|
|
Системы СЭУ. Конспект лекций для курсантов специальности 26. 05. 06 Эксплуатация судовых энергетических установок очной и заочной форм обучения Керчь, 2021
6.14 Энергетический баланс СЭУ Энергетический баланс СЭУ состоит из трех составных частей, в соответствии с составом СЭУ. В этом случае рассматриваются
- баланс пропульсивной установки, в которой основным источником энергии является главный двигатель, потребителем - корпус судна, движущийся с определенной скоростью
- баланс судовой электростанции, в которой основным источником энергии является генератор, получающий привод от вспомогательного двигателя. Промежуточным потребителем является главный распределительный щит (ГРЩ);
- баланс вспомогательной энергетической установки, которая вырабатывает несколько видов энергии, имеет соответствующее количество источников энергии. Это котлы, дизелькомпрессоры, дизельнасосы и т.п. Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала
1. Назначение и классификация
2. Топливные системы
3. Масляные системы
4. Системы охлаждения
5. Воздушно-газовые системы
6. Конденсатно-питательные и паровые системы
7. Уравнение теплового баланса для судовой энергетической установки.
8. Понятие энергетического баланса.
9. Энергетический баланс СЭУ.
ТН
ВХ
Q
55 Лекция №7 Судовые паротурбинные и газотурбинные энергетические установки. Состав и классификация, тепловые схемы и циклы, КПД и пути их повышения, преимущества и недостатки, сравнительный анализ судовых паротурбинных энергетических установок (2 часа) Цель занятия занятия направлены на формирование компетенций: ПК-5. Способен выполнять безопасные и аварийные процедуры эксплуатации механизмов двигательной установки, включая системы управления (З, З, У, У, ВПК Способен осуществлять подготовку, эксплуатацию, обнаружение неисправностей и меры, необходимые для предотвращения причинения повреждений следующим механизмами системам управления 1. Главный двигатель и связанные с ним вспомогательные механизмы 2. Паровой котел и связанные с ним вспомогательные механизмы и паровые системы 3. Вспомогательные первичные двигатели и связанные сними системы 4. Другие вспомогательные механизмы, включая системы охлаждения, кондиционирования воздуха и вентиляции (З, З, З, З, У, У, В. Методические материалы 1. Коршунов Л. П. Энергетические установки промысловых судов Л. П. Коршунов - Л. Судостроение, 1991. – 360 с. 2. Соловьев, ЕМ. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учебник для средних спец. учебных заведений / ЕМ. Соловьев. - М Агропромиздат, 1986. - 183 с. 3. Судовые энергетические установки учебное пособие для вузов / ГА. Артемов и др. - Л Судостроение, 1987. - 477 с. Набор слайдов с иллюстрациями по теме лекцииУчебное оборудование Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном. Последовательность изложения учебного материала 7.1 Процесс парообразования и изображение его в диаграмме р Молекулы воды находятся в постоянном движении. При нагревании скорость их беспорядочного движения увеличивается, и те из них, которые приобретают наибольшую энергию, в результате нагрева вырываются и образуют над поверхностью воды пар. Процесс перехода воды в пар называется парообразованием, а обратный процесс — конденсацией. При парообразовании в закрытом сосуде протекают одновременно оба процесса. Парообразование с поверхности жидкости называется испарением. Оно происходит при любой температуре. Для протекания процесса испарения необходима поверхность раздела между жидкостью и паром, которая может быть и внутри жидкости при этом в жидкости образуются пузырьки пара и испарение будет происходить внутрь пузырьков. Это явление называется кипением. Температура, при которой вода начинает кипеть и которая остаётся неизменной до того момента, пока вся вода не испариться, называется температурой кипения. Если при парообразовании в закрытом сосуде число молекул, вылетающих из воды, равно числу молекул, возвращающихся вводу из парового пространства, то такой пар называется насыщенным.
