![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Паротурбинные энергетические установки.
В середине ХХ века перед судостроением была поставлена задача постройки сухогрузных судов и танкеров с увеличенными грузоподъемностью и скоростью хода. Относительно высокие мощности ЭУ этих судов привели к выбору для них паротурбинных установок (ПТУ). Были построены: серия сухогрузных судов типа «Ленинский комсомол» (1959г) дедвейтом 15980т, ПТУ мощностью 9, 5 МВт; серия танкеров типа «Пекин» дедвейтом 32030т и типа «София» дедвейтом 50770т, ПТУ мощностью 14, 0 МВт. Для серии сухогрузных судов типа «Ленинский комсомол» были созданы ГТЗА типа ТС-1, мощностью 9, 6 МВт, удельным расходом топлива 320 г/кВтч, параметрами пара P=4, 4 МПа; t=470˚ С. Для танкеров типа «Пекин» и «Софья»- ГТЗА типа ТС-2, мощностью 14, 0 МВт, удельным расходом топлива 330 г/кВтч, параметрами пара Р=7, 8 МПа; t=515˚ C. В середине XX века ПТУ уступала дизельной ЭУ по удельному расходу топлива 230÷ 320 против 200-230 г/кВт ч; но ПТУ была менее требовательна к качеству топлива и при мощности свыше 20 МВт имела меньшую построечную стоимость, меньше массу и габариты по сравнению с СЭУ с ДВС. Высокоэкономичная ПТУ нового поколения в 70-х годах для крупнотоннажного танкера «Крым» с одновальной ЭУ мощностью 22 МВт в то время также не могла быть обеспечена дизелями, так как максимальная мощность МОД производства Брянского машиностроительного завода составляла 8, 83 МВт. ПТУ для шести танкеров типа «Крым» были последними в Советском Союзе установками такого типа для судов гражданского флота. Причина этого заключалась в неконкурентоспособности ПТУ по технико-экономическим характеристикам с дизельными установками, в сложности состава и эксплуатации СЭУ. Это соответствовало и мировым тенденциям того времени, после пика 1975 г, когда было построено 130 паротурбинных судов различного назначения, началось сокращение заказов на них, а после 1985 г строительство судов с ПТУ практически прекратилось. Рис. 2. Принципиальная схема судовой паротурбинной установки.
В паротурбинной установке рабочее тело непрерывно циркулирует по замкнутому контуру, претерпевая циклическое изменение своего состояния, вода – пар – вода и т.д. Вода за счет тепловой энергии топлива в паровом котле, превращающейся в пар заданных давления и температуры, большая часть которого поступает в главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА) 5 (рис.2.), остальная часть направляется к вспомогательному турбоагрегату. Отработавший в ГТЗА пар поступает в главный конденсатор 7, где конденсируется и насосом 8 в виде конденсата (воды) нагнетается в подогреватель питательной воды (ППВ)10. Сюда же насосом 9 подается конденсат от вспомогательного конденсатора 6, а также греющий пар от отборов ГТЗА. Вода в ППВ 10 смешивается с паром и нагревается до температуры кипения. Растворенные в ней газы удаляются в атмосферу, т.е. смесительный подогреватель 10 служит также деаэратором питательной воды. Из подогревателя – деаэратора 10 питательным насосом 12 вода нагнетается в паровой котел (через ППВ 13 и 14, обогреваемые паром из отборов ГТЗА). В котле теплота, выделившаяся при сжигании органического топлива, передается от дымовых газов воде и пару. Топливо в топку котла 1 подается из расходной топливной цистерны 16 насосом 15 через фильтры 17 и подогреватель топлива 18. Туда же вентилятором 19 и из атмосферы подается воздух, а образующиеся при сгорании топлива дымовые газы отводятся в дымовую трубу. Установка, обеспечивающая движение судна, называется главным турбозубчатым агрегатом (ГТЗА), в его состав входят главные турбины, главная передача, главный конденсатор, органы управления и регулирования, валоповоротное устройство и подъемно транспортное приспособление для разборки и сборки турбин. На рис.3 изображен двухкорпусный ГТЗА ТС-3 танкера типа «Крым». Рис.3 Схема ГТЗА ТС-3 танкера типа «Крым».
