Загальна будова та принцип роботи суднових енергетичних установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Загальна будова та принцип роботи суднових енергетичних установок СЕУ»

Херсон - 2017

Вживані скорочення

ВОД	- високооборотний двигун
ВОУ	- водоопріснювальна установка
ГРК	- гвинт регульованого кроку
ГФК	- гвинт фіксованого кроку
ГД	- головний двигун
ГК	- головний конденсатор
ГТГ	- газотурбогенератор
ГТД	- газотурбінний двигун
ГТЗА	- головний турбозубчастий агрегат
ГПТУ	- газопаротурбінна установка
ГТУ	- газотурбінна установка
ГУП	- головний упорний підшипник
ГЕУ	- головна енергетична установка
ГЕД	- гребний електродвигун
ДАУ	- дистанційне автоматичне управління
ДВЗ	- двигун внутрішнього згоряння
ДГ	- дизель-генератор
ДД	- допоміжний двигун
ДУ	- дизельна установка
МЗК	- механізм зміни кроку
МВ	- машинне відділення
МОД	- малооборотний двигун
ПГТУ	- парогазотурбінна установка
ПК	- пропульсивний комплекс
ПТУ	- паротурбінна установка
ПУ	- пропульсивна установка
СЕС	- суднова електростанція
СЕУ	- суднова енергетична установка (ЕУ- енергетична установка)
СОД	- середньооборотний двигун
ТУК	- теплоутилізаційний контур
УК	- утилізаційний котел
УТГ	- утилізаційний турбогенератор

Зміст

Вступ

Розділ 1. Призначення, склад і робота СЕУ

1.1 Суднова енергетична установка

1.2 Судновий пропульсивний комплекс

1.3 Класифікація СЕУ

1.4 Склад СЕУ, що працюють на органічному пальному

Висновок

Література

Вступ

Розвиток людства неможливий без використання багатств і просторів світового океану. Водними шляхами перевозиться понад 80% вантажів і мільйони людей, крім цього океан є джерелом мінеральних і біологічних ресурсів. Плавучі засоби ведуть розвідку і видобуток корисних копалин в шельфах морів і океанів, ведуть різного роду наукові дослідження, та інше.

Сучасні потреби в високих швидкостях ходу змусили людини поступово переходити від використання мускульної сили і сили вітру до застосування спеціальних машин і механізмів для забезпечення руху і маневрування суден, тобто до судновій енергетики.

Розділ 1. Призначення, склад і робота СЕУ

1.1 Суднова енергетична установка

Судова енергетична установка - це складний комплекс функціонально взаємопов'язаних елементів енергетичного обладнання, машин і механізмів, за допомогою яких на судні відбувалася регулярна подача, перетворення, передача і використання різних видів енергії для безпечного і ефективного функціонування судна відповідно до його типом і призначенням і нормальних умов життєдіяльності екіпажу і пасажирів.

Уяву про склад СЕУ, елементів, що в неї входять, взаємозв'язок СЕУ з судном можна отримати з рисунка 1.1.

Рисунок 1.1. Схема основних елементів СЕУ

У систему «судно» входять корпус, СЕУ, загальносуднові системи, суднові пристрої та інше. У свою чергу, СЕУ складається з головної енергетичної установки (ГЕУ), допоміжних енергетичних установок і електроенергетичної установки. Виконавча частина ГЕУ, що включає в себе головний двигун (ГД), головну передачу, валопровід, рушій, називається пропульсивною установкою (ПУ). Разом з корпусом судна, з яким ПУ гідродинамічно взаємодіє через рушій, вона утворює пропульсивний комплекс (ПК,).

Найпростіша принципова схема СЕУ представлена ??на рисунку 1.2. Головний двигун 5, що обслуговується рядом систем 20-24 (паливною, масляною, охолоджуючою, пуску, управління), через валопровід 2 передає потужність на гребний гвинт 1, за допомогою якого судно рухається (або робить різні маневри).

До складу СЕУ можуть входити утилізаційна установка 7, що працює на випускних газах 6, за допомогою якої виробляється або механічна енергія, що передається на гребний вал і гвинт, або електроенергія для постачання суднових електроспоживачів, або водяна пара для суднових потреб (частіше одночасно і електроенергія, і пар для теплопостачання).

Крім того, до складу СЕУ входять допоміжна котельня установка 9, суднова електростанція (СЕС) 11, водоопріснювальна установка 16 і ін.

До складу СЕУ входять головні і допоміжні енергетичні комплекси і установки.