56 Влажным насыщенным называется пар, содержащий взвешенные частицы жидкости. Такой пар фактически получается в закрытом сосуде с подвижным поршнем (p=const) при наличии в нем уровня воды. При дальнейшем нагревании закрытого сосуда с водой количество пара в нем будет увеличиваться, а количество воды уменьшаться до тех пор, пока последняя капля воды не превратится в пар. В этот момент пар становится сухим насыщенным. Доля содержания сухого насыщенного пара во влажном называется степенью сухости пара и обозначается буквой х. Таким образом, Если говорят, что степень сухости влажного парах, это значит, что 1 кг пара содержит 0,04 кг воды и 0,96 кг сухого насыщенного пара. Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при постоянном давлении, то он становится перегретым, температура пара при этом повышается, а объем увеличивается теплосодержание перегретого пара становится большим. Перегретый пар используют в энергетических установках (турбинах, машинах, насыщенный — в технологических установках (рыбообрабатывающих). Получение пара в паровых котлах происходит при постоянном давлении и включает следующие стадии нагрев воды до температуры кипения образование пара из кипящей воды образование перегретого пара из сухого насыщенного. Процесс получения пара в паровых котлах можно изобразить на диаграмме р — v рисунок 7.1). Предположим, что в действующий котел подали 1 кг холодной воды под давлением Р при С. Удельный объем ее в очень мал. На диаграмме это состояние представлено точкой 1. Затем температура, а следовательно, и удельный объем поданной массы воды быстро начнут повышаться притом же давлении Р. Одно из состояний процесса нагревания воды показано на диаграмме точкой 2, при нем удельный объем подогретой воды равен
υ п в
В точке 3 вода уже перейдет в кипящее состояние при температуре кипения, соответствующей давлению Р и удельному объему к. Отрезок 1-3 на диаграмме представляет собой процесс подогрева воды от С до температуры кипения. Рисунок 7.1 – Процесс парообразования в диаграмме p-v
57 При дальнейшем подогреве начинается процесс образования пара из кипящей воды при постоянных давлении и температуре кипения этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не испарится вся вода. На диаграмме процесс парообразования показан отрезком 3—5, причем заточкой кипящая вода постепенно начинает переходить в насыщенный пари в точке 5 полностью превращается в сухой насыщенный пар. Поэтому промежуточные точки например, точка 4) отрезка 3—5 изображают влажный пар с различными значениями сухости. В точке 3 (состояние кипящей воды) сухость парах, в точке 5 (состояние сухого насыщенного парах, те. сухость пара составляет 100%. Удельный объем сухого насыщенного пара соответствует отрезку Uн.п. Если продолжать процесс нагревания сухого насыщенного пара (в пароперегревателе), то получаемая при этом характеристика пара графически изобразится горизонтальной прямой, являющейся продолжением линии 1—5. В точке 6 удельный объем теперь уже перегретого пара будет Vп.п. С удалением точки 6 от точки 5 как температура нагрева, таки удельный объем пара будут повышаться. Если теперь рассмотреть работу котла при большем давлении (рг), равном примерно 10 МПа (100 кгс/см ), то весь процесс образования насыщенного пара из воды при температуре 0 Си перегретого пара из сухого насыщенного изобразится линией 1 / -6 / . В точке 1 / удельный объем воды при С такой же, как при Pt, так как удельный объем воды почти не зависит от давления, он изменяется только с изменением температуры жидкости. Однако при давлениях свыше 10 МПа удельный объем воды начинает заметно уменьшаться это уменьшение для наглядности показано на диаграмме линией С. Процесс парообразования, осуществляемый при еще больших давлениях P 3 , будет характеризоваться точками 1", 3", 4", 5". Если через одноименные точки провести плавные линии, то получим пограничные кривые АС — которой соответствует вода при СЕК вода при температуре кипения, КМ — сухой насыщенный пар. Линии, ЕК и КМ делят диаграмму на области область воды, лежащую левее линии ЕК, область влажного