лекции коня кгмту. ЛЕКЦИИ КОНЯ ЭЛЕКТРОНН(ВРУЧНУЮ ИЗ ТЕТРАДКИ) 1-10. Лекция 1 Раздел 1 Циклы и тепловые схемы турбинных установок Классификация судовых турбомашин 1

• Название: Лекция 1 Раздел 1 Циклы и тепловые схемы турбинных установок Классификация судовых турбомашин 1
• Анкор: лекции коня кгмту
• Дата: 13.05.2022
• Размер: 7.76 Mb.
• Имя файла: ЛЕКЦИИ КОНЯ ЭЛЕКТРОНН(ВРУЧНУЮ ИЗ ТЕТРАДКИ) 1-10.docx
• Тип: Лекция; #527679
• страница: 1 из 3

Судовые турбомашины

Лекция – 1
Раздел 1 : Циклы и тепловые схемы турбинных установок
Классификация судовых турбомашин:

№1) По типу рабочего тела (паровые, газовые, и паро-газовые);

№2) По типу цикла реализованного в турбомашину:

1) Моноконторные – это такие турбомашины в которых реализуется один и тот же цикл.

2) Многотипные или комбинированные турбомашины (энергетические установки).

№3) По назначению:

1) Главные турбомашины – которые вырабатывает энергию в соответствии судна (вращают электрогенератор).

2) Вспомогательные турбомашины.

В зависимости от реализации термодинамического процесса турбомашины делятся на:

1) Турбины – это тепловой двигатель предназначенный для преобразования внутренней энергией рабочего тела в механическую энергию вращения ротора.

2) Лопаточные компрессоры – в которых механическая энергия преобразуется во внутреннею энергию рабочего тела с повышением давления и температуры.
Циклы и тепловые схемы судовых паротурбинных установок

В настоящее время в судовой практике используются паротурбинные установки закрытого типа.

Цикл Ренкина :


S – энтропия – это функция состояния, которая определяет работоспособность термодинамической системы.

1-2: Изоэнтропийный (Адиабатный) процесс расширения пара в паровой турбине;

Давление в турбине понижается от P₁ в P₂;

2-3: Изобарический процесс конденсации пара в конденсаторе с отводом теплоты q₂;

3-3’: Процесс повышения давления в конденсатном и питательном насосе;

Давление повышается от P₂ до P₁;

3’-4: Изобарический процесс с подводом теплоты q₁;

4-5: Изобарический процесс кипения и парообразования;

5-1: Изобарический процесс перегрева пара.



1-паровой котел; 2-подвод топлива; 3-подвод воздуха; 4-отвод продуктов сгорания топлива; 5-подвод питательной воды; 6-отвод перегретого пара; 7-паровая турбина; 8-потребитель механической энергии; 9-конденсатор; 10-конденсатный насос; 11-теплый ящик; 12-питательный насос.

Турбина – это высокооборотный двигатель. Связи с этим для согласования режимов работы турбины и потребителей между ними устанавливается понижающая передача (редуктор).

Конденсатор – это кожухо-трубный теплообменный аппарат в котором для конденсации пара в качестве охлаждающей жидкости используется забортная вода.

Цикл Ренкина характеризуется охлаждающим термодинамическими показателями:

1) Количество подводимой теплоты:

q₁=i₁-i_3’=i₁-i₃

2) Отведенная теплота:

q₂=i₂-i₃

3) Работа цикла:

l=q₁-q₂=i₁-i₂

4) Термический КПД:



5) P₁, t₁ – это начальные параметры цикла;

6) P₂ – это конечные параметры цикла или давление в конденсаторе.

Для обеспечения наибольшего КПД цикла давление P₁ и температуры t₁ должны быть сопряженными.

Потребители энергии на судне

(Турбины умеют саморегулирование)

Паротурбинная установка – предназначена для выработки механической, тепловой и электрической энергии.

1) Механическая энергия – вырабатывается главными и вспомогательными турбомашинами, а также электродвигателями которые приводят оборудование обще-судового назначения (это шпили, брашпили, осушител. пожар. насос и тд.)

2) Электрическая энергия – вырабатывается турбогенераторами. С позиции экономии топлива в составе ПТУ используется ходовые и стояночные турбогенераторы. Турбина ходового турбогенератора питается паром от главного котла, а турбина стояночного генератора питается от вспомогательного или стояночного котла.