Головною енергетичною установкою вважають ту частину СЕУ, яка забезпечує рух судна. Цю частину називають також пропульсивною установкою, що для ДУ і ГТУ має точну відповідність (в ПТУ котел входить в ГЕУ, але не відноситься до ПУ). До складу ПУ включені машини і механізми, за допомогою яких механічна енергія виробляється, передається рушію (наприклад, гребному гвинту) і перетвориться їм в упор (нерідко на рух судна витрачається більше 90% всієї споживаної СЕУ енергії). На спеціальних судах, наприклад землесос і землечерпалка, механічна енергія ГД передається робочій машині, яка здійснює вилучення та транспортування грунту, а на рибопромислових суднах потужність ГД крім витрати на перехід витрачається і на тралення. На багатовальних судах ПУ складається з декількох груп руху по числу рушіїв (гребних гвинтів), кожна з яких, як правило, є автономною



Рисунок 1.2. Найпростіша принципова схема СЕУ:

1 - гребний гвинт; 2 - валопровід; 3 - пальне; 4 - повітря; 5 - ГД; 6 - випускні гази; 7-утилізаційна установка; 8-глушник (іскрогасник); 9 - допоміжна котельня установка; 10 - пара; 11- СЕС; 12-14 - підведення електроенергії до непоказаних на схемі споживачів (холодильної машині, кондиціонерів, вентиляторів, компресорів, насосів МВ і загальносуднових систем, палубним механізмам); 15 - опріснення вода; 16 - водоопреснівальна установка; 17 - підведення енергії; 18 - подведення морської води; 19 - підведення електроенергії до механізмів систем СЕУ; 20 - система автоматизації регулювання і управління; 21 - система стисненого повітря (для пуску і реверсу); 22 - система охолодження; 23 - масляна система; 24 - паливна система

Елементи СЕУ, що входять до складу ГЕУ, називаються головними. Залежно від типу ГЕУ в її склад можуть входити: перш за все головні двигуни (дизелі, ГТД, головні парові котли або парогенератори і парові турбозубчаті агрегати); головні електрогенератори і головні передачі (механічні, електричні та ін.); валопроводи, що передають енергію до суднових рушіїв; допоміжні механізми, теплообмінні апарати та інше обладнання систем, які обслуговують ГД і передачі (наприклад, головні конденсатори - ГК, головні живильні насоси - ГЖН і ін.); системи дистанційного автоматичного управління (ДАУ), аварійно-попереджувальної сигналізації і захисту ГД і електрогенераторів; машини та системи автоматизованого централізованого контролю параметрів.

Таким чином, до складу ПУ входять (разом з обслуговуючими їх системами і обладнанням) ГД, передачі, валопроводи і гребні гвинти.

Допоміжні ЕУ це комплекси, призначені для задоволення енергетичних потреб (в енергії будь-якого виду, за винятком електричної) і забезпечення заданого функціонування ГЕУ і загальносуднових споживачів, пов'язаних і не пов'язаних з рухом судна (кермові, якірно-швартові, вантажні та інші пристрої, машини і механізми; освітлення, опалення, вентиляція і установки кондиціонування повітря в суднових приміщеннях, холодильні установки, що забезпечують збереження вантажу, що перевозиться і провізії; протипожежна і інші загальносуднові системи).

Залежно від типу судна до складу його ЕУ можуть бути включені кілька допоміжних установок: допоміжна котельня (парогенераторна), водоопріснювальна, установка повторного зрідження вуглеводневих газів (на газовозах) або приготування і подачі їх до ГД, холодильна установка для систем комфортного та технологічного кондиціонування та ін. Розглянемо коротко лише основні з них.

Найважливішими споживачами механічної енергії, крім суднових рушіїв є насоси, компресори, вентилятори, палубні механізми та ін. Безпосередній привід таких споживачів від первинних двигунів - дизелів, парових або газових турбін - доцільний тільки при великих потужностях двигунів або в разі специфічних умов експлуатації судна (наприклад, на танкерах - паровий турбопривід вантажних насосів, на великих промислових базах і спеціальних судах - турбопривід холодильних центробіжних компресорів і ін.).

В інших випадках зручніший, а часто і більш економічним є привід від електродвигунів. Крім того, на судах багато і інших споживачів електроенергії. Тому в складі СЕУ завжди є електроенергетична установка - суднова електростанція, в яку входять: допоміжні двигуни, електричні генератори (основні, резервні, аварійні), головний і місцеві розподільні щити, спеціальні пристрої (трансформатори, випрямлячі, перетворювачі і ін.) і кабелі для підведення живлення до споживачів, системи ДАУ, аварійно-попереджувальної сигналізації і захисту.

В якості допоміжних двигунів (ДД) для приводу електрогенераторів можуть бути дизелі, парові і газові турбіни (нерідко в складі СЕС є ті і інші ДД - наприклад, на теплоходах електроенергія часто виробляється в дизель-генераторах і утилізаційних турбогенераторах). Електрогенератор може приводитися в дію і шляхом відбору потужності від ГД.

Потужність електростанції залежить від призначення судна і його розмірів. Особливо велика потужність СЕС (порівнянна з потужністю ГД) на промислових і дослідницьких судах і базах, на пасажирських судах і судах спеціального призначення. Це пояснюється значними витратами енергії на технологічні потреби, роботу спеціального обладнання або на створення комфортних умов для пасажирів. На універсальних суховантажних судах і танкерах потужність СЕС зазвичай становить 12-25% потужності ГД.

Допоміжна котельна установка забезпечує потреби судна в парі, гарячій воді, необхідних як для роботи СЕУ, так і для інших цілей (паровий привід вантажних та інших насосів, компресорів; теплопостачання установок кондиціонування, холодильних, опріснювачів, підігрівачів палива, вантажу, що перевозиться, систем опалення; гаряче водопостачання та ін.).