пара, расположенную между линиями ЕК и КМ и область перегретого пара, находящуюся правее линии КМ. Линия К есть кривая постоянной сухости. Это значит, что при различных давлениях сухость пара в указанных точках будет одинаковой. Д. И. Менделеев в 1860 г. пришел к выводу, что существует такая температура жидкости, при которой ее поверхностное натяжение как результат действия сил сцепления между молекулами будет равно нулю. Выше этой, температуры жидкость и пар обладают одинаковыми свойствами различие между ними исчезает. Для воды такой температурой является 374,15 С. Она называется критической. Нагреть воду до такой температуры можно лишь при давлении не ниже 22,1 МПа. Такое давление называется критическим. При критических давлении и температуре (точка К на диаграмме) между кипящей водой и сухим насыщенным паром не будет никакого различия. Так как вода и пар будут иметь одинаковую плотность, исчезнет граница, разделяющая эти две фазы вещества. Схема паросиловой установки Упрощенная принципиальная схема паросиловой установки изображена на рисунке 7.2. В паровом котле 8 вода нагревается до температуры кипения, а затем начинается парообразование. Из парового котла влажный насыщенный пар направляется в пароперегреватель 9, где вначале подсушивается до степени сухости ха затем перегревается. Полученный перегретый пар по соединительному паропроводу 1 поступает в паровой двигатель (паровую машину или турбину) 2, где происходит его расширение и превращение теплоты в механическую работу, идущую на гребной винт. Отработавший в машине или турбине пар поступает в специальное устройство конденсатор 3, где конденсируется (сжижается) путем отнятия от него тепла при соприкосновении с
58 охлаждающей водой, подаваемой циркуляционным насосом 5. В результате конденсации пара получается конденсат (вода, который специальным конденсатным насосом 4 подается в питательный бака оттуда питательным насосом 7 - в котел. Цикл Ренкина. Этот цикл является основным для паросиловых установок. На рисунке 7.3 он изображен в диаграмме р. Основными процессами цикла являются следующие
4—5 нагрев воды в паровом котле 5—1 — парообразование и перегрев пара при давлении Р адиабатное расширение пара в паровом двигателе до давления в холодильнике (конденсаторе) Р и объемах конденсация пара 3—4 — нагнетание конденсата в котел насосом, объем цилиндра которого
υ 'Рисунок 7.2 - Схема паросиловой Рисунок 7.3 - Цикл Ренкина в диаграмме p-v установки Термический КПД цикла Ренкина оценивает экономичность паросиловой установки он показывает, какое количество теплоты в паросиловой установке может быть превращено в механическую работу, и составляет примерно 0,4. Это значит, что только 40% теплоты может быть превращено в механическую работу. В действительности при работе паросиловой установки возникает ряд дополнительных тепловых потерь, в результате чего его КПД ещё меньше, чем КПД цикла Ренкина (0,15—0,30).
7.2 Истечение и дросселирование газов и паров Общие сведения об истечении и дросселировании Истечение — это процесс непрерывного движения газа или пара по каналу изменяющегося сечения. При истечении газа или пара меняются основные параметры его состояния. Для осуществления процесса истечения в теплотехнике применяют короткие участки трубопроводов—специальные насадки, называющиеся соплами или диффузорами. Соплом называется канал с таким профилем, при движении по которому пара или газа увеличивается скорость потока и уменьшается давление. В сопле потенциальная энергия превращается в кинетическую. Диффузором называется канал с таким профилем, при движении по которому газа или пара давление увеличивается, а скорость потока уменьшается, те. кинетическая энергия уменьшается. Диффузоры широко применяются в струйных насосах, а сопла — в паровых и газовых турбинах. Сопла бывают суживающимися и расширяющимися. Суживающееся сопло — это насадка, поперечное сечение которой постепенно уменьшается от входа к выходу (рисунок
7.4, а. Если к выходному концу суживающегося сопла прибавить плавно расширяющуюся часть, получится расширяющееся сопло (рисунок 7.4, б.
