Файл: Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 204
Скачиваний: 0
выми турбинами находятся в стадии освоения. Установки, работающие на ядерном горючем, используют в основном на кораблях. Примене ние таких установок на судах транспортного флота ограничивается в настоящее время несколькими опытными судами.
Некоторые статистические данные об установках различных типов
Обобщенные данные об энергетических установках морских судов мирового торгового флота приводятся в ежегодных отчетах классификационных обществ, в частности в отчетах Регистра Ллойда, а данные о морских судах СССР — в отчетах Морского Ре гистра СССР. По данным Регистра Ллойда, на июль 1971 г. было за регистрировано всего 55 041 судно валовой вместимостью 247 202 634 per. т.
Распределение судов мирового морского флота по типам энерге тических установок представлено в табл. 1.
|
Т а б л и ц а |
1 |
|
|
|
|
|
||
|
Количество и валовая вместимость судов |
мирового торго |
|||||||
|
вого |
флота |
(на |
июль |
1971 |
г.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Количе |
Валовая |
|
Суда |
Тип энергетической |
установки |
вместимость |
||||||
ство |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
per. т |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Турбинная |
|
|
|
|
3173 |
75 259 006 |
||
Пароходы |
Турбоэлектрическая |
|
|
267 |
3 308 883 |
||||
С |
поршневой |
машиной |
|
3590 |
7 811 989 |
||||
|
С |
поршневой |
машиной и |
тур |
320 |
1 138 252 |
|||
|
биной отработавшего |
пара |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Всего |
|
7350 |
87 518 130 |
|
Теплоходы |
Дизельная |
|
|
|
|
46 888 |
157 873 347 |
||
Дизель-электрическая |
|
803 |
1 811 157 |
||||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
Всего |
|
47 691 |
159 684 504 |
Средний тоннаж судов с турбинными установками составляет около 24 000 per. т, судов с ДВС — около 3400 per. т. Суда с порш невыми машинами — это, как правило, суда старой постройки с уста новками малой мощности, находящиеся еще в эксплуатации. По суммарной вместимости первое место занимают танкеры (96 141 475 per. т), второе место — суда для перевозки генеральных грузов (71 930 612 per. т). Обращает на себя внимание большое коли чество рыбопромысловых судов (14 468).
Подавляющее большинство судов |
послевоенной |
постройки |
|
с ПТУ — крупнотоннажные |
танкеры. |
Это объясняется |
тем, что |
большая потребность в паре |
на обогрев |
груза при выгрузке и про- |
9
мывке танков легче удовлетворяется на судах с |
ПТУ. На танкерах |
||||
с Д У для этой |
цели требуется дополнительное |
оборудование. |
|||
По |
данным |
Морского Регистра |
СССР, |
на 1 января 1972 г. на |
|
учете |
состояло |
около 6805 судов |
общей |
валовой вместимостью |
16 036 048 per. т. Распределение валовой вместимости по типам судов приведено ниже.
_ |
Валовая вместимость, |
Типы судов |
0 / о о т о б щ е й |
Пассажирские и грузопассажирские |
3,0 |
Сухогрузные |
49,5 |
Нефтеналивные |
18,5 |
Промысловые |
23,4 |
Технические и пр |
5,6 |
Среди судов морского флота СССР теплоходы составляют 90% (6117 судов) с общей валовой вместимостью 84%.
Советский морской флот непрерывно пополняется новыми судами как отечественной, так и зарубежной постройки. В настоящее время
СССР занимает шестое место в мире по тоннажу после Либерии, Японии, Англии, Норвегии и США. К 1975 г. тоннаж морского флота СССР составит 18—19 млн. per. т.
