Схема системы. Для пуска и реверсирования дизелей, продувки систем и поддержания постоянного давления в пневмоцистернах, обеспечения работы пневматических инструментов, механизмов, тифонов, систем регулирования и управления дизелей, приборов и других устройств необходим сжатый воздух, который получают с помощью специальных поршневых насосов, называемых компрессорами. В соответствии с Правилами Речного Регистра РСФСР на судне устанавливают два компрессора: один навешенный (с приводом от коленчатого вала главного дизеля), другой — автономный (ручной, а чаще всего с приводом от электродвигателя) .

Для пуска дизеля обычно используют сжатый воздух давлением 2,5— 3 МПа, а иногда и до 15 МПа. Получить сжатый воздух такого давления в одном цилиндре представляет определенные трудности.

Системы сжатого воздуха (компрессорные установки) компонуют, как правило, с двухступенчатыми компрессорами, которые сжимают воздух в два приема: Сначала в цилиндре низкого давления (ц. н. д.), затем в цилиндре высокого давления (ц. в. д.). При включении установки в действие, когда ступенчатый поршень компрессора движется вниз, воздух по трубе 5 через открытый впускной клапан засасывается в ц. н. д. При обратном движении поршня воздух из ц. н. д. поступает в рабочую полость ц. в. д. После сжатия до заданного давления воздух из ц. в. д. вытесняется в воздухохранитель (баллон). На судне обычно устанавливают основной и несколько запасных баллонов сжатого воздуха, соединенных параллельно общим трубопроводом. Запас сжатого воздуха во всех баллонах должен обеспечивать не менее 12 пусков попеременно на передний и задний ход каждого двигателя, подготовленного к работе.

Рис. 1. Схема компрессорной установки

В пусковую магистраль дизеля воздух поступает из основного баллона. Давление воздуха в магистрали и баллонах контролируют по манометрам. В нагнетательные магистрали ц. н. д. и ц. в. д. компрессора включены предохранительные клапаны, отрегулированные на давление, превышающее рабочее не более чем на 5%. Обратные клапаны пропускают воздух по магистрали в каком-либо одном направлении. При работе, например, навешенного компрессора обратный клапан открыт, а клапан закрыт и не пропускает воздух в магистраль автономного компрессора. Если в работу включается автономный компрессор, обратный клапан будет разгружать от давления воздуха нагнетательную магистраль навешенного компрессора. При сжатии воздух в компрессоре нагревается. Из-за повышения температуры воздуха увеличиваются затраты мощности на его сжатие и, кроме того, возможно самовоспламенение паров смазочного масла на стенках ц. в. д. Чтобы охладить цилиндры компрессора, в структурную схему компрессорной установки включают воздухоохладители. Воздух от примесей воды и масла очищается в сепараторах. Продукты очистки удаляются из сепараторов через кран.

Рис. 2. Схемы компрессоров

Компрессоры. По давлению сжатия различают компрессоры низкого (до 6 МПа) и высокого (свыше 6 МПа) давления, а по числу ступеней сжатия — одно-, двух- и многоступенчатые, по типу привода автономные компрессоры могут быть электроприводными и ручными. Последние обеспечивают подачу воздуха до 2,4 м3/ч при давлении до 3 МПа. Различные по конструкции компрессоры, применяемые на речных судах, отличаются типом привода и формой поршня. Кинематическая схема компрессора мало чем отличается от кинематической схемы поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Различают компрессоры с параллельной и последовательной работой полостей низкого и высокого давления. При компоновке компрессоров по первой схеме, когда поршень ц. в. д. находится над поршнем 1 ц. н. д., в обеих полостях цилиндров одновременно происходит всасывание или нагнетание. В таких компрессорах воздух, вытесненный из ц. н. д., не может сразу попасть в ц. в. д., так как в нем в данный момент тоже осуществляется процесс сжатия. Поэтому в компрессорах низкого давления типа КВД и 20К1 с параллельной работой полостей между ц. н. д. и ц. в. д. имеется дополнительный объем для хранения до начала хода всасывания в ц. в. д. воздуха, вытесненного из ц. н. д. Указанный объем складывается из емкостей охладителя и сепаратора ц. н. д.

У компрессоров такого типа сжатие воздуха в цилиндрах происходит одновременно, это увеличивает нагрузку на коленчатый вал. Поэтому для сглаживания указанного недостатка и улучшения условий работы приводного электродвигателя судовые компрессоры, например 20К1, имеют два двухступенчатых цилиндра с параллельной работой полостей.

В компрессорах с последовательной работой полостей поршень ц. в. д. располагается под поршнем ц. н. д. и процесс всасывания в одном из цилиндров совпадает с процессом нагнетания воздуха в другом. При такой схеме компоновки компрессоров обеспечивается наиболее равномерная нагрузка на их детали и создаются благоприятные условия для работы цилиндропоршневой группы и приводного электродвигателя. На судах речного флота применяют также и компрессоры с комбинированной работой полостей, например в трехступенчатых компрессорах высокого давления К2-150 поршень 1 ц. н. д. размещен между поршнем 2 ц. в. д. и поршнем цилиндра среднего давления (ц. с. д.). При движении поршней вниз воздух сжимается в ц. с. д., а при движении вверх — в ц. н. д. и ц. в. д., благодаря чему уменьшается разность знакопеременных нагрузок, действующих на коленчатый вал компрессора.

