Файл: Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие.pdf

нием и большой скоростью. Двигаясь в межлопаточном простран­ стве по окружности профиля лопатки, частицы пара давят на нее и смещают, а против сопла оказывается следующая лопатка.

в кинетическую: давление падает, скорость возрастает. Но в отли­ чие от активной турбины на лопатках реактивной турбины скорость пара продолжает увеличиваться из-за того, что канал между ло­ патками суживается. Пар сходит с лопаток с увеличивающейся скоростью; в результате появляется реактивная сила.

Рис. 35. Схема действия пара: а— на лопатках активной турбины; б — на лопатках реактивной турбины.

Следовательно, превращение потенциальной энергии в кинетиче­ скую в такой турбине осуществляется не только в неподвижных соплах, но и на подвижных лопатках. В сущности, такая турбина работает по активно-реактивному принципу.

Отношение количества тепла, преобразованного в кинетическую энергию на рабочих лопатках, ко всему использованному теплу

61

н а з ы в а е т с я с т е п е н ь ю р е а к т и в н о с т и . Турбины,у которых степень реактивности не меньше 0,5, принято называть реактивными.

Классификация паровых турбин. Судовые паровые турбины раз­

вспомогательных механизмов машинно-котельного отделения (на­ сосов, генераторов и т. д.).

П о ч и с л у с т у п е н е й — одноступенчатые и многоступенчатые. Ступенью турбины называется совокупность венца сопл или направ­ ляющих лопаток и венца рабочих лопаток. Одноступенчатые тур­ бины имеют небольшую мощность и применяются только как вспо­ могательные. Современные главные турбины всегда многоступен­ чатые, причем число ступеней исчисляется несколькими десятками.

По с п о с о б у д е й с т в и я п а р а — активные, реактивные и активно-реактивные. У активно-реактивных турбин часть ступеней работает по активному принципу, а часть — по реактивному.

Если при проходе пара через несколько ступеней понижается его скорость, такая турбина называется турбиной со ступенями ско­

хода (ТПХ) и турбины заднего хода (ТЗХ).

По д а в л е н и ю р а б о ч е г о п а р а — турбины высокого дав­ ления (ТВД), среднего давления (ТСД) и низкого давления (ТНД). Обычно отдельные ТВД, ТСД и ТНД составляют один турбинный агрегат, где пар последовательно расширяется.

По д а в л е н и ю в ы п у с к а о т р а б о т а в ш е г о п а р а — тур­ бины конденсационные и с противодавлением. У конденсационных турбин весь отработавший пар отводится в конденсатор, где кон­ денсируется и в виде питательной воды подается в котел. В конден­ сационной турбине можно достичь наибольшей экономичности, так как в конденсаторе поддерживаРтся глубокий вакуум, позволяющий получить дополнительное расширение пара и преобразовать выде­ ляющуюся при этом теплоту в механическую работу. Все главные судовые турбины и турбины электрогенераторов являются конденса­ ционными. Турбины же вспомогательных механизмов, как правило, выполняются с противодавлением, т. е. давление отработавшего пара у них выше атмосферного (1—3 кгс/см2). 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 турбин, а значит, и расход пара в них невелики. Кроме того, отработавший пар от вспомогательных механизмов от­ водится на подогрев питательной воды котлов, что несколько повы­ шает экономичность всей паротурбинной установки.

Основные части и узлы турбины. К основным деталям паровой

турбины прежде всего следует отнести н а п р а в л я ю щ и е а п п а ­ р а т ы и р а б о ч и е л о п а т к и .

62

Направляющие аппараты активных турбин называются соплами. В реактивных турбинах сопл не имеется, их роль выполняют н а - п р а в л я ю щ и е л о п а т к и , в которых происходит частичное рас­ ширение пара. Совокупность направляющих аппаратов и рабочих

нескольким специальным дискам, составляющим с валом одно це­ лое, или насаживают на вал. В реактивных турбинах рабочие лопатки обычно устанавливают и укрепляют на окружности глад­ кого или ступенчатого барабана.

Совокупность вращающихся частей турбины образует ротор. На­ личие барабанного ротора является характерным конструктивным признаком реактивной турбины. Наличие дискового ротора при­ суще активной турбине. Сочетание барабана и дисков служит ха­ рактерным конструктивным признаком смешанной активно-реак­ тивной турбины.

Корпус и совокупность всех неподвижных частей турбины, нахо­ дящихся в корпусе, образуют с т а т о р .

Корпус турбины предназначен для размещения ротора, отделе­ ния проточной части турбины от наружной атмосферы, обеспечения прохождения пара в турбине по заданному пути и для укрепления неподвижных деталей турбины. В корпусах активных турбин за­

другой. В диафрагмах устроены сопла промежуточных ступеней.

В местах выхода вала из корпуса турбины для уменьшения по­ терь пара и для предотвращения засоса воздуха внутрь турбины устанавливают н а р у ж н ы е у п л о т н е н и я .

Каждую турбину снабжают двумя опорными и одним упорным подшипниками. Опорные подшипники воспринимают вес ротора, а также радиальные силы, действующие со стороны ротора. Упор­ ные подшипники служат для восприятия осевых усилий.

Основные детали паровых турбин показаны на рис. 36.