В связи с ростом дальних морских перевозок растет и тоннаж от дельных судов, особенно наливных. В настоящее время имеется не
мало танкеров с дедвейтом 100—450 тыс. т, |
строятся |
танкеры еще |
большего тоннажа, предложены проекты |
танкеров |
дедвейтом до |
1,0 млн. т. |
|
|
Рост тоннажа морских транспортных судов и повышение их скорости приводит к резкому увеличению мощности СЭУ. Ожи дается, что мощность главных двигателей перспективных судов для
перевозки навалочных |
грузов будет достигать 30 тыс. кВт, для пере |
возки нефтепродуктов |
40 тыс. кВт, а для перевозки контейнеров |
60 тыс. кВт и более. |
|
В настоящее время агрегатные мощности порядка 30—35 тыс. кВт |
|
могут быть получены в ДУ и ПТУ. Большие агрегатные |
мощности |
могут быть обеспечены ПТУ или в перспективе ГТУ. Если ограни |
|
чить мощность, передаваемую на один винт, величиной35—40тыс.кВт, |
|
то для контейнеровозов понадобятся двух- и трехвальные |
установки. |
В ДУ большой мощности преобладают малооборотные |
двухтакт |
ные дизели, непосредственно соединенные с судовым валопроводом. Такие двигатели с агрегатной мощностью до 35 тыс. кВт поставляют зарубежные дизелестроительные фирмы Бурмейстер и Вайн, Зульцер, МАН и их лецензиаты. Крупные дизели выпускают также фирмы: Фиат, Сторк, Веркспур, Гетаверкен.
В СССР мощные малооборотные дизели строит по лицензии фирмы Бурмейстер и Вайн Брянский машиностроительный завод.
Широкое использование малооборотных дизелей объясняется их высокой надежностью, большим моторесурсом (80—100 тыс. ч), высокой тепловой экономичностью, способностью работать на тяже лых (дешевых) сортах топлива и простотой обслуживания. В послед ние годы наряду с использованием малооборотных дизелей все
10
большее применение получают среднеоборотные дизели с непрямой передачей мощности валопроводу (с помощью зубчатого редуктора). Установки с такими дизелями, работающими на тяжелых сортах топлива, обладают важными по сравнению с Д У с малооборотными дизелями свойствами: меньшей массой и габаритом, меньшей стои мостью и возможностью обеспечения оптимальной частоты вращения гребного винта. Среднеоборотные двигатели строят зарубежные фирмы Пильстик, МАН, Мирлес, Бурмейстер и Вайн и отечественные дизелестроительные заводы.
Основные параметры среднеоборотных дизелей: цилиндровая
мощность 350—750 кВт, частота |
вращения |
400—500 об/мин, |
удель |
||
ная масса 11—19 кг/кВт, число |
цилиндров |
6—8 в рядном |
и 8—18 |
||
в V-образном исполнении. |
|
|
|
|
|
В |
перспективе предполагается иметь: |
агрегатную |
мощность |
||
до 15—20 тыс. кВт при числе цилиндров до 16—18 и удельную |
массу |
||||
около |
10—12 кг/кВт. |
|
|
|
|
В ПТУ транспортных судов |
применяют |
преимущественно |
двух- |
корпусные турбоагрегаты с двухступенчатой зубчатой передачей. На большинстве транспортных сухогрузных судов с ПТУ —
два парогенератора. Применение большего числа парогенераторов может быть оправдано только в установках большой мощности. Тен денция к уменьшению числа главных парогенераторов вызвана стрем лением уменьшить стоимость и размеры занимаемых ими помещений, упростить обслуживание и ремонт, уменьшить штат обслуживающего персонала. На некоторых танкерах с ПТУ новой постройки устанав ливают один главный парогенератор и один вспомогательный с пони женными параметрами пара («1,5» парогенератора). Имеются также установки с одним парогенератором для всех нужд.
В большинстве ПТУ используют пар умеренных параметров (дав ление 4,0—6,0 МН/м2 ; температура 430—460° С), допускающих использование дешевых углеродистых или низколегированных сталей.
При |
более высоких параметрах |
требуются |
хромомолибденовые |
|||
стали |
перлитоферритного класса |
(р = |
5,5-4-6,0 МН/м2 , |
t = |
||
= 470^-480° С) и аустенитного класса (р > |
6,0 МН/м2 , t |
500°С). |
||||
Тепловые схемы ПТУ предусматривают |
регенеративный |
подогрев |
||||
питательной воды и максимальную утилизацию тепла |
в |
уста |
||||
новке. |
|
|
|
|
|
|
Экономичность ПТУ может быть |
повышена |
улучшением |
аэроди |
намики турбин, уменьшением потерь с отработавшими газами в паро генераторах, повышением начальных параметров и введением проме жуточного перегрева пара, совершенствованием тепловых схем.