59 Процесс истечения в суживающемся сопле Пусть через сопло (см. рисунок 7.4, а, во входном сечении которого I—I поддерживаются постоянные параметры газа РТ, протекает газ в пространство, где также все время поддерживаются постоянными давление Р, температура Т и удельный объем υ 2 , причем давление на входе P 1 больше давления на выходе Р 2 Так как струя газа, протекающего через сопло, неразрывна, тов единицу времени через любое сечение сопла проходит одинаковое количество газа. Следовательно, при проходе газа через малое сечение скорость его увеличивается, а при проходе через большое сечение уменьшается. Давление же будет изменяться обратно изменению скорости, те. чем больше скорость, тем меньше давление, и наоборот. Рисунок 7.4 - Схемы насадок а - сопло Лаваля; б - диффузор Таким образом, по мере протекания газа через суживающееся сопло его давление быстро падает, а скорость увеличивается, те. газ расширяется и удельный объем его растет. В узком выходном сечении давление достигает наименьшего значения и называется критическим кр, скорость же становится наибольшей и тоже называется критической (кр. Измерения показали, что для большинства газов и паров критическое давление составляет примеряю половину давления на входе в сопло Ркр0,5Р 1 , те. на создание скорости в суживающемся сопле расходуется лишь часть энергии, соответствующая половине располагаемого давления, а вторая часть затрачивается на создание завихренного потока после сопла. Таким образом, вторая часть энергии расходуется бесполезно ее нельзя, например, направить на лопатки турбины для совершения работы. Процесс истечения в расширяющемся сопле. Шведский инженер Лаваль предложил сопло, в котором можно получить давление ниже критического. Такое сопло, называется расширяющимся или комбинированным. Узкое сечение II—II называется горлом сопла. При переходе через горло газ или пар имеет критические давление и скорость. В сопле Лаваля можно получить скорость истечения в 2,5—3 раза больше критической. Это объясняется тем, что вследствие перепада давления Р 2 расширяться; при этом его удельный объем будет увеличиваться быстрее, чем проходное сечение сопла. Для непрерывности движения газового потока по соплу скорость его движения должна быть больше критической. Чтобы струя газа или пара при проходе через расширяющуюся часть сопла не отставала от стенок и не возникали вихревые движения, угол конусности в этом месте должен быть небольшим. Истечение через диффузоры До сих пор мы рассматривали истечение через сопла, в которых происходит понижение давления газа и повышение его скорости. Однако процесс может протекать ив обратном направлении. В этом случае скорость газа уменьшается, а давление его повышается, те. сопло превращается в диффузор. 60 Допустим, что происходит процесс истечения газа через сопло Лаваля (рисунок 7.4, а. В сечении 3—3 устанавливаются критические скорость и давление, а в выходном сечении 2—2 — скорость, превышающая критическую, и давление, равное давлению окружающей среды. Если процесс движения газа по соплу и истечения из него считать обратным, то при протекании в обратном направлении (рисунок 7.4, б) сечения 1—1 до сечения 2—2 давление газа понизится, а скорость повысится. Такие диффузоры для газа и воздуха широко применяются в центробежных компрессорах. Дросселирование паров и газов Если в трубопроводе на пути прохождения пара или газа давлением P 1 имеется сужение (рисунок 7.5), то давление Р по другую сторону сужения становится меньше. Происходящее таким путем понижение давления пара или газа называется дросселированием, или мятием. Рисунок 7.5 - Схема процесса дросселирования пара Вентили, употребляемые для регулирования мощности паровых машин и турбина также дроссельные заслонки для двигателей внутреннего сгорания вызывают дросселирование. Падение давления пара при дросселировании объясняется тем, что часть пара потенциальной энергии пара затрачивается на увеличение скорости его прохода через сужение. После сужения