3) Тепловая энергия – вырабатывается для обогрева помещения, камбуза, прачечной, душевые, помывка танков и тд.

Показатели экономической эффективности ПТУ

Показатели экономической эффективности могут быть абсолютными и удельными.

К абсолютным показателям относятся:

1) Эффективная мощность паротурбиной установки: Ne , кВт;

2) Часовой или секундный расход топлива: В , ;

3) Часовой расход теплоты: Q , ;

Q=B∙ ;

- теплотворная способность топлива. (н-низшая теплота);

Q_п = 3600 Ne (п-полезная теплота)

К относительным показателям относятся:

1) КПД паротурбинной установки;



2) Удельный эффективный расход топлива;



3) Удельный расход топлива на милю пройденного пути;

; V – скорость судна (в узлах)

4) Удельный расход теплоты (или затрат теплоты).



КОНЕЦ ПЕРВОЙ ЛЕКЦИИ.

Судовые турбомашины

Лекция – 2
Тепловая схема паратурбинной установки

Тепловая схема – это графическое изображение агрегатов и аппаратов последовательно включенных по потокам пара, конденсата и питательной воды.

Различают: принципиальные и развернуты тепловые схемы.

Принципиальная тепловая схема должна отражать:

1) Тип термодинамического цикла (регенеративный или нерегенеративный, с промежуточным перегретым паром или без него, и тд.)

2) Способ включения в схеме теплообменных аппаратах реализующую регенерацию.

3) Способ питания главных и вспомогательных двигателей.

4) Способ использования отработавших потоков пара и конденсата.

5) Способ восполнение утечек рабочего тела.

В отличие от принципиальной тепловой схеме, развернутая тепловая схема дополнительно фиксирует количество одноименных механизмов и аппаратов, способ снабжение энергией общесудовых потребителей и резервное оборудование.

Для повышения тепловой экономичности ПТУ используется регенеративный подогрев питательной воды. В зависимости от способа подогрева питательной воды различают: регенеративный ПТУ 1-го , 2-го и 3-го рода.

Регенеративный ПТУ 1-го рода



1-паравой котел; 2- главная паровая турбина; 3- конденсатор; 4-конденсатный насос; 5- подогреватель питательной воды низкого давления; 6- дренажный насос, для отвода конденсата греющего пара от подогревателя низкого давления; 7- деаэратор – подогреватель питательной воды, как правило атмосферного давления (от 1 до 1,5 атмосфер); 8- питательный насос; 9- подогреватель питательной воды; 10,11,12 – отборы греющего пара для подогрева питательной воды от главного турбоагрегата; 13- отвод конденсата греющего пара от подогревателя высокого давления.

В регенеративных ПТУ 1-го рода подогрев питательной воды производится только паром отбираемого от главного турбоагрегатов. Количество подогревателей питательной воды судовых ПТУ до 5 штук, стационарных до 8 штук.

В таких ПТУ экономия топлива составляет от 8 до 10%.

Регенеративные ПТУ 1-го рода используются на транспортных судах у которых 90% ходового времени составляет полный вперед.

ПТУ 2-го рода



1- паровой котел; 2- главная паровая турбина; 3- конденсатор; 4- конденсатный насос; 5- подогреватель питательной воды атмосферного типа (деаэратор); 6- питательный насос; 7- подогреватель питательной воды высокого давления; 8- вспомогательная турбина привода питательного насоса; 9-подвод отработавшего в этой турбине пара к подогревателю питательной воды высокого давления; ПВ- подогреватель питательной воды; 10- отвод конденсата греющего пара от ПВ высокого давления; 12-вспомогательная турбина привода турбогенератора; 11-подвод греющего пара –деаэратору подогревателю.

В регенеративных ПТУ 2-го рода подогрев питательной воды осуществляется паром отработавших во вспомогательных механизмах; Такие схемы используются на судах работающие в широком диапазоне (например – ледокол).

[ Во всех типах регенеративных тепловых схем в подогревателях питательной воды греющий пар полностью конденсируется отдавая теплоту конденсации питательной воде, что повышает эффект от регенеративного подогрева питательной воды.]

ПТУ 3-го рода



Главные уравнения паротурбинных установок

Главные уравнения ПТУ относятся:

1) Уравнение энергетического баланса ПТУ;

2) Уравнение главного парового котла;

3) Уравнение главного турбоагрегата;

4) Уравнение материального баланса.

