8. Характеристики гребного винта. Относительная поступь гребного винта. 33
 Скачать 3.6 Mb.
|
26. Режимы работы ПТУ. Основной режим работы главного ПГ, его разновидности. Параметры работы ПТУ при различных режимах работы. Схемы основных режимов работы ГТЗА. из анализ.Режимы работы. Судовые ПТУ в зависимости от условий эксплуатации имеют различные режимы работы. В качестве примера применительно к отечественной ПТУ крупнотоннажных танкеров на рис. 2.4. приведены возможные режимы работы [23]. Режим работы ПТУ в целом обуславливает и соответствующие режимы ее отдельных элементов (ПГ, ГТЗА, ГК, ПН). Одним из основных режимов работы главного ПГ является водный режим. Его разновидности применительно к ПГ типа КВГ 80/80 приведены в табл. 2.2. Таблица 2.2.Разновидности водного режима работы ПГ типа КВГ 80/80
Работа ПТУ крупнотоннажных танкеров характеризуется тремя основными режимами работы: «Море», «Порт» и стояночный. В зависимости от этих режимов изменяются и параметры работы ПТУ. Некоторые из них, полученные в процессе испытаний, представлены в табл. 2.3. [23]. Таблица 2.З. Параметры работы ПТУ при различных режимах работы
* ФР - фосфатный режим; ГР - гидразинный режим; ТР - трилонный режим. Анализ результатов, приведенных в табл. 2.3, показывает, что наименее благоприятные условия с точки зрения стабильности работы ПТУ наблюдаются во время проведения гидразинной обработки воды. Средняя продолжительность работы ПТУ до изменения нагрузки составляла 27,3 ч, что на 24 % меньше, чем при исследованиях фосфатного режима, и в шесть раз меньше по сравнению с трилонной обработкой. В процессе испытаний было установлено, что снижение содержания продуктов коррозии в питательной воде до нормируемых значений может быть достигнуто только с помощью гидразинно-аммиачной обработки питательной воды. Она позволяет значительно снизить концентрацию продуктов коррозии железа, а также уменьшить их содержание в паре и конденсатах по сравнению с фосфатным режимом. При гидразинном режиме происходит значительный рост содержания продуктов коррозии железа и меди в котловой воде. Это свидетельствует о снижении интенсивности выпадения на поверхностях нагрева железо-медноокисных отложений в результате образования неприкипающих форм этих соединений. Таким образом, исходя из анализа результатов проведенных испытаний, следует, что оптимальным режимом для ПГ типа КВГ 80/80 является гидразинно-аммиачный режим обработки питательной воды. Для поддержания значений РН в питательной воде необходимо вводить тринатрийфосфат в ПГ, а РН поддерживать в пределах 9,5-10. В период работы ПТУ их ГТЗА могут эксплуатироваться также на различных режимах. Классификационная схема возможных вариантов приведена на рис. 2.5. Схема основных режимов работы ГТЗА  Рис. 2.5. Основным ходовым режимом работы ГТЗА является режим «Море». При работе ГТЗА на постоянных режимах к чему подключается турбо-блок, а при маневрах или проходе судном узостей, когда требуется работа двух независимых источников электроэнергии, турбоблок должен приводиться от собственной турбины и работать в параллель с резервным турбогенератором. Для определения мощности и характерного режима работы ГТЗА можно использовать формулу:  , (2.1)где Gn – расход пара; Ha – изоэнтропийный перепад энтальпий; ηe – эффективный КПД. При эксплуатации ПТУ изменение мощности в основном определяется изменением расхода пара. В качестве примера в табл. 2.4 приведены данные, полученные в процессе испытаний ПТУ крупнотоннажного танкера [23]. Таблица 2.4. Изменение мощности ГТЗА в зависимости от режима работы