До складу допоміжної котельної установки входять: допоміжні, утилізаційні і комбіновані котли (котлоагрегати), допоміжні машини і механізми (насоси, вентилятори і ін.); теплообмінні апарати та інше обладнання та прилади систем, які обслуговують котли або парогенератори; системи ДАУ, аварійно-попереджувальної сигналізації і захисту.

Водоопріснювальна установка (ВОУ) призначена для поповнення запасів прісної води на судах з великою автономністю і дальністю плавання (поповнення витоків в системах пар-конденсат, пропарювання ємностей, водопостачання судна). Водоопріснювальні установки можуть використовувати теплоту, що відводиться з охолоджувальною водою від ГД і ДД, або пар від допоміжного і утилізаційних котлів. До складу ВОУ входять випарники, конденсатори, підігрівачі води, насоси, ежектори, цистерни, трубопроводи, контрольно-вимірювальна і регулююча апаратура і ін.

Установка комфортного кондиціонування повітря (УККП) призначена для підтримки заданих комфортних (відповідно до санітарно-гігієнічними нормами) тепловологових і акустичних (рівень і характеристики шуму) параметрів повітря як в приміщеннях СЕУ, так і в інших приміщеннях з постійним або періодичним перебуванням в них людей. До складу УККП входять кондиціонери, холодильні машини які їх обслуговують, трубопроводи для повітря, води, холодоагенту, розподільники повітря, шумопоглинаючі пристрої і ін.

Сукупність машин і механізмів, теплообмінних апаратів, фільтрів, ємностей для зберігання робочих тіл (води, палива, масла, повітря), трубопроводів, кабельних трас, засобів контролю, регулювання та захисту, що забезпечують нормальне функціонування основних елементів СЕУ (генераторів пара і газу, ГД і ДД) і їх обслуговування, складає системи СЕУ. Ці системи можуть обслуговувати ГЕУ, допоміжні установки або ті та інші одночасно.

До складу систем СЕУ зазвичай входять: паливні, масляні, охолодження, стисненого повітря, конденсатно-поживні, повітряподавальні, газовипускні, головного і допоміжного пару. Залежно від типу, СЕУ може не мати будь-якої з перерахованих систем; наприклад, в дизельній або газотурбінній установках без утилізаційного контуру не буде систем головного і допоміжного пару.

Паливна система призначена для приготування (очищення, підігріву, гомогенізації) і подачі палива до головних і допоміжних двигунів і котлів, а також його прийому з берега, зберігання, перекачування і передачі на берег і на інші судна. До складу паливної системи входять: цистерни запасу палива, відстійні і витратні цистерни, насоси, фільтри грубого і тонкого очищення, сепаратори (для очищення від води і механічних забруднень) або гомогенізатори, підігрівачі, трубопроводи з запірною, регулюючої арматурою і контрольно-вимірювальними приладами .

Масляна система служить для прийому, зберігання, перекачування, приготування та подачі мастила, призначеного для змащення й охолодження деталей ГД і ДД, що труться, і інших механізмів, а також для передачі масла на інші судна. До її складу входять: цистерни - чистого масла, відпрацьованого масла, відстійні і напірні, стічно-ціркуляційні; фільтри грубої і тонкої очистки, насоси, сепаратори, підігрівачі і охолоджувачі масла, трубопроводи з запірною, регулюючої арматурою і контрольно-вимірювальними приладами.

Система охолодження призначена для охолодження агрегатів, вузлів і деталей ГД і ДД, компресорів, конденсаторів парових турбін, холодильних машин і опріснювачів, маслоохолоджувачів систем змащення і охолодження, повітроохолоджувачів, інших теплообмінних апаратів, головних передач, опорних і упорних підшипників валопроводу, для прокачування дейдвудних труб. Система охолодження включає кілька замкнутих і розімкнутих контурів, що складаються із сполучених трубопроводами насосів, компресорів, вентиляторів, фільтрів, теплообмінних апаратів, в яких можуть циркулювати масло, легке паливо, повітря, прісна вода, забортна вода. Принцип роботи, наприклад, найпростіших з цих систем наступний: електровентилятор обдуває охолодженим повітрям електрогенератор або гребний електродвигун (ГЕД); конденсатор за допомогою насоса прокачується забортною водою, за рахунок чого в ньому відбувається конденсація водяної пари або пари іншої рідини; через самопроточний головний конденсатор ПТУ при повному ході судна протікає забортна вода, що надходить в систему охолодження через спеціальні забірники в корпусі судна (підпір води при русі судна).

Це приклади простих (проточних, незамкнутих) систем охолодження, в яких температура забортної води на виході з двигунів і інших машин не повинна перевищувати 50-55°С щоб уникнути солевідкладень в проточних частинах охолоджуваних машин. Здебільшого системи охолодження є складними, двоконтурними. Перший контур - замкнутий, циркуляційний. У ньому циркулює, наприклад, прісна вода, що охолоджує агрегати, вузли і деталі дизеля (або ГТД) з температурою понад 50°С, яка в свою чергу охолоджується в спеціальному теплообміннику забортною водою. В інших системах при одному зовнішньому (другому) контурі мається два внутрішніх (перших) контура: в одному циркулює прісна вода (охолоджує циліндрові втулки, кришки, форсунки та ін.), а в іншому - масло (охолоджує, наприклад, поршні).

