Загальна будова та принцип роботи суднових енергетичних установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

РЕФЕРАТ

з дисципліни “Суднові енергетичні установки та електрообладнання суден”

на тему: “Загальна будова та принцип роботи суднових енергетичних установок”

Виконав: студент 2 спз

Діхтяр А.В.

Перевірив: асистент

Палагній В.І.

Херсон 2021

Судова енергетична установка - комплекс машин, механізмів, теплообмінних апаратів, джерел енергії, пристроїв і трубопроводів - призначених для забезпечення руху судна, а також постачання енергією різних його механізмів.

До складу енергетичної установки входять:

ГЕУ - головна енергетична установка (що призводить судно в рух і працює на власні потреби);

Допоміжні механізми - дизельні генератори, котли, компресори, опріснювальні установки.

ГЕУ спільно з гребним двигуном, валопроводи і рушієм утворює пропульсивную установку.

Елементи, що входять до складу ГЕУ називають головними.

Дизельна енергетична установка (Д.Е.У.) - суднова енергетична установка, в якій в якості головних двигунів використовуються один або кілька дизелів. На судах поширені дизельні енергетичні установки з малооборотних (100-150 об / хв. - безпосередньо надають руху судновий рушій) і середньооборотних (300-1000 об / хв. - призводять рушій в обертання через редуктор) дизелями.

Основним елементом Д.Е.У. є дизель - двигун внутрішнього згоряння, винайдений німецьким вченим і інженером Рудольфом Дизелем (1858-1913). Дизельна енергетична установка складається з дизеля, допоміжних механізмів, систем і пристроїв.

Дизельні Енергетичні Установки класифікуються головним чином за типом двигуна внутрішнього згоряння (Д.Е.У. з мало-, середньо- і високооборотними двигунами внутрішнього згоряння) і типом головної передачі. У Дизельною Енергетичної Установки з прямою передачею на судах транспортного флоту середнього і великого водотоннажності застосовуються двотактні малооборотних крейцкопфні реверсивні дизелі. Потужність таких установок сягає 40 тис. КВт. Частота обертання малооборотних дизелів становить від 90 до 350 об / хв і збігається з частотою обертання гребного гвинта, що забезпечує високе значення пропульсивного коефіцієнта. Малооборотних дизелі пристосовані до роботи на сірчистих паливах важких сортів, що в поєднанні з утилізацією теплоти забезпечує високі економічні показники установки. Дизельні Енергетичні Установки з механічною або гідравлічної передачами виконуються на базі як середньооборотних, так і високооборотних дизелів переважно чотиритактного нереверсивного типу. Дизельні Енергетичні Установки на базі середньооборотних дизелів застосовуються на судах малого і середнього водотоннажності. Використання багатомашинних агрегатів забезпечує застосування таких установок і на судах великої водотоннажності.

Потужність Дизельною Енергетичної Установки зі середньооборотних дизелями може досягати 25 тис. КВт при використанні палива важких сортів і утилізації тепла відхідних газів. Дизельні Енергетичні Установки з механічною і гідравлічної передачами для судів малої водотоннажності (катери і т. П.) Виконуються на базі чотиритактних високооборотних дизелів, мають відповідні масогабаритні показники. Дизельні Енергетичні Установки з електричною передачею в поєднанні з дизелями підвищеної оборотності застосовуються на судах, до яких пред'являються високі вимоги по маневреності і тяговим характеристикам (криголами, буксири, рятувальні, пороми і т. П.). Потужність таких установок сягає 10 тис. КВт.

Першим ідею застосування дизелів на судах і кораблях висунув в 1898 році відомий російський інженер-кораблебудівник, професор Костянтин Петрович Бокалевскій (1862-1928). У військовому флоті вона була реалізована практично тільки в 1910 році, коли на Балтійському заводі були побудовані і спущені на воду 8 канонерських човнів з Д.Е.У. для Амурської флотилії. При водотоннажності 946 т, при потужному артилерійському озброєнні швидкість ходу кораблів становила 12 вузлів при дальності плавання 2000 миль. У сучасному військово-морському флоті Д.Е.У. широко застосовуються на кораблях малого та середнього водотоннажності.

До основних переваг Д.Е.У. можна віднести: 1. Хороші масо-габаритні показники; 2. Висока економічність; 3. Високі маневрені якості; 4. Практично негайна готовність до дії. До недоліків Д.Е.У. відносяться: 1. Порівняноневелика агрегатна потужність; 2. Підвищена гучність і вібрація при роботі.

В даний час на судах поряд з дизельними енергетичними установками застосовують двигуни установки, газотурбінні установки. Найбільш економічні та перспективні дизельними енергетичними установками з безпосередньою передачею на гвинт і дизель-редукторні. Загальна місткість суден з дизельними енергетичними установками і дизель-електричними установками становить 68% тоннажу світового флоту (суду з дизель-електричними енергетичними установками становлять близько 1%).

На суду з паросиловими установками і газотурбінні установки доводиться 32%, з них 96,4% на суду з паротурбінними установками, 1,9% на суду з поршневими паровими машинами і 1,7% на суду з комбінованими установками.