На режимах, отличных от номинального, учитывая, что частота вращения гребного винта не изменяется (n=const), происходит снижение крутящего момента на фланце редуктора и скорости хода (рис. 2.6,а). Приведенные зависимости Мкр=f(Ne) и Vs=f(Ne) получены для режимов работы на ППХ, СПХ, МПХ в грузу и балласте. Известно, что эффективный КПД турбоагрегата определяется внутренним КПД группы ступеней (ηi) и механическим КПД ГТЗА (ηм), т.е. ηе= ηi ηм . Решающее влияние на эффективный КПД оказывают внутренние потери энергии в ГТЗА, которые увеличиваются при снижении его нагрузки. Анализ зависимостей эффективного КПД и удельного расхода топлива на ПТУ от режима работы ГТЗА, приведенных на рис. 2.б,в, показывает, что эффективный КПД турбоагрегата с уменьшением нагрузки снижается, стремясь к нулю. На режим работы ПТУ оказывает влияние и режим работы ГК, который, в свою очередь обуславливается рядом факторов (например, температурой забортной воды, режимом работы вакуумного насоса, температурой конденсата и др.). Зависимости изменения параметров работы ГК от различных факторов приведены на рис. 2.7.  Изменение параметров работы ГК в зависимости от различных факторовРис. 2.7: а) зависимость давления в ГК от температуры забортной воды (1,3 - кривые при мощности ГТЗА соответственно 29 и 23 тыс.л.с; 2,4 - расчетные кривые полученные при расходах охлаждающей воды 9000 и 7000 т/ч и мощности 29 тыс.л.с); б) зависимость температуры конденсата за ГК от скорости хода судна. Сравнение экспериментального и расчетного графиков PK=f(tзв) при мощности ПТУ 29 тыс.л.с. показывает, что при идентичных условиях давление в ГК в действительности оказывается на 5-8 % выше расчетного значения. Это объясняется частичным загрязнением проточной части ГК и большой крутизной характеристики Q=f(PK) вакуумных насосов (рис. 2.8). Анализ зависимости, приведенной па рис. 2.7,б показывает, что температура конденсата по мере уменьшения скорости судна сначала имеет тенденцию к снижению и, достигнув минимального значения при Vs≈9 уз., достаточно быстро повышается. При скорости судна, близкой к 5 уз, значение tк становится равным первоначальной величине. Это может быть объяснено нелинейной зависимостью между расходом пара на ГК и скоростью судна (расходом охлаждающей воды на ГК) при указанных выше значениях Vs. На первом участке расход пара падает быстрее подачи количества охлаждающей воды, на втором – картина становится обратной. В процессе эксплуатации крупнотоннажных судов с ПТУ возможны случаи длительного плавания при частичных скоростях. При этом не исключено влияние таких внешних факторов как отклонение от расчетного значения температуры охлаждающей воды, обрастание макро- и микрообрастателями, занос промышленными отходами циркуляционной системы и трубок ГК, а также МОХ. Эти причины приводят к снижению расхода охлаждающей воды, росту термического сопротивления теплопередающих поверхностей ГК и МОХ, вследствие чего ухудшаются технико-эксплуатационные показатели ГТЗА в целом. Для оценки минимальной скорости судна, при которой обеспечивается устойчивая работа ГК, могут быть использованы данные (рис. 2.7,б) с учетом относительного уменьшения расхода охлаждающей воды, вызванного дополнительным гидравлическим сопротивлением системы, а также времени снижения скорости судна от эксплуатационной до минимально возможной, обеспечивающей устойчивое охлаждение элементов ГТЗА при самопротоке. Оценка времени выбега судна в интервале скоростей, обеспечивающих надежное охлаждение самопротоком, необходима для эксплуатационников в период экстренных остановок ГТЗА. Для решения поставленной задачи кроме зависимости температуры насыщения (абсолютное давление в ГК) необходимо знать изменение температуры масла за МОХ, а также нагрев охлаждающей воды в ГК при переменных значениях скорости судна. Зависимость изменения температуры масла от скорости хода судна приведена на рис. 2.9. З  ависимость изменения температуры масла от скорости Рис. 2.9. (1 - изменение температуры забортной воды; 2 - изменение температуры масла). Анализ приведенных зависимостей показывает, что