Система стисненого повітря забезпечує стисненим повітрям необхідного тиску (від 0,3-0,5 до 3,0-7,5 МПа) пуск і реверс ГД, пуск ДД, роботу пневматичних систем автоматики і управління, роботу приладів звукової сигналізації судна (сирена, тифон), продувку кінгстонів, роботу пневмоінструменту і інші загальносуднові і спеціальні потреби. Вона складається з балонів для зберігання стисненого повітря, компресорів, головного пускового і редукційного клапанів, повітропроводів з арматурою і контрольно-вимірювальних приладів.

Конденсатно-поживна система служить для безперервного живлення котлів або парогенераторів водою необхідної якості. В сучасних СЕУ застосовують закриту систему живлення котлів, при якій виключається контакт живильної води з повітрям. Основну частину живильної води становить конденсат відпрацьованої пари, решта - домішки опрісненої води (для компенсації витоків пари та її втрат під час продування котлів, безповоротньої витрати пари на споживачі і ін.). Оскільки опрісненна вода на судні зберігається у відкритих ємностях, а в конденсаційний контур, що знаходиться під вакуумом, може підсмоктуватися повітря, то живильну воду доводиться звільняти від кисню, що викликає корозію внутрішніх поверхонь генераторів пара. Це роблять за допомогою деаераторів (дегазатор).

До складу конденсатно-живильної системи входять: конденсатні, бустерні, дренажні і живильні насоси, вакуум-насоси або ежектори, трубопроводи, контрольно-вимірювальні прилади.

Повітроподавальні системи служать для подачі в парові котли, дизелі і ГТД повітря, необхідного для спалювання в них палива. У сучасних котлах найбільш нагріте повітря з верхньої частини котельного приміщення подається вентиляторами по повітропроводів в простір між подвійною обшивкою котлоагрегатів. Це знижує втрати від випромінювання теплоти в навколишнє середовище і покращує умови обслуговування котельного відділення.

У межкожуховом просторі повітря частково підігрівається і надходить в підігрівач повітря, а потім через повітроспрямовуючий пристрій - в топку котла.

У ГТУ повітря засмоктується компресорами ГТД з атмосфери (вище палуби) через повітроприймльні шахти або повітроводи. Система забезпечується глушниками шуму і пристроями (каплеот-дільниками), що запобігають потраплянню в компресори разом з повітрям бризок забортної води і обмерзання прийомних сіток і решіток.

У ДУ компресор двигуна, який має газотурбінний або механічний привід, засмоктує повітря або з МВ, або з верхньої палуби через повітропровід, або комбінованим способом. Після компресора, а також між його ступенями повітря охолоджується водою в спеціальних теплообмінниках.

Газовипускні (газвідвідні) системи служать для відводу в атмосферу відпрацьованих газів від ГД і ДД і парових котлів. Кожен дизель або ГТД повинен мати окремий газопровід, по якому гази виводяться в загальну димову трубу, розташовану над надбудовами судна. У деяких випадках гази відводяться за борт нижче ватерлінії і тоді передбачається пристрій, що запобігає потраплянню води в двигун. Димарі окремих котлоагрегатів ПТУ з'єднуються в один димохід, що йде до димаря судна.

В системі газовипуска передбачають компенсатори температурних розширень, глушники шуму і іскрогасники. Для запобігання задимлення судна у верхній частині димоходу (навколо нього) створюється повітряний заслін з допомогою кільцевої насадки. Повітря, що подається електровентилятором, виходить в атмосферу з кільцевої насадки зі швидкістю, що в 2,5-4 рази перевищує швидкість димових газів; димові гази ежектуються повітрям і відводяться вище вихрової зони (вище верхніх надбудов судна). судовий енергетичний котельний охолодження

Парові системи призначені для підведення пари від парогенератора (котлоагрегату) до головних турбін (система головного пара), допоміжних механізмів і теплообмінних апаратів (система допоміжного пара). Паропроводи мають теплові компенсатори, арматуру (головний стопорний клапан, парові засувки), розподільні коробки.

Окрім головної і допоміжних ЕУ і систем до складу СЕУ входить також додаткове обладнання, що забезпечує нормальну її експлуатацію, обслуговування і ремонт. До нього відносять: системи вентиляції МВ, шумозахисні вигородки і покриття, ізоляцію нагрітих і холодних поверхонь, майданчики, трапи, поручні і огорожі, підйомні і транспортні пристрої, майстерні та комори з запасними частинами та матеріалами.

1.2 Судновий пропульсивний комплекс

У пропульсивний комплекс крім ПУ входить корпус судна. Таким чином, до пропульсивного комплексу відносять: ГД, головну передачу, валопровід, рушій (зазвичай гребний гвинт) і корпус судна, які постійно (при русі судна) знаходяться в динамічній взаємодії (рис. 1.3).