скорость движения потока уменьшается и становится равной скорости потока до сужения. Однако часть кинетической энергии потока, приобретенной им при истечении через сужение, затрачивается на образование вихрей. Освобождающаяся при этом теплота потока нагревает его. Таким образом, при дросселировании уменьшается только давление и незначительно понижается температура, скорость же остается без изменения. Дросселирование рабочего пара в паровых двигателях — явление нежелательное, так как при этом снижается экономичность паросиловых установок. На судах иногда возникает необходимость в получении путем дросселирования небольших количеств пара низкого давления из котлов высокого давления (например, для парового отопления, подогрева топлива. Для этой целина ответвление паровой магистрали для прохода пара устанавливают специальные клапаны с малым сечением, называемые дроссельными или редукционными. Регулируя натяжение пружины клапана, можно получить необходимое давление за клапаном. Кроме того, дросселирование находит применение в рабочих процессах, холодильных установок. 7.3 Судовые паротурбинные установки Устройство и принцип действия турбины На рисунке 7.6, а приведена схема устройства паровой турбины. Диск 4 с рабочими лопатками 2 установлен навалу. Пар
61 подводится через сопло 1. Струя пара, выходя из сопла, давит на внутреннюю поверхность лопаток и передает диску свою энергию, в результате чего диск получает вращение. Процессы в соплах и на лопатках турбин. В зависимости от принципа работы лопаток турбины разделяются на активные и реактивные. На рисунке 7.6, б показана схема работы пара в активной турбине. Такая турбина имеет суживающееся сопло 1 и симметрично установленные лопатки 2. Канал между лопатками имеет постоянное сечение. При проходе через неподвижное суживающееся сопло скорость пара увеличивается, а давление уменьшается, те. потенциальная энергия превращается в кинетическую. Таким образом, в межлопаточное пространство турбины пар будет поступать с малым давлением и большой скоростью. В межлопаточном пространстве пар будет двигаться по дуге окружности радиусом R. Следовательно, на каждую частицу пара 3 будет действовать центробежная сила Рц, тем большая, чем больше скорость пара. Эта сила Р давит на лопатку и смещает ее. При этом напротив сопла оказывается следующая лопатка. Такое действие струи пара на лопатку называется активным. В этом случаев неподвижных соплах потенциальная тепловая энергия преобразуется в кинетическую, а на подвижных лопатках кинетическая энергия преобразуется в механическую работу (обратный процесс здесь не происходит. Схема работы пара в реактивной турбине доказана на рисунке 7.6, в. Лопатки 2 такой турбины установлены несимметрично, канал между ними имеет суживающееся сечение сопло 1 - также суживающееся. Рисунок 7.6 - Паровая турбина а - принципиальная схема б - схема действия пара на лопатках активной турбины в - схема действия пара на лопатках реактивной турбины При проходе пара через сопло, как ив активной турбине, потенциальная энергия пара превращается в кинетическую давление падает, скорость возрастает. Двигаясь по дуге окружности радиусом R, частица пара 3 также будет подвергаться воздействию центробежной силы Ри, направленной по радиусу от центра. Но так как межлопаточное сечение суживается, пар сходит с лопаток с увеличивающейся скоростью в результате появляется реактивная сила
