Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

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.

1. – паровой котел. 2. – паропровод насыщенного пара. 3. – паропровод перегретого пара. 4. – вспомогательный турбоагрегат. 5. – главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА). 6. – вспомогательный конденсатор. 7. – главный конденсатор. 8. - конденсатный насос. 9. - конденсатный насос. 10. – смесительный подогреватель питательной воды (деаэратор).   11. – подвод греющего пара. 12. – питательный насос. 13. – подогреватель питательной воды. 14. – подогреватель питательной воды. 15. – топливный насос. 16. – расходная топливная цистерна. 17. – топливные фильтры. 18. – подогреватель топлива. 19. – вентилятор котельный. 20. –газоход.  

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».

1. ТВД совместно с ТСД 2. ТНД 3. конденсатор 4. редуктор 5. соединительная муфта 6. главный упорный подшипник

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

1. Гребной винт 2. Редуктор 3. Топливный насос 4. Приемная труба 5. Компрессор 6. Соединительная муфта 7. Пусковое устройство 8. Форсунка 9. Камера сгорания 10. Выхлопной трубопровод 11. Турбина  

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.

=24, 5 ; =0, 37 кг/кВтч.

Одним из способов повышения КПД ГТД является усложнение рабочего цикла, наиболее широко применяются циклы ГТД с регенерацией и промежуточным охлаждением, тогда =31, 5%, =0, 270 кг/кВтч.

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

 

 

Рис.5 Схема ГТУ с ТУК (ГТУ М-25)

1— утилизационный парогенератор; 2 — ГТД; 3 — паровая турбина; 4 — конденсатор паровой турбины; 5 — конденсатный насос; 6—теплый ящик; 7 — питательный насос; 8 — циркуляционный насос утилизационного котла 9 — сепаратор пара

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

  1. Гребной винт
  2. Редуктор
  3. Турбина
 
  1. Компрессор
  2. Охладитель
  3. Нагреватель
 





© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.