Средства автоматизации систем. С помощью средств автоматизации систем должны обеспечиваться: автоматическое включение и выключение навешенных и автономных компрессоров, а также дистанционный пуск и остановка последних; автоматическая продувка сепараторов; действие предупредительной сигнализации о максимальной температуре охлаждения компрессоров (на судах с мощностью главных дизелей более 440 кВт) и минимальном давлении воздуха в пусковых баллонах (на судах с мощностью главных дизелей более 1470 кВт). В соответствии с Правилами Речного Регистра РСФСР автоматическое включение воздушных компрессоров должно осуществляться при снижении давления в баллонах не более чем на 30% номинального и выключение — при достижении 97—103% номинального давления.

Схема автоматического управления компрессора одного из дизелей показана на рис. 88. При работе компрессора (на схеме не показан) воздух в баллон поступает по трубопроводам, пройдя сепаратор (масловлагоотделитель). После достижения максимального давления в баллоне воздух преодолевает сопротивление пружин. Мембранный клапан разгрузки открывается, а клапан выключения закрывается. Воздух из трубопроводов выпускается в атмосферу. Поршень пнев-моцилиндра под действием пружины смещается вправо и рычагом сдвигает муфту компрессора в положение «Выключено», т. е. отсоединяет коленчатый вал компрессора от приводного вала реверс-редуктора СЭУ. Подача воздуха в баллон прекращается, и трубопроводы, разобщаются с баллоном с помощью обратного клапана. После разгрузки трубопроводов открывается клапан и осуществляется продувка напорной магистрали и сепаратора воздухом. По мере расходования воздуха и снижения его давления в баллоне вначале закрывается мембранный клапан разгрузки, а затем с понижением давления до нижнего контролируемого значения под действием пружины открывается клапан выключения, и воздух из баллона по трубопроводу поступает к пневмоцилиндру, клапану и выключателю. Поршень выключателя смещается вправо, и воздух поступает к приводу всасывающего клапана компрессора.

Рис. 3. Схема управления компрессора дизеля 6ЧСП 18/22

Одновременно поршень пневмоцилиндра перемещает рычаг в положение «Включено». Компрессор соединяется с приводным валом реверс-ре-дуктора СЭУ и включается в работу. Шток пневмоцилиндра при этом смещает поршень выключателя в крайнее левое положение и соединяет привод всасывающего клапана с атмосферой. После включения компрессора дальнейшее воздействие привода 5 на всасывающий клапан прекращается.

Рис. 4. Схема управления электропривода автономного компрессора

В схему управления электродвигателей автономных компрессоров включают электроконтактные манометры или манометрические реле минимального и максимального давлений. Дистанционное управление электроприводом осуществляется с помощью кнопок S1 и S3 из машинного помещения и кнопок S2 и S4 из рулевой рубки. Для автоматического управления переключатель S5 устанавливают в положение «Автоматическая работа». При снижении давления воздуха в баллонах до установленного предела электроконтактный манометр (манометрическое реле) минимального давления замыкает контакт Е1 и подает напряжение на катушку линейного контактора К1. Контактор замыкает контакты К1.1 и К 1.2. Первый из них шунтирует контакт Е1 минимального давления, кнопки S3 и S4, а второй — включает электродвигатель М. Одновременно получает питание катушка промежуточного реле КЗ, которое своим контактом К3.1 замыкает цепь лампы Н на пульте управления, сигнализируя о работе компрессора.

При достижении максимального давления воздуха в баллонах размыкается контакт реле Е2, разрывая цепь катушки К1. Контактор размыкает свои главные контакты К1.2 и отключает двигатель от сети. В электрическую схему управления компрессоров могут быть включены также реле давления и температуры, обеспечивающие сигнализацию и защиту компрессора при аварийном отклонении от допустимых значений давления и температуры смазочного масла, воздуха и охлаждающей воды. В рассматриваемую схему управления, например, включен масляный выключатель Q, который при падении давления смазочного масла включает реле К2. Это реле размыкает свой контакт К2.1 в цепи катушки контактора К1 и останавливает электродвигатель. Защиту электродвигателя от перегрузки осуществляют электротепловые реле F1, F2. При наличии на судах двух автономных компрессоров с помощью системы управления можно устанавливать очередность их работы, а также выключать резервный компрессор при остановке основного.

В схему автоматического управления компрессоров включают электромагнитный клапан, обеспечивающий при пуске и остановке автоматическое продувание сепаратора. У работающего компрессора катушка электромагнита обесточена, сердечник под действием пружины смещен в крайнее нижнее положение и перекрывает отверстие в гнезде 4 корпуса 5. С включением компрессора катушка 3 электромагнита получает питание в течение 8—10 с и сердечник, преодолевая силу натяжения регулировочной пружины, открывает отверстие в гнезде 4. Под давлением воздуха сепаратор продувают. При выключении компрессора катушка электромагнита через реле времени снова получает питание в течение 8—10 с, клапан продувания открывается, обеспечивая продувание сепаратора от влаги и разгрузку компрессора при пуске.