62 Рр. Центробежная и реактивная силы складываются по правилу параллелограмма, получается суммарная сила Р, которая давит на лопатки. Таким образом, в такой турбине потенциальная энергия превращается в кинетическую не только в неподвижных соплах, но и на подвижных лопатках, те. турбина, работает по активно - реактивному принципу. Отношение количества теплоты, преобразованной в кинетическую энергию на рабочих лопатках, ко всей использованной теплоте называется степенью реактивности. Турбины, у которых степень реактивности не меньше 0, 5, принято называть реактивными. Классификация паровых турбин Судовые паровые турбины различаются последующим признакам - по назначению - главные, предназначенные для обеспечения движения судна, и вспомогательные - для привода вспомогательных механизмов машинно-котельного отделения насосов, генераторов и т. д - по числу ступеней - одноступенчатые и многоступенчатые. Ступенью турбины называется совокупность венца сопел или направляющих лопаток и венца рабочих лопаток. Одноступенчатые турбины имеют небольшую мощность и применяются только как вспомогательные. Современные главные турбины всегда многоступенчатые, причем число ступеней исчисляется несколькими десятками - по способу действия пара — активные, реактивные и активно-реактивные. У активно-реактивных турбин часть ступеней работает по активному принципу, а часть — по реактивному. Если при проходе через несколько ступеней скорость пара понижается, такая турбина называется турбиной со ступенями скорости если понижается давление, то турбина будет иметь ступени давления. 1. По направлению вращения вала - турбины переднего хода (ТПХ) и турбины заднего хода (ТЗХ). 2. Подавлению рабочего пара - турбины высокого давления (ТВД), среднего давления (ТСД) и низкого давления (ТНД). Обычно отдельные ТВД, ТСД и ТНД составляют один турбинный агрегат, где пар последовательно расширяется. 3. Подавлению выпуска отработавшего пара - турбины конденсационные и с противодавлением. У конденсационных турбин весь отработавший пар отводится в конденсатор, где конденсируется ив виде питательной воды подается в котел. В конденсационной турбине можно достичь наибольшей экономичности, так как в конденсаторе поддерживается глубокий вакуум, позволяющий добиться дополнительного расширения пара и преобразовать выделяющуюся при этом теплоту в механическую работу. Все главные судовые турбины и турбины электрогенераторов являются конденсационными. Турбины вспомогательных механизмов, как правило, выполняются с противодавлением, те. давление отработавшего пара у них выше атмосферного - 0, 1- 0, 3 МПа (1-3 кгс/см). Это объясняется тем, что при малой степени расширения турбины получаются небольших размеров, компактными, простыми по устройству и обслуживанию. Малая же экономичность существенной роли не играет, так как мощность таких турбина значит, и расход пара в них невелики. Кроме того, отработавший пар от вспомогательных механизмов отводится на подогрев питательной воды котлов, что несколько повышает экономичность всей паротурбинной установки. Основные части и узлы турбины Основными деталями паровой турбины прежде всего являются направляющие аппараты и рабочие лопатки. Направляющие аппараты активных турбин называются соплами. В реактивных турбинах сопел нет, их роль выполняют направляющие лопатки, в которых происходит 63 частичное расширение пара. Совокупность направляющих и рабочих лопаток представляет собой проточную часть турбины. В активных турбинах рабочие лопатки крепят к одному или нескольким дискам, составляющим с валом одно целое, или насаживают их навал. В реактивных турбинах рабочие лопатки обычно устанавливают и укрепляют на окружности гладкого или ступенчатого барабана. Совокупность вращающихся частей турбины образует ротор. Характерным конструктивным признаком реактивной турбины является наличие барабанного ротора, активной турбины — дискового ротора. Сочетание барабана и дисков характерно для смешанной активно-реактивной турбины. Корпус и все неподвижные части турбины, находящиеся в корпусе, образуют статор. Корпус турбины предназначен для размещения ротора, разобщения проточной части турбины с атмосферой, обеспечения прохождения пара в турбине по заданному пути и для укрепления неподвижных деталей турбины. В корпусах активных турбин закреплены сопла первых ступеней, сопловые сегменты и установлены диафрагмы, отделяющие ступени давления одну от другой. В диафрагмах устроены сопла промежуточных ступеней. В местах выхода вала из корпуса турбины для уменьшения потерь пара я для предотвращения попадания воздуха