4.4. Газовые турбины
Газовые турбины часто имеют одну ступень и работают с частотой вращения до 15000 об/мин. Эти турбины, как было отмечено выше, широко применяют для привода нагнетателей в системах наддува дизелей.
Газотурбинные установки (ГТУ) являются перспективным типом СЭУ. Они сочетают положительные качества ПТУ и ДУ, но менее сложные по устройству.
Если не считать увеселительных целей и огнестрельного оружия, то ГТ является наиболее древним тепловым двигателем, ибо еще в 17 в. на Аронецком (Урал) металлургическом заводе была разработана не только конструкция, но и сделана газовая турбина.
В отличие от ПТУ здесь отсутствуют котлы, деаэраторы, конденсаторы и т.д. (все элементы конденсатно-питательной системы). В то же время ГТУ, как ротативный двигатель, обладает более высокими маневренными качествами по сравнению с ДУ (лучшей нагрузочно-скоростной характеристикой), а также гораздо более простой конструкцией. К преимуществам также можно отнести возможность использования практически любых топлив, малый вес и компактность.
К недостаткам относятся трудность осуществления реверса мощных установок, необходимость ограничения температуры в проточной части (ротор работает в режиме темно-малинового свечения, а жаростойкие легированные стали очень дороги), а также необходимость снабжения камеры сгорания (КС) воздухом в большом количестве и высокого давления, на что расходуется значительная часть полезной мощности ГТ.
В ГТУ, в отличие от ПТУ, рабочее тело не претерпевает фазовых превращений в процессе подвода и отвода q. Поэтому вместо питательного насоса, расходующего до 1–2% мощности ПТУ, ГТУ снабжена компрессором, потребляющим до 75% мощности ГТУ из-за упругости (сжимаемости) воздуха.
Несмотря на ряд преимуществ, газотурбинные установки на судах торгового флота в последнее время практически не используются по целому ряду причин.
5. СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
И МЕХАНИЗМЫ
5.1. Назначение и классификация теплообменных аппаратов
Все теплообменные аппараты по способу передачи теплоты делятся на поверхностные и смешения. В поверхностных теплообменных аппаратах передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через твердую стенку. Процесс теплопередачи в смесительных теплообменных аппаратах осуществляется путем непосредственного контакта и смешения жидких и газообразных теплоносителей.
Поверхностные теплообменные аппараты в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные.
В рекуперативных аппаратах теплота от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку из теплопроводного материала. В регенеративных аппаратах теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, которая нагреваясь аккумулирует теплоту "горячего" теплоносителя, а охлаждаясь отдает теплоту "холодному" теплоносителю. Регенеративные теплообменные аппараты часто являются аппаратами периодического действия.
Рекуперативные теплообменные аппараты могут быть классифицированы по следующим признакам:
1. По роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния:
– паро-жидкостные;
– жидкостно-жидкостные;
– газо-жидкостные;
– газо-газовые;
– паро-газовые.
2. По конфигурации поверхности теплообмена:
– трубчатые с прямыми трубками;
– спиральные;
– пластинчатые;
– змеевиковые;
– ребристые или оребренные.
3. По компоновке поверхности теплообмена:
– кожухотрубные аппараты;
– аппараты типа "труба в трубе";
– орсительные аппараты, которые не имеют ограничивающего корпуса.
Теплообменные аппараты поверхностного типа могут быть так же классифицированы:
1. По назначению: подогреватели, охладители, конденсаторы, испарители и т.д.;
2. По взаимному направлению потоков рабочих сред: прямоток, противоток, смешанный ток;
3. По числу ходов теплоносителей и т.д.
На судах преимущественно применяются рекуперативные теплообменные аппараты поверхностного типа.
Теплообменные аппараты различного назначения обеспечивают работу главного и вспомогательных двигателей, судовой котельной установки, судовой холодильной установки и системы кондиционирования воздуха, санитарных и бытовых систем и т.д.
5.2. Основы расчета теплообменных аппаратов
Процесс теплообмена в теплообменном аппарате обычно рассматривают как состоящий из трех одновременно протекающих процессов:
– теплоотдачи от "внешнего" теплоносителя к теплообменной поверхности;
– теплопроводности через стенку, ограниченную теплообменными поверхностями;
– теплоотдачи от теплообменной поверхности к "внутреннему" теплоносителю.
Термины "внешний" и "внутренний" теплоносители являются условными, так как поток теплоты может менять направление в зависимости от температуры теплоносителей.
Теплоотдачей называют теплообмен между твердой стенкой (телом) и обтекающей ее средой.
Теплопередача – это процесс теплообмена между двумя средами, разделенными перегородкой, состоящей из одного либо нескольких слоев. Процесс прохождения потока теплоты через эту перегородку характеризуется теплопроводностью слоев.
Теплопроводность – это процесс распространения теплоты вследствие теплового движения частиц вещества.
Расчет теплообменного аппарата непрерывного действия основан на совместном решении уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи.
Уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата имеет следующий вид
Q=G1 Δi1 =G2 Δi2+Qn, (15)
где Q – количество передаваемой теплоты,
G1, G2 – расходы первичного и вторичного теплоносителей,
Δi1, Δi2 – изменение теплот теплоносителей,
Qn – тепловые потери.
Уравнение (15) так же можно записать в виде:
Q=G1 Δi1 =ηгG2 Δi2, (16)
где ηг – коэффициент полезного действия теплообменника.
Уравнение (16) может принимать различные формы в зависимости от характера процессов в теплообменном аппарате.
При неизменном агрегатном состоянии теплоносителя
Δi = с (t2 – t1), (17)
где t2, t1 – конечная и начальная температура теплоносителей,
с – средняя теплоемкость теплоносителя в интервале температур t1 – t2,
При изменении агрегатного состояния теплоносителя, например, в результате конденсации
Δi = сп (tп –tн) + r + сж(tn –tж), (18)
где сп , сж – средние теплоемкости перегретого пара и конденсата;
tп , tн , tж – температуры перегретого пара, насыщения и конденсата на выходе из конденсатора;
r – скрытая теплота парообразования (количества теплоты изменения агрегатного состояния).
Уравнение теплопередачи в общем виде можно представить следующим образом:
Q= k F Δtср, (19)
где k – коэффициент теплопередачи,
F – расчетная площадь поверхности теплообмена,
Δtср – средний температурный напор в теплообменном аппарате.
|
Скачать 11.94 Mb.