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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 -