Дизель-сервис-ЦентрПроизводство и модернизация главных и
вспомогательных судовых двигателей
Звонок по России бесплатный
На 30.11.2022 произведено
625
энергетических установок
"Российский Речной Регистр" переименован в "Российское Классификационное Общество" (РКО)

Современные судовые двигатели и перспективы развития двигателестроения

Двигатели внутреннего сгорания сегодня остаются главным видом силовых установок на коммерческих судах. В качестве топлива они используют дизель, а по техническим особенностями они отличаются количеством рабочих циклов (4-тактные, 2-тактные) и числом оборотов (малооборотные со скоростью вращения выходного вала в пределах 300 оборотов в минуту, среднеоборотные с показателем в пределах 300-900 оборотов и высокоскоростные).

Использование дизельных двигателей в качестве силовой установки корабле началось давно и разработки до сих пор ведутся в направлении создания агрегатов большой мощности. Последний показатель влияет непосредственно на скорость корабля и время доставки грузов, что актуально для повышения экономической эффективности (одновременно сохраняются требования по экологическим параметрам, потреблению топлива). Некоторые подобные судовые двигатели разрабатываются в России и примером будет ЯМЗ-8401106р/6г, который включен в речной регистр:

  • номинальная мощность – 529 л.с;
  • удельный расход топлива – 153 г/лс*ч;
  • отбираемая с переднего конца коленвала мощность - в пределах 66 кВт;
  • направление вращения коленчатого вала – левое;
  • массу двигателя в сухом состоянии – 2440 кг;
  • число тактов рабочего цикла – 4;
  • расположение рабочих поршней – V-образное.

Устанавливают традиционно двигатели в машинном судовом отделении в задней части корабля. Расположение недалеко от кормы сокращает протяженность силовых валов, которые передают крутящий момент на приводной винт, уменьшают потери и общий вес оборудования, повышают надежность передаточной части.

 

Новые перспективные типы судовых двигателей

Ужесточение экологических требований относительно объемов выбросов загрязнений в окружающую среду, тенденции к необходимости увеличения КПД и экономической эффективности привели к появлению принципиально новых силовых установок. Они могут использовать дизельное топливо и сжиженный природный газ (СПГ), где последний имеет меньшее количество отходов и, соответственно, оказывает меньшее экологическое воздействие. Одновременно предполагается, что в будущем будут созданы и устанавливаться на суда двигатели, использующие в качестве топлива только СПГ.

Доля кораблей, которые используют только дизельное топливо, будет постепенно снижаться, но отказ от них маловероятен в обозримом будущем. Альтернативой здесь становится установка сложных дорогостоящих систем очистки выхлопных газов, а также распространение режима медленного плавания.  Последний предполагает движение на малых скоростях, что толкает параллельно вверх спрос на малооборотные силовые установки.

Направления разработки агрегатов на СПГ

Принципиально работа судового двигателя на СПГ может зависеть от типа корабля. Так, для газовоза весь запас топлива уже есть на борту и достаточно использовать уже испарившийся газ. Подобная система подачи топлива должна обеспечивать подачу газа от танка к главному судовому двигателю и генераторам, которые дополнительно могут работать на традиционном дизеле. Дополнительно система подачи газа должна предполагать возможность подачи газа на систему сжигания, которая предотвращает появление в танках давления, которое приближается к максимально допустимым значениям.

В случае, когда корабль служит для перевозки других типов груза (например, контейнеры), то технически задача по установке двигателя на СПГ усложняется. Причина в необходимости установки танков для хранения газа, организации систем подачи последнего к генератору и главному силовому агрегату. Это требует времени и пространства, что потенциально ведет к уменьшению вместимости для основного полезного груза, что снижает эффективность перевозок.

Технические особенности между двигателями на СПГ и дизельном топливе

Принципиально существует два главных отличия в подобных силовых агрегатах. Для этого мы рассмотрим популярную линейку ME-GI Dual, которую выпускает подразделение компании MAN Diesel&Turbo (модель входит в линейку MAN B&W).

На рисунке указаны элементы, которые надо добавить к конструкции силовой установки для работы на СПГ. Подача газа создана в формате «труба в трубе» с возможностью вентиляции свободного пространства, с обязательной установкой контролирующих датчиков определения утечек. Последние после срабатывания должны оповестить о необходимости аварийной остановки главного двигателя.