Поскольку турбина является двигателем, то для обеспечения заднего хода судна устанавливают турбину заднего (ТЗХ). Она размещается обычно в одном корпусе с ТНД и состоит из нескольких ступеней. При наличии электропередачи или винта регулируемого шага (ВРШ) необходимость в ТЗХ отпадает. Газотурбинные энергетические установки. Газотурбинные установки (ГТУ) находят широкое применение на тех судах; для которых особенно существенны преимущества этих установок- малая удельная масса, компактность, высокая маневренность, возможность быстрой агрегатной защиты и др. в настоящее время по экономичности ГТУ пока уступают отдельным ЭУ. Достаточно широко ГТУ используются на судах с динамическими принципами поддержания и в военно-морском флоте. Простейший ГТД открытого цикла с горением топлива при постоянном давлении работает следующим образом (рис 4). Компрессор 5, приводимый в действие турбиной 11, через приемную трубу 4 засасывает из атмосферы воздух, сжимает его до определенного давления, например до 5∙ 10 кПа, и непрерывно нагнетает его в камеру сгорания 9. В нее через форсунку 8 с помощью насоса 3 подается топливо. Образующиеся в процессе сгорания топлива газы высокой температуры, обычно превышающей 1000 С, направляется в турбину 11, где кинетическая энергия их преобразуется в механическую работу. По условию прочности отдельных деталей нельзя допустить, чтобы в газовую турбину поступали газы такой высокой температуры. Поэтому в камеру сгорания подается воздуха в несколько раз больше теоретически необходимого для сжигания топлива. Потребность большого избытка воздуха в ГТУ приводит к значительной относительной мощности, затрачиваемой на его сжатие в компрессоре, который потребляет до 70% мощности турбины. Рис. 4. Конструктивная схема простейшего ГТД открытого цикла
Сжатый воздух, поступающий из компрессора в камеру сгорания, разделяется на два потока. Один поток, составляющий 30 ÷ 40%, вводится в активную зону горения, другой, составляющий 60 ÷ 70%, охлаждает пламенную трубу, смешивается с продуктами сгорания вне активной зоны горения и понижают температуру газа до значения, требуемого на входе в турбину. Выпускные газы по трубопроводу 10 уходят в атмосферу. Развиваемая турбиной мощность частично затрачивается на привод компрессора и через редуктор 2 используется для привода гребного винта 1. Пуск установки производится с помощью пускового устройства 7, соединенного посредством специальной муфты 6 с ротором компрессора. В период запуска топливо воспламеняется от электросвечи. Система пуска состоит из пускового двигателя (стартера), муфты включения, запального устройства и пускорегулирующей аппаратуры. В качестве пускового двигателя могут служить электростартеры, воздушные турбины, ДВС, но наиболее распространены электростартеры. Если запуск ГТД требует большой мощности (67÷ 75 кВт) используют пусковые газотурбинные двигатели или несколько электростартеров. Присоединение стартера к приводу вала ГТД осуществляется посредством муфты включения, которая автоматически отключается при достижении определенной частоты вращения ротора двигателя. Запальное устройство состоит из пусковой форсунки и электрической запальной свечи. Основным недостатком данного ГТД является низкий КПД из-за больших тепловых потерь во внешнюю среду, т.к. охлаждение рабочего тела происходит при смешивании с атмосферным воздухом.
Одним из способов повышения КПД ГТД является усложнение рабочего цикла, наиболее широко применяются циклы ГТД с регенерацией и промежуточным охлаждением, тогда Усложнение рабочего цикла приводит к увеличению массогабаритных показателей и снижению надежности ГТД. Использование ГТУ с теплоутилизирующим контуром (ГТУ с ТУК) позволяет избегать этих недостатков. Примером может служить установка М-25 сухогрузного судна «Капитан Смирнов», состоящая из ГТД и паровой турбины, пар для которой вырабатывается утилизационным парогенератором за счет теплоты отработанных газов ГТД. Схема отечественной парогазовой установки ГТУ М-25 дана на рис. 5
Судно «Капитан Смирнов» имеет два главных газотурбинных агрегата М-25, работающих каждый на ВФШ, их суммарная мощность обеспечивает судну скорость около 27 узлов. Агрегат М-25 имеет мощность 18400кВт при частоте вращения 130 об/мин на выходном валу. Отношение мощности паровой турбины к мощности ГТД Применение ТУК повышает КПД установки и уменьшает удельный расход топлива Дальнейшее развитие ГТД связывают с освоением более высоких температур рабочего тела, для чего требуется создание более жаропрочных материалов, что решается в настоящее время введением в конструкцию турбины элементов металлокерамики. В ГТУ закрытого цикла (рис.6.) в рабочем процессе участвует одно рабочее тело, совершающее кругооборот в изолированном от атмосферы замкнутом тракте. Рабочее тело воздух или какой либо инертный газ сжимается в компрессоре 4 и направляется через нагреватель 6, который повышает его температуру при постоянном давлении до 650-750 С, в турбину 3. Здесь рабочее тело расширяется до давления, близкого к давлению перед компрессором. Далее оно охлаждается забортной водой в охладителе 5 до начальной температуры цикла. Мощность турбины расходуется на привод компрессора и через редуктор 2 используется для привода гребного винта 1. В качестве нагревателя в обычных ГТУ применяют воздушный котел, работающий на органическом топливе, в ядерных ГТУ - ядерный реактор. Рис.6. Принципиальная схема ГТУ закрытого цикла
|