Файл: Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник.pdf

#i;

.Ь

Я. Ю. ГРУЗБЕРГ

СУДОВЫЕ

ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Издание второе, переработанное и дополненное

Допущено Управлением кадров и учебных заведений М инистерства судостроительной промышленности

СССР в качестве учебника для судостроительных техникумов

ИЗДАТЕЛЬСТВО «СУДОСТРОЕНИЕ»

Ленинград

1974

УД К 629.12 : 621.181.647(075.3)

Г90

Книга является учебником по курсу «Судовые парогенераторы» для учащихся средних специ­ альных учебных заведений по специальности «Су­ довые машины и механизмы». В ней рассмотрены конструкции, основы теории и эксплуатации со­ временных судовых парогенераторов.

Книга может быть использована курсантами мореходных училищ, механиками судов, слуша­ телями курсов повышения квалификации команд­ ного состава судов морского и речного флота, а также инженерно-техническими работниками судо­ строительных и судоремонтных предприятий, же­ лающими расширить свои знания по теории и кон­ струкции современных судовых парогенераторов.

Рецензенты: Л. А. ЕГАРЕВ, А. П. КУЛАКОВ

Научный редактор В. П. СИГАЧЕВ

(6) Издательство «Судостроение», 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Непрерывное развитие конструкций современных судовых парогенераторов, широкое применение авто­ матического регулирования процессов, перевод паро­ генераторов на сжигание жидкого топлива вызвали необходимость переработки и дополнения первого издания учебника. Это обусловлено также внедре­ нием в технике Международной системы единиц

(ГОСТ 9867—61).

Учебник написан по программе курса «Судовые парогенераторы» для средних специальных учебных заведений по специальности «Судовые машины и ме­ ханизмы», утвержденной Учебно-методическим уп­ равлением по средним специальным учебным заведе­ ниям Министерства высшего и среднего специального образования СССР.

В отличие от первого издания в учебнике отсутству­ ет описание угольных топок. Более подробно освещены вопросы автоматического регулирования судовых паро­ генераторов, обеспечивающего длительную экономич­ ную и безаварийную работу судовых парогенератор­ ных установок.

Книга содержит три раздела. В первом изложены принцип действия и конструктивное устройство су­ довых парогенераторов, во втором приведены основы теории, тепловые расчеты парогенераторов и конст­ руктивный расчет основных элементов парогенера­ торов, в третьем изложены основы эксплуатации су­ довых парогенераторов

В книге рассмотрены конструкции современных судовых парогенераторов, установленных на судах отечественного транспортного флота, в том числе новейшие конструкции и системы автоматического

ВВЕДЕНИЕ

Развитие отечественного парогенераторостроения. Создание и при­ менение тепловых двигателей стало возможным благодаря развитию учения о теплоте, основы которого были заложены великим русским

И. И. Ползуновым. Для получения пара он сконструировал парогене­ ратор. Первый пароход в России был построен в 1815 г.

Большой вклад в развитие теории и конструкции судовых пароге­ нераторов внесли отечественные ученые. Под руководством выдающе­ гося конструктора В. И. Калашникова было построено более 150 па­ рогенераторов. Известный конструктор и ученый В. Я. Долголенко создал оригинальный секционный парогенератор, который был при­ нят на вооружение отечественного военно-морского и иностранных флотов. Впервые были разработаны: механическая теория теплоты — проф. И. А. Вышнеградским, теория тяги — инженером И. П. Алымо­ вым, графический метод расчета парогенератора — проф. В. И. Гри­ невецким. После Великой Октябрьской социалистической революции отечественное парогенераторостроение начало развиваться быстрыми темпами. В 1921 г. был организован Всесоюзный теплотехнический институт имени Ф. Э. Дзержинского (ВТИ), а в 1927 г.— Центральный котлотурбинный институт им. И. И. Ползунова (ЦКТИ).

Труды выдающихся отечественных ученых М. В. Кирпичева, Л. К. Рамзина, В. Н. Шретера, Г. Ф. Тимофеева Г. Ф. Кнорре, А. М. Гурвича и других позволили создать современную теорию паро­ генераторных процессов.

В настоящее время освоены производство и эксплуатация стацио­ нарных парогенераторов производительностью до 415 кг/с (1500 т/ч) при температуре перегретого пара до 650° С и сверхкритическом'дав­ лении. Ближайшей практической задачей является создание стацио­ нарных парогенераторов производительностью 695 кг/с (2500 т/ч) и более.

Развитие и совершенствование парогенераторов определяются тре­ бованиями, предъявляемыми к ним, и развитием главных паровых

5

двигателей. Основные требования к современным судовым парогенера­ торам следующие: высокие надежность, экономичность и маневренные качества, долговечность, простота устройства и обслуживания, мини­ мальные масса и габариты, невысокая стоимость постройки. Этим тре­ бованиям в большей мере удовлетворяют в настоящее время однопро­ точные вертикальные водотрубные экранированные парогенераторы с развитыми хвостовыми поверхностями нагрева, оборудованные сред­ ствами автоматического регулирования, защиты и сигнализации.