Для эффективного управления двигателем судовым на СПГ в его конструкцию кроме непосредственного оборудования для подачи газообразного топлива устанавливают ряд систем:

  • вентиляционная для продува пространства между трубами;
  • управления и безопасности при работе;
  • продувки систем инертными видами газов;
  • комплекс уплотнительных элементов для подачи топлива, к разделительным специальным клапанам, которые разделяют разные виды горючего (подобная система полностью встраивается в силовой агрегат производителем).

Для повышения экономической эффективности двигателям на газовозах СПГ может понадобиться дополнительная система для повторного сжижения испарившегося газа. Она была разработана предприятием Hamworthy и сегодня успешно используется. Интересно, что уже существует несколько подобных систем, где интерес вызывает Mark III. Здесь использован иной принцип повторного сжатия испарившегося газа, который более эффективен по сравнению с аналогами предыдущих поколений. Так, здесь удаление испарившегося газа из расположенных на газовое танков идет 3-х ступенчатым центробежным компрессором с одновременным охлаждением после каждой системы, что повышает эффективность работы.

Потенциальные направления развития судовых двигателей

Пока на кораблях разного плана основным источником топлива остается дизель. Причина в наличии уже большого парка подобных установок, их проверке временем, привычке, опыте обслуживания, определенном консерватизме. Одновременно ужесточение экологических требований, рост стоимости топлива, необходимость снижения затрат потенциально увеличивают экономичность двухтопливных систем. Особенно это касается газовозов, где существует уже запас топлива в виде перевозимого товара. Постепенно можно предполагать и переход на исключительно газовые силовые установки.

Со своей стороны, конструкторы и производители уже далеко продвинулись в данном направлении. Так, линейки ME-C, ME уже допускают переоснащение на работу с СПГ. Также проведенные исследования, результаты работы исследовательских предприятий, верфей говорят о наличии готовых проектов универсальных силовых установок для работы на 2-х видах топлива на судах любого класса. Сегодня доступно несколько технологий сжижения и повторной регазификации природного газа, а технические решения реализованы на практике крупнейшими компаниями, среди которых Cryostar, HHI, MHI, HGS, TGE, DSME и этот перечень может быть еще расширен в обозримом будущем.

Принципиально подобные системы включают следующие узлы:

  • обменники тепла для предварительного подогрева газообразного топлива до нужного уровня температуры;
  • насосы, перекачивающие СПГ из танка под давлением непосредственно к силовой установке;
  • систему контроля работы насосов, которые поддерживают постоянный уровень давления в системе;
  • буферные пространства, служащие для гашения возникающих пульсаций в газовом потоке из-за перепадов давления.

Практика показывает, что габариты танков для хранения газообразного топлива примерно в 2-3 раза больше по размерам, что связано с разницей по плотности с дизелем. Дополнительно необходима система эффективной тепловой изоляции для поддержания нужной температуры внутри танка. Дополнительно линейка двигателей GI предполагает использования газа с давлением максимум на уровне 300 атмосферы.

Принципиально все технические вопросы по переводу судов всех типов на газообразное топливо уже решены и ведутся работы по повышению рентабельности использования подобных силовых установок. Есть предположение, что успешные разработки вместе с ростом цен на топливо, возможным снижением рентабельности перевозок, усиление экологических требований простимулируют переход на СПГ.

Перспектив развития судового двигателестроения в других направлениях

Одновременно с развитием силовых установок с использованием природного газа продолжаются работы и по совершенствованию традиционных дизельных двигателей. Последние исследования показывают, что агрегат показывает лучшую экономическую эффективность в мощностном диапазоне 29-31 тысяч киловатт, когда целиком происходит отбор геометрических возможностей гребного винта. Уже достигнута сегодня агрегатная мощность в 23 500 кВт и идут разработки двигателей мощностью в 30 000 и 31 000 кВт. Параллельно возможность повышение эффективности за счет снижения потерь на охлаждение, уровня тепловых нагрузок за счет промежуточного дополнительного охлаждения воздуха наддува.

Дата публикации: 25.10.2022

Заказ

ФИО или название компании:
Контактный телефон:
Электронная почта:

Отправляя завяку я даю согласие на дальнейшее хранение и обработку моих персональных данных согласно политике конфендециальности.

Запрос цены на

ФИО или название компании:
Контактный телефон:
Электронная почта:

Отправляя завяку я даю согласие на дальнейшее хранение и обработку моих персональных данных согласно политике конфендециальности.

Спасибо!