температура масла на выходе из МОХ при снижении скорости судна монотонно увеличивается. Согласно инструкции по эксплуатации ГТЗА температура масла на выходе из МОХ не должна выходить за пределы 35-45 °С и регулируется путем изменения подачи охлаждающей воды. Глубина регулирования при прочих равных условиях зависит от температуры охлаждающей воды. Последняя и будет определять минимальную скорость судна, при которой возможно использование самопротока. В период испытаний [23] температура охлаждающей воды соответствовала 22,4-22,7 °С, а предельное значение температуры масла было достигнуто при Vs=5,7 уз. При температурах охлаждающей воды, отличных от указанных, минимальное значение скорости судна будет от этого значения несколько отличаться; границы отклонения могут быть определены как расчетным путем, так и дополнительными испытаниями. В период эксплуатации ПТУ водозаборник, трубопроводы циркуляционной системы, ГК подвергаются обрастанию и заносу в портах промышленными отходами. Все это приводит к росту гидравлических потерь циркуляционного тракта при неизменной скорости судна, уменьшению расхода охлаждающей воды и как следствие – к ухудшению вакуума в ГК. Расходы охлаждающей воды, полученные расчетным путем, на основании уравнения теплового баланса приведены в табл. 2.5. [23]. Изменение расхода охлаждающей воды в зависимости от сопротивления циркуляционного тракта.
Анализ приведенных данных показывает, что в случае дополнительного суммарного сопротивления циркуляционного тракта, соответствующего снижению расхода охлаждающей воды более, чем на 50 %, давление в ГК ухудшается примерно на 24 % от начального и лежит в допустимых эксплуатацией пределах. В период эксплуатации ПТУ возможен случай, когда по метеонавигационным условиям возникает необходимость в экстренной остановке ГТЗА. В этих условиях представляет определенный интерес оценка времени работы ГТЗА при использовании самопротока в период выбега судна. В указанных ситуациях электроциркуляционный насос, как правило, бывает отключенным. Определяющей в оценке минимальной скорости судна в период его выбега, при которой еще обеспечивается самопроток, является также надежная работа МОХ. Устойчивая работа последнего обеспечивается при скоростях не ниже 5-5,7 узла., Время свободного выбега при скоростях судна, обеспечивающих устойчивое охлаждение водой ГТЗА, зависит от начальной скорости судна, наличия груза, состояния моря, частоты вращения гребного вала в период выбега и т.п. Анализ информации, приведенной в работе [23] показывает, следующее: - при управлении судном на сниженных скоростях возможно использование самопротока вплоть до скорости судна, равной 5,7-5,8 узла. Определяющими при этом являются не параметры ГК, а температура масла за МОХ, значение которой при прочих равных условиях зависит от температуры охлаждающей воды; - минимальная скорость судна, при которой можно использовать самопроток, определяется возможностями МОХ; - для поддержания глубокого вакуума в ГК необходимо уделять особое внимание техническому состоянию вакуумных насосов ГК и плотности вакуумной части ГТЗА. Большая крутизна зависимости Q=f(Pк) не способствует поддержанию глубокого вакуума даже при относительно небольших поступлениях дополнительного количества воздуха, отличного от расчетного значения. В условиях эксплуатации бывают случаи, когда ПТУ работает на неспецификационном режиме. Это связано с условиями плавания, влиянием температуры забортной воды, загрязнением теплообменных поверхностей ПГ, ГК, теплообменников, изнашиванием отдельных механизмов и т.