Наиболее целесообразной для парогенераторов с промежуточным перегревом является шахтная (U-образная) компоновочная схема со сплошным экранированием топки и потолочным расположением то­ почных устройств. Паропроизводительность судовых парогенераторов достигает 20—25 кг/с (80—90 т/ч) при давлении пара 8— 10 МН/м2, температуре 515—550° С; коэффициент полезного действия при этом составляет 95—96%.

Определенные успехи достигнуты в создании надежных парогене­ раторов с принудительной циркуляцией, позволяющих уменьшить габариты и массу за счет исключения из конструкции громоздких кол­ лекторов и обеспечить компоновку и возможность быстрой разводки паров. Значительное снижение габаритов и массы может быть дости­ гнуто за счет применения высоконапорных парогенераторов.

В современных условиях научно-технического прогресса особое внимание уделяется вопросам автоматического управления и регули­ рования парогенераторных агрегатов. Суда новой постройки обору­ дованы высокопроизводительными парогенераторами, новейшими вспомогательными механизмами и средствами автоматизации, обеспе­ чивающими повышение технико-экономических показателей, надеж­ ности, долговечности и степени безопасности обслуживания судовых энергетических установок.

В девятой пятилетке предусмотрена большая научно-исследова­ тельская работа в области парогенераторостроения с целью создания мощных и высокоэкономичных парогенераторов.

Судовая парогенераторная установка. Важнейшей составной частью судовой пароэнергетической установки является парогенераторная установка, вырабатывающая пар для главных двигателей, вспомога­ тельных механизмов и бытовых нужд. Рабочими телами в парогенера­ торной установке являются топливо, воздух, продукты сгорания топ­ лива, вода и пар.

На рис. 1 представлена схема современной пароэнергетической установки с паровой турбиной в качестве главного двигателя. Для работы парогенератора топливо из расходной цистерны 9 засасывается топливным насосом 12 через фильтр грубой очистки 11 и под давле­ нием подается через подогреватель мазута 13 и фильтр тонкой очистки 10 к форсункам 7. Воздух, необходимый для горения, подается венти­ лятором 6 через каналы между обшивкой и стенками кожуха в воздухо­ подогреватель 5, из которого подогретым поступает к воздухонаправ­

значительную часть своего тепла испарительной поверхности нагрева,

6

пароперегревателю, экономайзеру, воздухоподогревателю и отводятся

в дымовую трубу.

Пар, образующийся в испарительной части 23 парогенератора, поступает из парового коллектора 24 в пароперегреватель 8, а затем через маневровое устройство 22 направляется к турбине высокого дав­ ления 21. Отработав в турбине высокого давления, пар направляется в турбину низкого давления 20, из которой отработавший пар посту­ пает в главный конденсатор 17, где и конденсируется. Конденсатор

Дымовые газы

прокачивается забортной водой циркуляционным насосом 14. Отсос воздуха из конденсатора осуществляется паровыми эжекторами 15.

Конденсат из главного конденсатора забирается конденсатным на­ сосом 16 и направляется последовательно через холодильник главных эжекторов и подогреватель низкого давления 19 в деаэратор 1..

В деаэраторе из конденсата удаляется растворенный воздух и осу­ ществляется одновременно подогрев питательной воды. Питательный насос 2 подает питательную воду через подогреватель высокого давле­ ния 3 и водяной экономайзер 4 в паровой коллектор. Многоступенча­ тый подогрев питательной воды способствует повышению экономично­ сти и надежности работы парогенератора и всей судовой пароэнерге­ тической установки. В установке имеется сборник горячих конденса­ тов 18, из которого конденсат направляется в питательную систему.

7

Глава 1

КОНСТРУКТИВНЫЕ ТИПЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

§1. Основные принципы устройства

иклассификация

Назначение и принцип действия парогенератора. Парогенератором называется сложный агрегат, предназначенный для получения тепло­ вой энергии, заключенной в водяном паре с давлением выше атмос­ ферного. Источником тепловой энергии может служить химическая энергия сжигаемого топлива или энергия расщепления ядер тяжелых элементов.

Схема современного судового водотрубного парогенератора, ра­ ботающего на жидком топливе, представлена на рис. 2. Основными частями парогенератора являются: пароводяной 1, водяной 9 и экран­ ный 6 коллекторы, соединенные трубами испарительного пучка и необогреваемого опуска, а также каркасом и обшивкой; испарительная поверхность нагрева, состоящая из труб бокового экрана 2, притопочного 7 и конвективного 10 пучков; пароперегреватель 8, служащий для перегрева пара; экономайзер 11, предназначенный для подогрева питательной воды перед поступлением в паровой коллектор теплом уходящих газов; воздухоподогреватель 12 для подогрева воздуха; топка 5, в которой происходит сжигание топлива и передача тепла

почные устройства, арматура, кирпичная кладка и выносные устрой­ ства.

Пространство, в котором сжигается топливо и проходят горячие газы, называется огневым объемом парогенератора.

Внутреннее пространство парового коллектора состоит из двух частей: водяного пространства, заполненного водой, и парового,— заполненного паром. Разделяющая их поверхность воды называется зеркалом испарения. Проекция зеркала испарения на какую-либо вер­ тикальную плоскость определяет уровень воды в паровом коллекторе. Вода, находящаяся в работающем парогенераторе, называется паро­ генераторной, а вода, поступающая в него для пополнения ее убыли,—

питательной.

8