравлические устройства в любом случае входят в состав насосной системы, принципиальная схема которой подходит к условиям водоснабжения или водоотведения.
Принципиальная схема любой насосной станции судна
В качестве приводного механизма в этой схеме используется электродвигатель, подключенный к электросети. Забор рабочей жидкости происходит из нижнего бассейна и перемещается по линии напорного трубопровода на верхний уровень за счет преобразования энергии. При этом энергия рабочей жидкости, прошедшей через насос, всегда больше, чем энергия перед насосом.
Напор выходящей жидкости зависит от подачи, мощности и коэффициента полезного действия устройства. Он представляет собой приращение удельной энергии перемещаемой жидкости от точки входа в насос до ее выхода. Выражаясь в метрах, он определяет высоту подъема или расстояние перемещения рабочего агента.
Основные характеристики гидравлического устройства
Подача жидкости характеризуется ее объемом в единицу времени. Оптимальная мощность насоса нужна для создания требуемого напора и преодоления всех видов потерь, неизбежных при движении жидкости по трубопроводу. Мощность насоса, выражаемая в кВт, определяет мощность приводного двигателя и установленную мощность всей насосной станции.
Коэффициент полезного действия насоса определяет целесообразность его использования при изменении основных параметров насосной станции.
Как подразделяют судовые насосы
Все виды устанавливаемых на судне насосов классифицируют по таким признакам:
- По расположению приводного вала (горизонтальные или вертикальные).
- По типу привода (электропривод, турбинный привод или привод от поршневого механизма). Приводной механизм насоса может быть присоединен непосредственно к приводному валу или через редуктор. Он может работать автономно или неавтономно. Автономные насосы могут работать независимо от других установок, а неавтономные (навешенные) приводятся в работу от обслуживаемого ими механизма.
- По силе создаваемого напора (низконапорные, средненапорные или высоконапорные).
- Имеется и классификация судовых насосов по назначению. Они могут являться специальными, общесудовыми или предназначенными для обслуживания определенных узлов и механизмов плавательного средства или судовой энергетической установки.
Специальные насосы могут быть использованы для перемещения воды в креновые или дифферентные танки плавательного средства, для транспортировки жидких грузов или удаления их остатков из грузовых отсеков. С их помощью могут подавать горячую воду к моечным устройствам этих отсеков. Суда-спасатели могут быть оснащены мощнейшими водоотливными насосами, а пожарные суда – пожарными насосами огромной производительности.
Насосы, используемые в оснащении главных и вспомогательных узлов судна, применяются для бесперебойной и эффективной работы этих элементов. Обычно их внедряют в машинно-котельных отсеках и энергетических установках. К ним относят: топливно-перекачивающие, топливные, масляные, питательные, конденсатные, водяные и другие виды устройств.
Судовые насосы и их характеристика
В зависимости от принципа действия бывают объемные насосы – лопастные, шестеренные, винтовые. Насосы могут быть центробежными или струйными. Их можно классифицировать по назначению и виду использования. Так, например, бывают насосы балластные, трюмные, питательные (используются для подачи масла или воды в систему охлаждения), пожарные, нагнетательные и другие. Суть работы объемных насосов заключается в периодической подаче отдельного количества рабочей жидкости из камеры всасывания в камеру сжатия.
Простейшими объемными гидравлическими механизмами считаются роторно-поршневые насосы. Поршневые насосы обычно используют в общесудовых системах, гидроприводных палубных устройств и механизмов, системе главного двигателя и обслуживания рулевых машин.
Центробежные насосы относятся к устройствам гидродинамического действия. Основным рабочим органом в них является вращающееся колесо, на котором присутствуют лопасти или лопатки. Именно они передают жидкости необходимую энергию и направляют поток. Эти устройства обеспечивают сплошное струйное течение жидкости, т.е. подача происходит равномерно. На подачу рабочего агента (производительность насоса) влияет размер рабочего колеса и частота его вращения. Большие диаметры рабочего колеса при высокой частоте вращения обеспечивают большую производительность гидравлического механизма.
Центробежные насосы отличаются сплошным струйным течением жидкости и, следовательно, равномерностью подачи. Подача (производительность) насоса зависит от размеров рабочего колеса и частоты его вращения: чем больше диаметр и частота вращения рабочего колеса, тем выше производительность насоса. Очень часто для увеличения подачи жидкости центробежные насосы выполняют в многоколесном исполнении.
По виду направления рабочего агента лопастные насосы делятся на центробежные и осевые (иногда их называют пропеллерными). Сюда же относят и вихревые гидравлические устройства. В центробежных и вихревых насосах рабочая жидкость может передвигаться радиально, а в осевых (пропеллерных) – вдоль оси вала.