внутрь турбины устанавливают наружные уплотнения. Каждую турбину снабжают двумя опорными и одним упорным подшипниками. Опорные подшипники воспринимают вес ротора, а также радиальные силы, действующие со стороны ротора. Упорные подшипники служат для восприятия осевых усилий. Основные детали паровых турбин показаны на рисунке 7.7. Для преобразования потенциальной энергии пара в кинетическую и направления парового потока на рабочие лопатки служат сопла. У вспомогательных турбин иногда устанавливают отдельно изготовленные сопла, но обычно они объединяются в так называемые сопловые сегменты. Литой сопловой сегмент первой ступени турбины изображен на рисунке 7.7, а. Сопла могут располагаться по всей окружности и на части ее. В первом случае пар поступает сразу на все рабочие лопатки, кой впуск пара называется полным, во втором случае — только на часть рабочих лопаток (такой впуск пара называется парциальным. Устройство рабочих лопаток активной турбины и их крепление на диске показаны на рисунке 7.7, б. Стальная лопатка 3 закреплена хвостом 5 в ободе диска 6. Между лопатками помещены вставки 4. Лопатки снабжены выступами 1, на которые надевают стальную ленту - бандаж 7, скрепляющую верхние концы 2 лопаток. После того как бандаж надет, выступы 1 расклепывают. В активных турбинах каждый Диск с лопатками вращается в отдельной камере, камеры разделены между собой посредством диафрагм, в которых, установлены промежуточные сопла. Простейшая диафрагма с парциальным впуском пара изображена на рисунок 7.7, в. Она представляет собой плоский диск 1, с ободом, которым диафрагма крепится в корпусе турбины. На части окружности обода сделаны промежуточные сопла 2. Чтобы вал турбины мог проходить сквозь диафрагму, в ней сделано отверстие 3. Для уменьшения протечек пара между валом и диафрагмой в последней имеется уплотнение 4. Уплотнения в турбинах применяют в основном двух типов - угольные (у вспомогательных турбин) и лабиринтные (у главных. Основная идея устройства уплотнений заключается в том, что пар пропускается через ряд малых зазоров, за каждым из которых следует относительно большая камера. Схема лабиринтного уплотнения показана на рисунке 7.7, г. Навалу ротора имеются кольцевые выступы 4. В корпусе 1 турбины установлены
64 гребни уплотнения 2. Между гребнями и выступами, а также между гребнями и впадинами имеются малые зазоры. При проходе через зазоры пар подвергается мятию (дросселируется), в результате чего давление его падает. Попав в камеру за зазором, пар теряет скорость, так как энергия затрачивается на вихревые движения. В результате ряда таких расширений пара в зазорах и завихрений в камерах (на рисунке показаны стрелками, давление пара падает до наружного давления, удельный объем значительно увеличивается, а скорость все время то повышается, то снижается почти до нуля. Благодаря этому утечка пара через уплотнение очень незначительна. Для более интенсивного гашения скорости зазоры располагают так, чтобы пар, переходя от одного зазора к другому, менял направление движения. Рисунок 7.7 - Детали и узлы паровых турбина- сопло б - лопатки и способы их крепления в - диафрагма г - лабиринтное уплотнение (схема работы) С расположением основных деталей можно ознакомиться на примере активно- реактивной турбины, упрощенная конструктивная схема которой приведена на рисунке 7.8. Ротор турбины состоит из барабана б, на котором установлено десять рядов реактивных лопаток 7, и диска 5 с двумя рядами активных лопаток 12. Статор турбины в данном случае состоит из корпуса 13, сопловой коробки с соплами 5, диафрагмы 4, направляющих лопаток
11 и концевых уплотнительных коробок 8. Ротор в корпусе установлен на опорных подшипниках 9. Двухвенечный диск 5 с диафрагмой 4 образует двухступенчатую активную часть турбины, а десять рядов рабочих лопаток с направляющими лопатками — десятиступенчатую реактивную часть турбины. Свежий пар по патрубку 1 подводится в сопловую камеру 2. Отработавший пар выходит через патрубок 10.