Рисунок 1.3. Схема суднового пропульсивного комплексу

В якості суднових рушіїв, що перетворюють механічну енергію ГД в упор (частина якого становить корисну тягу), найчастіше застосовують гребні гвинти, які можуть мати фіксований крок (ГФК) і регульований крок (ГРК, що забезпечують реверс судна при нереверсивному ГД і дозволяють ефективно використовувати потужність ГД в умовах плавання, що відрізняються від специфікаційних). У разі застосування ГРК на лінії валу встановлюють механізм зміни кроку гвинта (МЗК). Для потужних ЕУ швидкісних суден перспективним є застосування співвісних гребних гвинтів протилежного обертання. В цьому випадку і валопроводи виконують також співвісними, розташованими один в іншому.

На малих суднах прибережного, змішаного плавання, на річкових (мілкосидячих) судах, портових буксирах іноді ставлять водометні рушії, а на швидкісних судах з динамічними принципами підтримки (на підводних крилах - СПК, повітряній подушці - СПП) - повітряні гвинти, реактивні пристрої ( сопла).

Судновий валопровід служить для передачі потужності (крутного моменту) від ГД або від головних передач (наприклад, редукторів) до рушіїв і для передачі упору рушія на корпус судна через головний упорний підшипник (ГУП). Валопровід судна зазвичай складається з послідовно з'єднаних упорного, проміжних, дейдвудного (гребного) валів; упорних, опорних і дейдвудних підшипників; гальмівного та валоповоротного пристроїв; перебіркових ущільнень та інших елементів.

Головні передачі - це механізми, пристрої або системи, призначені для передачі судновому валопроводу енергії ГД з перетворенням її або без перетворення - в механічних передачах. Нерідко вони також служать для об'єднання потужності декількох ГД на один валопровід або для поділу потужності одного ГД на кілька потоків.

Найбільш поширеним типом суднового рушія є гребний гвинт. Оптимальна частота його обертання пв залежить від водотоннажності, осадки і швидкості судна, зменшуючись зі збільшенням водотоннажності. Для великотоннажних транспортних суден при помірних і невеликих швидкостях вона становить 50-100 об/хв. Для контейнеровозів при швидкостях v більше 10 м/с оптимальна частота обертання гребного валу досягає 140 об/хв в зв'язку з відносно малими діаметрами гвинтів (5,4-7,2 м). Оптимальній частоті обертання гребного гвинта відповідає найбільше значення його ККД зр, яке може досягати 0,70-0,80.

1.3 Класифікація СЕУ

Загальноприйнятою класифікації СЕУ внаслідок їх великої різноманітності не існує. Однак їх розрізняють за основними ознаками:

- роду палива: ті, що працюють на органічному (нафта, газ, вугілля, синтетичні палива і ін.) і ядерному;

- роду робочого тіла: парові (пар) і газові (продукти згоряння органічного палива або нагріте газ);

- типу ГД: дизельні, двигуни, газотурбінні, комбіновані;

- способу передачі потужності до рушіїв: з прямою (безпосередньою), механічною (редукторною), гідравлічною, електричною та комбінованою передачами;

- числу валопроводів: одновальні і багатовальні;

- числу ГД, що працюють на один вал: одномашінні і багатомашинні;

- способу забезпечення реверсу судна: з реверсивним ГД; з нереверсивним ГД і реверсредуктором або реверсивної муфтою; з нереверсивним ГД і забезпеченням заднього ходу за допомогою ГРК;

- ступеня автоматизації, способу управління і обслуговування: неавтоматизовані і частково автоматизовані СЕУ з місцевим постом управління і постійної вахтою в МВ; автоматизовані СЕУ з ДАУ, з постійною вахтою в центральному посту управління (ЦПУ) і періодичним обслуговуванням в МВ (ступінь автоматизації А2); автоматизовані СЕУ з ДАУ, без постійної вахти в ЦПУ і МВ і з періодичним обслуговуванням (ступінь автоматизації А1).

Дамо деякі пояснення і доповнення до такої класифікації СЕУ.

У ДУ головний двигун - дизель. Це найекономічніший і універсальний у використанні судновий ГД, тому він широко застосовується. Розрізняють малооборотні дизелі - МОД (нд = 50ч350 об/хв), що працюють безпосередньо на гвинт (через валопровід - пряма передача), середньооборотні - СОД (нд = 350ч750 об/хв) з передачею потужності на гвинт через зубчасту або гідравлічну передачу і високооборотні - ВОД (нд = 7504ч2500 об/хв) з зубчастою або електричною (через ГЕД) передачею потужності на гвинт. Спільно з зубчастою передачею дизель утворює дизель-редукторний агрегат (ДРА) і сама ДУ в цьому випадку називається дизель-редукторною (ДРУ). Спільно з електрогенератором дизель становить дизель-генератор (ДГ) і ДУ називають дизель-електричною.

Застосування паротурбінного двигуна пов'язане з необхідністю включати до складу установки паровий котел або парогенератор, в якому за рахунок спалювання органічного вуглеводневого палива або за рахунок теплової енергії ядерного реактора виробляється водяна пара для парової турбіни. На судах застосовуються той і інший варіанти, частіше перший.

Паротурбінні установки ПТУ можуть бути з зубчастою і електричною передачами. У першому випадку спільно з зубчастою передачею парова турбіна утворює головний турбозубчатий агрегат (ГТЗА), а в другому (спільно з електрогенератором) - головний турбогенератор.