В струйных насосах энергия подводится вместе с потоком рабочего агента (жидкостью или паром). Потенциальная энергия потока в сопле насоса превращается в кинетическую. Благодаря высокоскоростному поступлению рабочего потока во всасывающую камеру, сам рабочий агент увлекает за собой жидкость или газ из этой камеры. Смешанный поток движется по нагнетательному трубопроводу через диффузор. Способность к сухому всасыванию и созданию глубокого вакуума может обеспечить работу насоса под водой. Однако низкий коэффициент полезного действия и неавтономность этого вида насосов являются их недостатком.
Струйный насос, предназначенный для нагнетания рабочей жидкости, т. е. для повышения ее давления, называют инжектором. Инжекторные насосы зачастую используют для питания парогенераторов небольших судов. Инжекторами называют струйные насосы, обеспечивающие всасывание рабочей жидкости. Их используют при удалении воздуха или конденсата из каких-либо помещений или агрегатов.
Виды
Весьма распространенным видом гидравлического устройства является насос шестеренчатый (НШ). Питающий элемент представляет собой пару зубчатых колес, находящихся в герметично закрытом корпусе. Когда колеса начинают вращаться, зубцы, не входящие в контакт, создают увеличение объема и происходит всасывание жидкости через нижний входной патрубок. Порционные количества поступающей жидкости постепенно накапливаются в пространстве между колесами и продавливаются к их внешней стороне. Так рабочий агент поступает в камеру сжатия и проходит в выводящий патрубок. Данный вид судовых насосов используют при выкачивании вязких жидкостей с хорошими смазочными характеристиками, например топлива или масла.
Винтовые насосы на судах тоже относятся к объемным. В зависимости от того, сколько рабочих элементов имеет насос, различают одно-, двух-, трех- или многовинтовые устройства.
При вращении приводного вала винт совершает сложное вращательное движение, при котором рабочая жидкость, поступающая от всасывающего патрубка, попадает в межвинтовое пространство. При повороте шнека на определенный угол рабочий агент в винтовой камере как бы запирается. Работа винтов приводит к нагнетанию рабочего агента в напорный трубопровод. Если жидкости накапливается слишком много и происходит повышение давления, в камере сжатия открывается специальный предохранительный клапан - происходит сброс лишней жидкости назад во впускную камеру.
Принцип действия вертикального центробежного насоса судна основан на непрерывной подаче рабочей жидкости. Рабочим органом насоса является ротор со специальными лопатками, закрепленными на вращающемся приводном валу. Привод осуществляется электродвигателем. При работе центробежного насоса энергия двигателя передается жидкости вращающимися лопатками. При этом ими создается необходимое давление, под действием которого обеспечивается движение рабочего агента от входа к выходу.
Вертикальные многоступенчатые центробежные насосы применяются практически повсеместно, во всех энергетических установках. Многоступенчатые судовые насосы используют там, где необходимо создать высокие давления рабочих сред. Принцип действия таких устройств заключается в том, что жидкость, достигшая необходимого давления в одной ступени, течет к выводящему патрубку через следующую ступень, где давление ее снова повышается.
В зависимости от мощности, насосы могут иметь различную конструкцию. Огромные мощности нагнетательных насосов крупногабаритных танкеров могут достигать порядка десятков тысяч тонн жидкости в час.
Назначение насоса на судне
Насосы на судах нужны для перекачки морской воды или использования их в различных основных системах плавательного средства. Обычно это такие общесудовые системы, как:
- Противопожарная.
- Осушительная.
- Охлаждающая
- Санитарная.
- Водоотливная.
- Балластная.
Важнейшие системы плавательных средств, где применяют различные виды насосов
Для обеспечения пожаробезопасности на борту каждого судна должен быть судовой пожарный насос. Обычно эти агрегаты компактны и легковесны. Чтобы эффективно отреагировать на возгорание и быстро локализовать очаг, насос должен быстро запускаться. При этом пожарный насос должен обеспечивать необходимый напор и подачу, чтобы обеспечить мощную струю воды.
В случае заполнения трюмов морской водой применяется осушительный судовой насос. По требованиям техники безопасности, на промысловых или транспортных суднах должно быть не менее двух осушительных насосов. Для пассажирских лайнеров необходимо наличие трех таких насосов. Причем один из них должен производить только осушение, а два других могут быть использованы в других целях, но они обязательно должны быть включены в общую осушительную систему.
Охлаждающая или подогревающая системы нужны для нагревания или понижения температуры рабочих сред судовых установок. Так, например, перед подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания его необходимо очистить и подогреть. А вот смазочное масло необходимо, наоборот, остудить. Движение рабочей жидкости обеспечивается благодаря работе специальных насосов.
Для обеспечения комфортного проживания экипажа необходима санитарная система судна. Действие такой системы обеспечивают санитарные насосы. С их помощью происходит подача питьевой воды или заборной воды в санузлы.
Балластная система служит для осушения и заполнения балластных цистерн судна морской водой.