Воздухоохладители и сепараторы. Обычно воздухоохладители ц. н. д., так же как масляные и водяные охладители, представляют собой несколько рядов трубок, закрепленных в трубных решетках. Воздух движется в трубках, а вода омывает их снаружи. Иногда воздухоохладители ц. н. д. монтируют непосредственно в камерах охлаждения компрессоров. Воздухоохладители ц. в. д. выполняют в виде змеевика труб, устанавливаемого в полости между двумя цилиндрическими корпусами. Вода прокачивается через кольцевую полость цилиндрических корпусов и охлаждает воздух, двигающийся в трубах змеевика. Средства пневмоавтоматики очень чувствительны к наличию влаги, масла и других загрязнений в воздухе. От примесей воздух очищается в сепараторах, обычно представляющих собой вертикальный пустотелый цилиндр с продольной перегородкой. При входе в корпус сепаратора скорость воздуха резко падает, меняется его направление движения, частицы воды и масла, ударяясь о перегородку в корпусе, выпадают из потока и стекают в нижнюю часть сепаратора,откуда их периодически удаляют.

Рис. 5. Электромагнитный клапан продувания сепаратора

Редукционные и предохранительные клапаны. Оптимальное давление воздуха для пуска среднеоборотных дизелей, как правило, составляет 2,5—3 МПа, для высокооборотных — 9—15 МПа. Однако ряд пневматических средств (звуковые сигнализаторы, пнев-моинструменты, тормозные устройства коленчатого вала средства продувки трубопроводов, кингстонов и другие устройства) работают при давлениях воздуха менее 2—3 МПа. Воздух хранят в баллонах с давлением, достаточным для пуска дизелей, а к пневматическим устройствам он поступает через редукционные клапаны, понижающие давление воздуха на выходе до требуемых значений. В качестве редукционных используют мембранные и поршневые клапаны. Между корпусом и крышкой редукционного клапана первого типа установлена мембрана. Воздух в корпус клапана подводится по каналу а и отводится из него через канал. Количество воздуха, поступающего в канал, определяется положением клапана.

Рис. 6. Мембранный редукционный клапан

Усилие на клапан и мембрану с внешней стороны регулируется с помощью пружин. Сила упругости пружины больше, чем пружины, поэтому при увеличении расхода воздуха клапан открывает, а при уменьшении его, наоборот, прикрывает канал а и давление в канале поддерживается в установленных пределах постоянным. Редукционный клапан настраивают на заданное давление регулировочными болтами. Чтобы давление воздуха не превышало заданных значений, в магистраль включают предохранительные клапаны. Их устанавливают на баллонах и нагнетательном трубопроводе ц. н. д.

Рис. 7. Головка воздушного баллона 104

Воздушные баллоны. Количество и общую вместимость баллонов выбирают из расчета обеспечения ими не менее 12 пусков и реверсов главных дизелей. Для нереверсивных дизелей общая вместимость баллонов рассчитывается на шесть пусков.

Воздушные баллоны изготовляют из стали цельнолитыми или сварными. Они состоят из корпуса с фланцем и головки, прикрепленной к фланцу болтами или шпильками. В баллон воздух поступает через нагнетательный клапан, а отбирается из него при открытии клапана. Частицы воды и масла, скапливающиеся в нижней части баллона, периодически удаляются по трубе продувания при открытии клапана. Рядом с головкой баллона на нагнетательном трубопроводе установлен предохранительный клапан, отрегулированный так, что при повышении давления в баллонах более 10% рабочего происходит срабатывание клапана. Давление в баллоне контролируют по манометру, воздух к которому подается через клапан, открываемый маховиком.

Компрессорные установки, вырабатывающие сжатый воздух, являются объектом повышенной опасности, поэтому при их эксплуатации необходимо выполнять ряд требований, обеспечивающих нормальное техническое состояние всех ее элементов и безопасность обслуживающего персонала.

Особое внимание нужно уделять воздушным баллонам. Согласно Правилам Речного Регистра РСФСР их периодически подвергают наружному осмотру, внутреннему освидетельствованию и гидравлическому испытанию. Наружный осмотр баллонов проводят через каждые два года. При этом в присутствии инспектора Речного Регистра РСФСР проверяют состояние их наружной поверхности, исправность контрольно-измерительных приборов (КИП) и герметичность соединений. Во время осмотра регулируют и пломбируют предохранительные клапаны. При внутреннем освидетельствовании через каждые четыре года наряду с наружным осмотром очищают внутреннюю поверхность баллонов от загрязнений, осадков и ржавчины, перебирают и притирают арматуру. Гидравлическое испытание баллонов и воздухопроводов выполняется под наблюдением инспектора Речного Регистра РСФСР через каждые 8 лет водой при давлении, превышающем рабочее на 25%. Наружный осмотр баллонов на судах смешанного река — море плавания производится ежегодно, а внутреннее освидетельствование и гидравлическое испытание их соответственно через два и четыре года.