На деяких пароплавах (старих, відносно дрібних судах - портових буксирах і ін.) застосовується парова машина - малоекономічний морально застарілий і громіздкий ГД, хоча надійний, всережимний. Особливо цінними якостями парової машини слід вважати можливість великих перевантажень по потужності і багаторазове збільшення крутного моменту при зниженні частоти обертання валу, що для деяких судів, зокрема льодового плавання, дуже важливо і сприятливо.

Головний двигун газотурбінної установки - газотурбінний. У ньому необхідне для роботи газової турбіни робоче тіло - газ з відносно високими тиском і температурою - отримують за рахунок теплоти, що виділяється при спалюванні органічного палива. Можлива робота ГТУ і на гарячих газах, що нагріваються за рахунок теплоти ядерного реактора.

Газотурбінні установки відкритого (незамкнутого) циклу поділяють на установки з камерами згоряння і з вільно-поршневими генераторами газу (ВПГГ), які було застосовано тільки на лісовозах, що випускалися в СРСР. В сучасних ГТУ енергія на рушій передається за допомогою зубчастої, гідравлічної або комбінованої передач.

Дизельні установки працюють на органічному паливі. Паро- і газотурбінні установки, як зазначалося, можуть працювати як на органічному, так і на ядерному паливі.

Комбінованою СЕУ вважається така, в якій застосовані два типи ГД (зазвичай парова і газова турбіни, а також дизель і парова турбіна) з термодинамічно пов'язаними циклами роботи, тобто, коли енергія з одного циклу (контуру установки) передається в інший цикл (контур). Наприклад, якщо за допомогою теплоти випускних газів ГТД генерується пар для ПТУ, що працює на гребний вал або на компресор ГТД, то СЕУ називається комбінованою газопаротурбінною установкою - ГПТУ (основний цикл - газовий; таку установку називають ГТУ з теплоутилізаційнию контуром - ТУК). Якщо основним циклом буде паровий, а додатковим - газовий, установка називається комбінованою парогазотурбінною - ПГТУ (наприклад, випускні гази високонапірного парового котла йдуть в газову турбіну, яка приводить компресор, що подає повітря в топку котла).

До комбінованих СЕУ можна віднести і ДУ з ТУК, потужність парової турбіни якого передається на гребний вал або використовується для приводу електрогенератора (в свою чергу, електроенергія витрачається на загальносуднових споживачі і на привід ГЕД). Таку установку можна назвати дизель-паротурбінною.

Комбіновані установки застосовують з метою підвищення ККД СЕУ, тобто, зменшення питомої витрати палива ge, г/(кВт•ч).

Установки комбінованого типу застосовуються в тих випадках, коли судно має два ходових режими, що різко відрізняються споживаною потужністю і тривалістю. Змішаною установкою іноді називають СЕУ, що складається з різнотипних ГД з термодинамічно не пов'язаними циклами. У таких установках ГД одного типу (дизель, парова турбіна - маршові двигуни) забезпечують тривалий економічний хід, а двигуни іншого типу (зазвичай газотурбінні - форсажні двигуни) - забезпечують досягнення повної (форсованої і відносно короткочасної) швидкості. У форсованому режимі можуть працювати спільно маршові і форсажні двигуни.

На початку 60-х років двадцятого століття, в деяких випадках, застосовували установки змішаного типу з паротурбінними агрегатами економічного ходу і з ГТД, що підключаються в форсованому режимі. Останнім часом віддають перевагу установкам умовного змішаного типу з окремими ГТД економічного ходу і з легкими форсажними ГТД (умовного тому, що в СЕУ встановлені не різнотипні, а однотипні ГД).

Багатовальні СЕУ застосовують при великій потужності ГД (наприклад, на криголамах). На сучасних морських транспортних судах найчастіше встановлюють одновальні СЕУ (дизельні з прямою передачею, дизельні і паротурбінні з зубчастої передачею).

1.4 Склад СЕУ, що працюють на органічному пальному

На органічному паливі працюють СЕУ всіх типів, тобто дизельні, паро- і газотурбінні, комбіновані і змішані.

Поширені на судах дизельні ЕУ різноманітні, їх склад залежить від типу судна і застосовуваного ГД, способу передачі енергії на гребний вал, здійснення реверсу судна та іншого.

Дизельні установки. Дизельні установки розрізняють за такими основними ознаками:

За типом ГД: з МОД, СОД, ВОД та комбіновані дизель-газотурбінні (ДГТУ), в яких застосовані маршові дизелі і форсажні ГТД (для прискорення до повного ходу і короткочасного підвищення потужності).

За типом рушія: з гребними ГФК; з гребними ГРК; з співвісними гребними гвинтами протилежного обертання; з крильчатим рушієм; з водометним рушієм. За типом передачі потужності на рушій:

- з прямою передачею (найчастіше це реверсивний МОД, вихідний фланець якого жорстко з'єднаний з валопроводом і ГФК, або нереверсивний МОД в поєднанні з ГРК; тоді в маточині ГРК або на валопроводі встановлюється МЗК, рис. 1.4, а);

- з механічною (редукторною) передачею (СОД або ВОД з нереверсивним або реверсивним редуктором, рис. 1.4, в);

- з гідравлічною передачею (можливе застосування гідромуфт і гидротрансформаторів; гідравлічного насоса, що приводиться дизелем, і гідромотора, що працює на гребний гвинт, або водометного рушія);

- з електричною передачею (дизель-електричні установкиз ГДГ і ГЕД, рис. 1.4, б);

- з комбінованою передачею (наприклад, електричної і редукторною, рис. 1.4, г, редукторною і гідравлічної).