Для преобразования потенциальной энергии пара в кинетиче­ скую и направления парового потока на рабочие лопатки служат сопла. У вспомогательных турбин иногда устанавливают отдельно изготовленные сопла, но обычно они объединяются в так называе­ мые сопловые сегменты. Литой сопловой сегмент первой ступени турбины изображен на рис. 36, а.

Сопла могут располагаться по всей окружности и на части ее. В первом случае пар поступает сразу на все рабочие лопатки,— та­ 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 показано на рис. 36, б. Стальная лопатка 1 закреплена хвостом 2 в ободе диска 3. Между лопатками помещены вставки 4. Лопатки снабжены выступами^, на которые надевают стальную ленту — бандаж 5, скрепляющую верхние концы лопаток. После того как бандаж будет надет, выступы 6 расклепывают.

63

с парциальным впуском пара изображена на рис. 36, в. Она пред­ ставляет собой плоский диск 1 с ободом, которым диафрагма кре­ пится в корпусе турбины. На части окружности обода сделаны про­ межуточные 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 лабиринтовые (у главных).

Основная идея устройства как угольного, так и лабиринтового уплотнения заключается в том, что пар пропускается через ряд ма­ лых зазоров, за каждым из которых следует относительно большая камера.

Схема лабиринтового уплотнения турбины показана на рис. 36, а. На валу <3 ротора имеются кольцевые выступы 4, В корпусе 1 тур­ бины установлены гребни уплотнения 2. Между гребнями и высту-

64

Они обычно рассчитаны на мощность, составляющую 40—50% мощ­ ности переднего хода, размещаются в одном корпусе с турбинами переднего хода и имеют небольшое число ступеней (две—четыре), так как к ним н е . предъявляются требования высокой эконо­ мичности.

В связи с тем что частота вращения гребных винтов на морских судах составляет 75—200 об/мин, а частота вращения судовых тур­ бин 3000—9000 об/мин, между турбиной и гребным валом устанав­ ливают зубчатую передачу (редуктор). Чаще всего используются двухступенчатые редукторы с передаточным числом до 160. Зубча­

тые колеса редукторов имеют шевронные зубья, что обеспечивает большую плавность зацепления, бесшумность, прочность и уравно­ вешивание осевых усилий. Такие редукторы отличаются высоким к. п. д., иногда превышающим 98%, и большой надежностью.

Главная турбина и зубчатый редуктор вместе составляют агре­ гат, называемый главным турбозубчатым (сокращенно ГТЗА).

Схема двухкорпусного турбозубчатого агрегата показана на рис. 38. ГТЗА состоит из двух турбин переднего хода — высокого и низкого давления (ТВД ПХ и ТНД ПХ) и турбины заднего хода (ТЗХ), расположенной в корпусе турбины низкого давления пе­ реднего хода.

При работе на передний ход свежий пар последовательно рас­ ширяется в турбинах, как показано сплошными стрелками; при ра­ боте на задний ход пар поступает в ТЗХ. Отработавший пар из ТНД ПХ и из ТЗХ выходит в конденсатор.

Турбины передают мощность гребному винту через зубчатую передачу.

Сравнительная характеристика паровых турбин. Паровые тур­ бины имеют ряд преимуществ, благодаря которым энергетические

66

установки с ГТЗА получают распространение и являются перспек­ тивными для крупнотоннажных судов.

Это следующие преимущества:

—большая экономичность: к. п. д. современных судовых паро­ турбинных установок составляет 27—33% (напомним, что к. п. д. установок с паровыми машинами составляет 10—12%);

—большой срок службы, высокая степень надежности и удоб­

ство обслуживания;

—меньшие вибрации, передаваемые корпуса судна, благодаря отсутствию кривошипно-шатунного механизма;

—высокая частота и легкая заглушаемость шума, возникаю­ щего во время работы турбины;

—возможность развивать большую мощность в одном агрегате

(мощность современных судовых турбин достигает 60000 кВт);

—компактность и малый вес;

—способность выдерживать большие перегрузки в течение дли­ тельного времени, что имеет особое значение при плавании в узко­ стях, вблизи берегов во время шторма и т. д.

Недостатком паровых турбин как судовых двигателей является то, что они нереверсивны, и для вращения вала в обратную сто­ рону 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 тур­ бина 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. Кроме того, турбоагрегат не допу­ скает длительной работы задним ходом (не более 30 мин) из-за на­ грева лопаток ступеней переднего хода под воздействием теплоты,

вкоторую переходит работа вихревого движения пара, заполняю­ щего турбины.

Следует отметить, что кратковременность заднего хода и дли­ тельность реверса не имеют в настоящее время существенного зна­ чения, так как на современных судах устанавливают винты регули­ руемого шага (ВРШ), поворотом лопастей которых можно изме­ нить как режим, так и направление движения судна.

Длительность подготовки ГТЗА к пуску с его опробованием, зависящая от размеров турбин и от параметров пара, устанавли­ вается 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, дальней­ шее же ее повышение до полной должно происходить в течение

8—12 мин.

На современных паротурбинных судах обычно предусматрива­ ют дистанционное управление ГТЗА. Основные устройства для управления ГТЗА, котельной установкой и вспомогательными