д. Все эти факторы оказывают определенное влияние на начальные и конечные параметры, на экономичность ПТУ, перераспределение параметров по ступеням и корпусам ГТЗА. Однако по своим признакам они могут быть сведены к нескольким типовым случаям [22]. В частности, при изменении расхода пара, начального давления, начальной температуры пара и конечного давления. Возможна и такая задача – изменение экономичности ПТУ, вызванного загрязнением ГК, переключением скоростей и числа ГЦН. Как указывалось ранее, мощность ГТЗА, а следовательно, и ПТУ определяется в соответствии с выражением (2.1.). Исходя из (2.1.) мощность ПТУ может быть изменена путем уменьшения расхода пара при Ha=const (сопловое регулирование) или за счет уменьшения адиабатного теплоперепада (дроссельное регулирование). Анализ экономичности двух способов регулирования (сопловое, дроссельное) показывает, что при сопловом регулировании окружной КПД регулировочной ступени ГТЗА существенно снижается по отношению к режиму полного хода. При дроссельном регулировали картина такова: окружной КПД возрастает, если на расчетном режиме его значение было ниже оптимального, и уменьшается, если оптимален на расчетном режиме. Зависимость КПД от режима работы ПТУ приведена на рис. 2.10. Изменение КПД турбин от режима работы при различных способах регулирования  Рис. 2.10. (1 – сопловое регулирование; 2 – дроссельное регулирование). Изменение давления в ГК в принципе сказывается на изменении Ha во всех ступенях ГТЗА. Обычно расчетным давлением в ГК является Pк=0,05 ата. При его изменении до 0,025 ата удельный объем увеличивается с 28,7 до 55,26 м3/кг. Известно, что при уменьшении давления в ГК растет КПД цикла Ренкина, поэтому до определенного предела понижение давления в ГК дает некоторый положительный эффект (рост ηtR компенсирует снижение ηe). По опытным данным при снижении Pк с 0,05 ата до 0,03 ата мощность ПТУ увеличивается на 2-3 % без дополнительного расхода пара. Зависимость изменения мощности ГТЗА от давления в ГК при различных режимах работы ГЦН приведена на рис. 2.11. [23]. Изменение мощности ГТЗА от давления ГК при различных режимах работы ГЦН  Рис. 2.11. (1 – зависимость изменения мощности от давления в ГК δN=f(Pк) ; 2 – зависимость температуры охлаждающей воды от давления в ГК ti=f(Pк)). Приведенные зависимости позволяют определить относительную величину перерасхода топлива, вызванную загрязнением ГК и отклонением расхода охлаждающей воды от расчетного значения, а также произвести выбор рационального режима работы ГЦН при чистом и загрязненном ГК. Предположим, что КУ рассчитана на температуру охлаждающей воды, равной 23 °С, и при работе двух ГЦН давление в ГК при чистой поверхности охлаждения соответствует Pк=0,05 ата. При переходе судна в район плавания с более низкими температурами охлаждающей воды экономичность ПТУ возрастет. Величина выигрыша в экономичности может быть определена следующим образом. Замеряется температура охлаждающей воды на входе в ГК, затем проводится линия до пересечения с кривой ti=f(Pк), восстанавливается перпендикуляр до кривой δN=f(Pк) и отсчет по оси ординат дает экономию топлива (δN=0d1, линии dδcd). В случае если насос работает на сниженном режиме, общая экономия топлива будет определяться таким образом. Сначала снимается новая величина отклонения экономичности ПТУ, а затем к ней прибавляется соответствующая экономия топлива (прямая линия А), получаемая вследствие уменьшения затраты энергии на привод второго насоса. Общая экономия топлива будет определяться δNΣ=0A+0d1. Правильность назначения режима работы ГЦН должна исходить из сравнения первого и второго значения δN. При загрязнении поверхности охлаждения ГК и данном значении температуры охлаждающей воды давление, замеренное вакуумметром, окажется большим по сравнению с предполагаемым (т. δ2, δN=0d2). Рассмотренный метод определения изменения экономичности ПТУ позволяет установить относительные значения перерасхода топлива, вызванные повышением давления в ГК, и назначить режим работы ГЦН, обеспечивающий снижение этих потерь. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||