За кількістю гребних валів:

- одновальні (найбільш поширені установки

з МОД - на морських і з СОД або ВОД - на річкових суднах);

- многовальние (частіше двухвальні і рідше трехвальние установки).

За кількістю ГД, що працюють на один вал: одномашінні; багатомашинні, з яких найбільш широко застосовуються установки з двомашинними, рідше з трьох-і четирехмашинними дизель-редукторними агрегатами (рис. 1.4, в, двигуни № 1, ..., № 4 позначені в порядку можливої ??послідовної сукупності їх роботи на редуктор).

За способом забезпечення реверсу судна: з реверсивним ГД і ГФК; з нереверсивним ГД, з реверсредуктором або реверсивної муфтою і ГФК; з нереверсивним ГД і забезпеченням заднього ходу за допомогою ГРК.

На транспортних морських судах найбільш поширеною є одновальна ДУ з МОД і прямою передачею на гвинт.

Все ширше застосовуються також ДРУ з СОД, що дозволяють значно (в 3-5 разів) зменшити висоту МВ (що важливо для поромів, судів з горизонтальним вантаженням-вивантаженням) і отримати інші позитивні якості, (відбір потужності від редуктора на електрогенератор і допоміжні механізми, зміна сумарної потужності в широкому діапазоні і т. д.). Вони використовуються як на транспортних (включаючи судна льодового плавання), так і на промислових судах, а також на суднах допоміжного флоту (буксирах, земснарядах та ін.).

Двохвальні ДУ з прямою передачею застосовуються на річкових, пасажирських теплоходах, поромах, буксирах.

1 гребний гвинт; 2 - гребний вал; 3 - дейдвудна труба; 4 - проміжний вал; 5 - опорний підшипник; 6 - ГУП; 7- ГД (МОД - для варіанту а, СОД - для варіанту в); 8 - ГЕД; 9 - головні ДГ; 10 - еластична сполучно-раз'єднувальна муфта; 11- редуктор



Рисунок 1.4. Схеми основних типів ДУ з передачами: а - прямя; б - електрична; в - механічна (редукторна); г -комбінована (електрична і редукторна):

Трьохвальні ДУ з прямою передачею мають обмежене застосування, наприклад, на великотоннажних контейнеровозах при швидкості до 25-30 уз і сумарної потужності СЕУ більш 45-50 МВт.

Чотирьохвальні ДУ з прямою передачею на судах практично не застосовуються. Дизель-редукторні установки з ВОД встановлюють на малотоннажних судах і швидкохідних катерах.

Дизельні установки з гідропередачею використовуються на судах льодового плавання, річкових суднах, буксирах, малих поромах, для підрулюючих пристроїв і приводу активних рулів на великотоннажних морських судах, на спеціальних судах, де потрібно забезпечити можливість роботи СЕУ в широкому діапазоні навантажень і високі тягові характеристики на знижених частотах обертання гребного гвинта.

Дизель-електричні установки доцільно застосовувати на судах, де потрібна швидка зміна режиму роботи. До них відносяться лінійні криголами, судна активного льодового плавання, великі рибальські траулери, пороми і ін. Особливо потужні ДЕУ (до 35 тис. КВт і більше) встановлюють на криголамах. Для ДЕУ головними двигунами можуть бути СОД і ВОД.

Електроенергією судно з ДУ забезпечується автономними ДГ, утилізаційними турбогенераторами (УТГ) і валогенераторами. Останні можуть мати привід від проміжного валу за допомогою текстропної передачі, від відомої шестерні редуктора (тільки на ходу судна) або від його провідної шестерні (як на ходу, так і на стоянці).

Для показаного на рис. 1.4, в варіанту ДУ можна використовувати тільки один (№ 1) дизель, два (№ 1-й № 2), три (№ 1, № 2 і №3) або всі чотири дизеля, що працюють на редуктор. Крім того, від редуктора можуть приводитися валогенератор, вантажні насоси та інші допоміжні механізми (наприклад, насоси систем, які обслуговують ГД).

У змішаній, наприклад дизель-газотурбінної установкі крім маршових дизелів застосований і форсажний газотурбінний двигун ФГТД, що працює через знижувальну передачу на загальний редуктор 11 і далі на ГРК.

На суднах використовуються і інші схеми ДУ: з вбудованим в двигун реверсредуктором, з колонковим редуктором (коли лінії валу ГД і гребного гвинта розташовані на різних рівнях), з кутовим редуктором, з редуктором-роздільником потужності від одного ГД на два потоки, з двошвидкісним або планетарним редуктором і ін. Такі схеми раціонально застосовувати на швидкохідних катерах для заглиблення гребного гвинта. Як приклад на рис. 1.5, а показана одна з різновидів подібних ДУ, які можна встановлюватись на палубі в кормі відносно невеликих суден і барж.