65 Рисунок 7.8 - Схема судовой паровой турбины
Турбозубчатые агрегаты морских судов Паровая турбина по принципу работы нереверсивна, поэтому на одном валу с главными турбинами переднего хода устанавливают турбины заднего хода. Они обычно рассчитаны на мощность, составляющую 40—50 % мощности переднего хода, размещаются водном корпусе с турбинами переднего хода и имеют небольшое число ступеней (две—четыре), так как к ним не предъявляются требования высокой экономичности. В связи стем, что частота вращения гребных винтов на морских судах составляет
75—200 об/мин, а частота вращения судовых турбин 3000— 9000 об/мин, между турбиной и гребным валом устанавливают зубчатую передачу (редуктор. Чаще всего используют двухступенчатые редукторы с передаточным числом до 160. Зубчатые колеса редукторов имеют шевронные зубья, что обеспечивает большую плавность зацепления, бесшумность, прочность и уравновешивание осевых усилий. Такие редукторы отличаются высоким КПД, иногда превышающими большой надежностью. Главная турбина и зубчатый редуктор вместе составляют агрегат, называемый главным турбозубчатым (сокращенно ГТЗА). Схема турбозубчатого агрегата с двухступенчатым редуктором показана на рисунке
7.9. Рисунок 7.9 - Схема главного турбозубчатого агрегата Агрегат состоит из двух турбин переднего хода (высокого 3 и низкого 5 давления - (ТВД
ПХ и ТНД ПХ) и турбины 4 заднего хода (ТЗХ), расположенной в корпусе турбины низкого
66 давления переднего хода. При работе на передний ход свежий пар последовательно расширяется в турбинах (показано сплошными стрелками, при работе на задний ход пар поступает в ТЗХ 4 (пунктирная стрелка. Отработавший пар из ТНД ПХ и из ТЗХ выходит в конденсатор. Турбины передают мощность гребному винту 1 через двухступенчатый редуктор Сравнительная характеристика паровых турбин Паровые турбины имеют ряд преимуществ, благодаря которым энергетические установки с ГТЗА получают распространение и являются перспективными для крупнотоннажных судов. К этим преимуществам относятся следующие - большая экономичность КПД современных судовых паротурбинных установок составляет 27-33 % (для сравнения КПД установок с паровыми машинами 10-12%); большой срок службы, высокая степень надежности и удобство обслуживания меньшие вибрации, передаваемые корпусу судна, ввиду отсутствия кривошипно- шатунного механизма - высокая частота и легкая заглушаемость шума, возникающего вовремя работы турбины - возможность развивать большую мощность водном агрегате (мощность современных судовых турбин достигает 60000 кВт компактность и малая масса - способность выдерживать большие перегрузки в течение длительного времени, что имеет особое значение при плавании в узкостях, вблизи берегов время шторма и т. д. Недостатком паровых турбин как судовых двигателей является то, что они нереверсивны, и для вращения вала в обратную сторону необходима специальная турбина заднего хода. Кроме того, из-за наличия значительного момента инерции вращающихся частей ГТЗА реверс занимает относительно много времени (до 80 с. Сравнительно медленный реверс существенно снижает маневренные качества турбинных судов с зубчатой передачей. К тому же турбина вообще не допускает быстрого изменения режима работы, так как оно связано с изменением температуры деталей проточной части. При быстром изменении режима неизбежно возникновение опасных тепловых напряжений. Недопустима также длительная работа задним ходом (не более 30 мин) из-за нагрева лопаток ступеней переднего хода под воздействием теплоты, в которую переходит работа вихревого движения пара, заполняющего турбины. Правда, эти недостатки не имеют в настоящее время существенного значения, поскольку на современных судах устанавливают винты регулируемого шага (ВРШ), поворотом лопастей которых можно изменить как режим, таки направление движения судна. Длительность подготовки ГТЗА к пуску сего опробованием, зависящая от размеров турбин и инструкцией завода-изготовителя: она может составлять от 30 мин до 2 ч. Повышение частоты вращения турбин с момента их пуска до 50 % от номинальной происходит относительно быстро, дальнейшее же ее повышение до полной должно происходить в течение 8 -12 мин. На современных паротурбинных судах обычно предусматривают дистанционное управление ГТЗА. Основные устройства для управления ГТЗА, котельной установкой и вспомогательными механизмами сосредоточены в центральном посту управления (ЦПУ), который размещён в машинном отделении. На мостике судна расположен пост управления ГТЗА через ЦПУ. |
|
|
Скачать 6.64 Mb.