Главные уравнение ПТУ 2-го рода

1. Q₃=Q_п+Q_пот

Q₃=B

Q_п=3600∙Ne

; [ B = 3600 Ne ]- главное уравнение энергии для ПТУ

Q_з - это затраченная теплота, которая выделяется при сжигание топлива подаваемое в топку;

B – это часовой расход топлива подаваемое в топку;

- теплотворная способность топлива;

Ne – эффективная мощность главной паровой турбине (измеряется на выходном фланце редуктора)

- КПД;

Q_п – полезная теплота;

Q_пол – теплота потерянная.

Уравнение главного котла

2. G=G_пе+G_охл+G_нас

Q_п= Q_пе+Q_охл+Q_нас

B = G_пе(i_пе−i_пв)+G_охл(i_охл−i_пв)+G_нас(i_нас−i_пв)

В общем случае паровой котел производит перегретый пар производительностью Q_пер, охлажденный пар Q_охл, и насыщенный пар Q_нас.

КПД котла (92-94 %)

Уравнение Главные турбины

3. [ Ne=G_гт∙L_о ]



0-2-T: теоретический (изоэнтропийный) процесс расширения пара в турбоагрегате;

0-2: действительный процесс расширения пара в турбоагрегате;

L_o- это располагаемая работа пара;

L_i- внутренняя работа пара;

- это внутренний КПД турбоагрегата;

G_гт – расход пара на главную турбину;

- эффективный КПД турбоагрегата;

- внутренний КПД;

- механический КПД, учитывающий механические потери энергии и в турбоагрегате и в передаче (редукторе).

К_не- это коэффициент учитывающий затраты энергии от неработающих ступеней.

Уравнение материального баланса по паротурбинной установки

4. G=G_пе+G_охл+G_нас

G=G_гт+G_тг+G_икв+G_оу+G_пн+G_цн+G_он+

G_гт – расход пара главной турбины;

G_тг – расход пара турбогенератора;

G_икв – расход пара испарительной котловой воды;

G_оу – расход пара водоопреснительной установки;

коэффициент одновременности;

коэффициент загрузки;

Главные уравнение ПТУ 1-го рода

В ПТУ 1-го рода уравнение энергетического баланса ПТУ, уравнение главного парового котла и уравнение материального баланса будет такими же как и в ПТУ 2-го рода.

Отличие будет иметь место в главном уравнение турбоагрегатов!



Предположим что главная турбина имеет три регенеративные отбора пара. Точка отбора пара на подогрев питательной воды делят проточную часть турбины на четыре (IV) отсека. Каждый отсек отличается расходом пара.

G_I=G_гт

G_II=G_гт−G₀₁

G_III=G_гт−G₀₁−G₀₂

G_IV=G_гт−G₀₁−G₀₂−G₀₃=G_x

КОНЕЦ ВТОРОЙ ЛЕКЦИИ.
Судовые турбомашины

Лекция – 3
G_Х – расход пара конденсата.



P_x – давление в конденсаторе;

P_o – давление острого пара на входе в турбину;

t_o – температура острого пара на входе в турбину;

0-2t – теоретический или изоэнтропийный процесс расширения пара в турбине;

0-2 – действительный процесс расширения пара в турбине;

L_o – располагаемая работа в турбине;

L_i – внутренняя работа в турбине;

L_{нед 1} – недоиспользованная работа паром отбираемым в первом регенеративном отборе;

L_{нед 2} – недоиспользованная работа пара отбираемая во втором отборе;

L_{нед 3} – недоиспользованная работа пара отбираемая в третьем отборе;

Отношение L_i к L_o – называется внутренним коэффициентом полезного действия:

Внутренний КПД учитывает все необратимые потери энергии в корпусе турбины, исключая механические потери энергии на трения в подшипниках.





Введем понятие эквивалентной турбины.

Под эквивалентной турбины – понимают турбину без отборов пара работающую с такими же начальными и конечными параметрами, что и турбина с отбора пара, имеющую такой же КПД и вырабатывающую такую же мощность, что и турбина с отборами пара.

N_э=N_i

L_iэ=L_i (отличие в расходе)

;

- - коэффициент перерасхода пара.




; ;

- - коэффициент количество отбора пара.

,

где - называется коэффициент качества отбора пара.