Рисунок 1.5. Розташування на судні (а); обладнання ДУ з редуктором і вертикальною колонкою гребного гвинта (б)

Установка складається з двох агрегатів, кожен з яких включає (рис. 1.5. б): дизель 7 марки МАН-В і B6L 20/27 потужність 525 кВт (п = 1000 об / хв), редуктор 8, проміжний вал 9 з шарнірним підключенням обох кінців, вертикальну колонку 2 з гребним валом і гвинтом 1. В залежності від осадки судна заглиблення гребного гвинта (положення колонки), а значить, проміжного валу змінюється. Колонка переміщається за допомогою гідравлічної системи. Дизель встановлений в металевому кожусі 5. Рештою позиціями на рис. 1.5, б позначені: 6 - електровентилятори (для продування моторного відсіка- кожуха); 3 - газовипускная труба з глушником; 4 - труби з грибоподібними головками для забору всмоктуваного повітря.

Паротурбінні установки застосовуються на ряді типів суден. Їх приваблива особливість в тому, що не дивлячись на малу енергетичну ефективність, є можливість використовувати дешеве низькосортне пальне. Установка працює по закритому циклу. Робочим тілом є вода (в паровій і рідкій фазах). До складу найпростішої ПТУ (рис. 1.6, а) входять паровий котел ПК, парова турбіна Т, конденсатор Кн, живильний насос Н, редуктор Р, головний упорний підшипник ГУП і валопровід з гребним гвинтом.

Рисунок 1.6. Принципова схема (а), цикл (б) найпростішої ПТУ

Теоретично ПТУ працює по ідеальному циклу Ренкіна - рис. 1.6, б (з ізоентропійним розширенням 1-2 і постійністю тиску p1 і р2 підведення і відведення теплоти в циклі). У паровому котлі за рахунок теплоти палива, що спалюється вода при р1=const нагрівається до температури кипіння (процес 3-4), кипить при постійній температурі і тиску (4-5), потім велика частина пара направляється в пароперегрівач котла і перегрівається до заданої температури Т1 (5-1), а частина насиченого (або перегрітого) пара надходить до допоміжних механізмів ДМ (турбогенератор, вантажні насоси).

Перегріта пара з тиском р1 і температурою Т1 надходить в турбіну, розширюється в ній (теоретично по ізоентропійному процес 1-2, в дійсності - по політропному процес 1-2д). Отримана механічна енергія від валу турбіни Т через редуктор Р передається на гребний гвинт, упор якого сприймається ГУП для руху судна.

Газотурбінні установки. У судновій енергетиці переважне поширення набули ГТД, що працюють по відкритому циклу з підведенням теплоти при постійному тиску.

До складу найпростішої ВМД (рис. 1.7, а) входять компресор К, камери згоряння КС і турбіна Т, поєднана жорстким механічним зв'язком одночасно з компресором і споживачем корисної енергії (в даному випадку-редуктором Р, валопроводом і гребним гвинтом). Така установка називається одновальной або блокованою.

Рисунок 1.7. Принципова схема (а); цикл (б) найпростішої ГТУ

Компресор всмоктує атмосферне повітря з параметрами p1 і T1 (точка 1 в циклі на рис. 1.7, б), стискає його до тиску р2 і подає в камеру згоряння.

Разом з повітрям в КЗ подається паливо, при згорянні якого при постійному тиску р2 = р3 утворюються гази з необхідною температурою Тз = (800ч1000) + 273 К.

З метою підвищення ефективності роботи ГТУ їх ускладнюють, вводячи нові елементи, що забезпечують роздільний привід компресора і гребного гвинта (поділяють на турбінні щаблі), регенерацію та утилізацію теплоти, проміжні охолодження і підведення теплоти і ін.

В ЕУ транспортних суден застосовують ГТУ трьох основних типів: з легкими ГТД авіаційного типу; з ГТД промислового типу (важкими, використовуваними в стаціонарній практиці); з ГТД, що працюють з теплоутилізаційним контуром (ГТУ з ТУК).

В якості легких двигунів використовують авіаційні ГТД, конвертовані для суднових умов, або розробляють спеціальні (суднові) двигуни.

Склад комбінованих і змішаних СЕУ залежить від типу маршової і додаткової (форсажній і ін.) ЕУ.

Висновок

Сучасне судно обладнане різноманітними машинами та механізмами, які в сукупності і у взаємозв'язку з пристроями та апаратами утворюють суднову енергетичну установку (СЕУ). За допомогою СЕУ забезпечується рух судна і його маневри, безпека плавання і живучість, вантажні операції і інші функції відповідно до призначення судна, збереження вантажу, що перевозиться, нормальні умови для роботи та відпочинку екіпажу і пасажирів.

Література

1. Судовые энергетические установки/ Г.А. Артамонов, В.П. Волошин, Ю.В. Захаров, А.Я. Шквар, - Л.: Судостроение, 1987, 480 с, ил.

2. Сенков Г.И. Судовые энергетические установки, их эксплуатация и ремонт: Учебник - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1986. - 328с, ил.

3. Судовые энергетические установки и электрооборудование судов: учебник / И.А. Бурмака, А.В.Кирис, Н.А. Козьминых -- Одесса: ОНМА, 2013. -- 136 с.

Размещено на Allbest.ru

...