За границей наиболее распространены турбоагрегаты фирм Лаваль, АЭГ, Дженерал Электрик, Вестингауз и ассоциации Паметрада, парогенераторы — фирм Бабкок—Вилькокс, Фостер—Уи- лер, Ламонт и др.
В настоящее время судовые ПТУ тщательно отработаны, надежны, имеют большой моторесурс, снабжаются автоматизированными си стемами контроля и управления работой, но несколько уступают по тепловой экономичности дизельным установкам.
11
В СССР и во многих развитых капиталистических странах ве
дутся исследования и опытная эксплуатация судов с |
ГТУ. |
||
Применительно к судам |
транспортного флота ГТУ |
развивались |
|
в двух направлениях: ГТУ |
со свободнопоршневыми |
|
генераторами |
газа (СПГГ) и турбокомпрессорные. Следует отметить, что судовые ГТУ с СПГГ оказались слишком громоздкими даже для мощностей порядка 5000 кВт. Поэтому этот тип установок не может считаться перспективным для современных морских транспортных судов.
Значительный интерес представляют турбокомпрессорные ГТУ, в принципе способные развивать любые необходимые мощности при относительно небольших массах и габаритах. Препятствиями к их широкому использованию является сравнительно низкая экономич ность при температуре газов перед турбиной 670—700° С и невоз можность значительного повышения параметров рабочего тела до решения проблемы защиты от высокотемпературной коррозии деталей турбин при использовании дешевых топлив. Указанные препятствия имеют временный характер. В СССР и за рубежом проводятся работы по созданию судовых ГТУ для транспортных судов с начальной температурой газов 850—900° С, что повысит их экономичность.
р а з д е л I П А Р О Т У Р Б И Н Н Ы Е У С Т А Н О В К И
Глава I
ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ПТУ
§1
Состав и классификация судовых ПТУ
Состав ПТУ. Простейшая ПТУ должна включать по крайней мере четыре основных элемента (рис. 1): парогенератор 4, паровую турбину 3, конденсатор 6 и питательный насос 5.
В парогенераторе за счет какого-либо источника тепла вода пре вращается в водяной пар заданных давления и температуры. В тур бине часть потенциальной энергии пара преобразуется в механиче скую работу, поглощаемую потребителем, в данном случае гребным винтом /, а отработавший пар направляется из турбины в конденса тор. В конденсаторе в результате отвода тепла охлаждающей за
бортной водой происходит конден- |
2 |
? |
||
сация отработавшего пара. Пита |
|
|
||
тельный насос принимает |
конден |
|
|
|
сат отработавшего пара и под |
|
|
||
необходимым |
давлением |
подает |
|
|
снова в парогенератор. |
|
|
|
|
Таким образом, в ПТУ совер |
|
|
||
шается замкнутый цикл, а в пере |
|
|
||
численных |
основных элементах |
|
|
|
установки осуществляются |
состав |
|
|
ляющие этот цикл термодинамиче- |
|
|
j |
ские процессы. |
ри с _ |
Схема |
простейшей паротур- |
Кроме указанных четырех ос- |
|
бинной |
установки, |
новных элементов в реальной уста |
|
|
|
новке имеется редуктор 2 и еще ряд механизмов, аппаратов и уст ройств. Хотя эти дополнительные элементы не играют принципиаль ной роли в осуществлении термодинамических процессов или вовсе не принимают в этом участия, тем не менее они необходимы для обес печения работоспособности установки или повышения ее экономич ности. К ним относятся: циркуляционный насос для прокачки кон денсатора забортной водой, воздушный насос (паровоздушный эжек
тор) для поддержания вакуума в конденсаторе, конденсатный |
насос, |
||
|
|
|
13 |
i |
нг. |
-.но- : v -'.ьич.. |
|
*. |
^ |
^ . . . . . . . . |
/ л г - |