Мал. 1 - Приклад двухтактного дизельного двигуна від виробника Kawasaki

В дизельній СЕУ є допоміжні системи:

паливна система - система подавання пального або система живлення ДВЗ -- комплекс апаратури в двигунах внутрішнього згоряння, що призначений для живлення двигуна пальним, а також його зберігання й очищення. Для зменшення в'язкості паливо підігрівається і звільняється в сепараторах і фільтрах від рідких і твердих домішок.

Система змащення - призначена для зменшення тертя між спряженими деталями двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) шляхом подачі мастила у зони тертя.

Система охолодження - Система охолодження двигуна внутрішнього згоряння - сукупність пристроїв, що забезпечують підведення охолоджуючої середовища до нагрітих деталей двигуна і відведення від них в атмосферу зайвої теплоти, яка повинна забезпечувати найбільший ступінь охолодження і можливість підтримки в необхідних межах теплового стану двигуна при різних режимах і умовах роботи.

Газотурбінна СЕУ - різновид суднової енергетичної установки (СЕУ), в якій в якості головного двигуна використовується газотурбінний двигун. Широке поширення ці установки отримали в 50-х рр. XX ст. на кораблях і пізніше на судах на підводних крилах і судах на повітряній подушці.

Першим великим морським судном з газотурбінним Енергетичної Установкою є вантажне судно "Паризька комуна" (СРСР), побудоване в 1967 р Потужність установки становила 9600 кВт. Газотурбінна Енергетична Установка включає газовотурбінний двигун (ГТД), зубчасті редуктори (або електропередачу), допоміжні механізми і системи. Перетворення хімічної енергії палива, утворення робочого тіла (газу) і перетворення його теплової енергії в механічну енергію здійснюється в ГТД, який через редуктор обертає гребний гвинт.

Система прийому повітря складається їх шахт забору повітря і систем очищення, які включають спеціальні сепаратори і фільтри. У систему газовипуска входять пристрої для охолодження вихідних газів. У складі газотурбінних Енергетичної Установки може бути кілька ГТД, що працюють спільно через загальний редуктор на гвинт. Основна перевага газотурбінних Енергетичної Установки перед іншими СЕУ - менші маса і габарити при великій агрегатної потужності, а також висока маневреність і порівняльна простота пристрою. В даний час на судах застосовують, як правило, Газотурбінні Енергетичні Установки відкритого циклу, в яких повітря забирається з атмосфери в ГТД і відпрацьований газ виходить в атмосферу. Однак з освоєнням ядерних газогенераторних установок можливо використовувати Газотурбінні Енергетичні Установки закритого циклу з циркуляцією робочого тіла.

Суднові і корабельних газотурбінних двигунів можна класифікувати за наступними ознаками:

по використанню ГТД в складі СЕУ:

на головні, що використовуються для забезпечення руху судна;

допоміжні, використовувані для отримання теплової та електричної енергії (Газотурбогенератори - ГТГ).

У свою чергу головні ГТД поділяються на:

маршові, використовувані на економічних ходах з метою забезпечення встановленої дальності плавання;

форсажні (ГТД повного ходу), призначені для забезпечення ходу від економічного до повного;

всережимним, використовувані на всіх режимах роботи ГЕУ;

по конструкції проточної частини:

на активні, в яких перетворення енергії потоку газу відбувається тільки в спрямовуючий апараті;

реактивні, в яких перетворення енергії потоку газу відбувається як в спрямовуючий апараті, так і в каналах робочих лопаток);

змішані, що поєднують в собі як активну, так і реактивну частини;

по використанню в термодинамічній циклі теплообмінних апаратів:

без використання теплообмінних апаратів;

з регенератором;

з проміжними охолоджувачами повітря;

з проміжним підігрівом газу;

з котлом-утилізатором;

комбіновані (з використанням кількох видів теплообмінних апаратів);

по току робочого тіла в компресорах і турбінах:

на прямоточні, в яких повітря і продукти згоряння рухаються уздовж осі двигуна послідовно через проточні частини компресорів, камери згоряння, проточні частини турбін, без зміни напрямку руху;

непрямоточний: до складу таких двигунів (установок) входять регенератори, проміжні охолоджувачі повітря і інші теплообмінні апарати, при протіканні через які повітря і продукти згоряння змінюють напрямок свого руху;

по розташуванню турбін щодо компресорів:

з прямим з'єднанням турбомашин, коли турбіна сполучена з валом однойменного компресора (ТВД - КВД, ТНД - КНД);

з перехресним з'єднанням турбомашин;

з полуперекрестним з'єднанням турбомашин;

по розташуванню пропульсивной турбіни:

з пропульсивной турбіною високого тиску;

з пропульсивной турбіною середнього тиску;

з пропульсивной турбіною низького тиску;

по можливості здійснення реверсу:

реверсивні двигуни з турбіною заднього ходу;

реверсивні з двоярусними лопатками і поділом потоків;

з реверсивними доцентровими турбінами;

нереверсивні;

по кратності циркуляції робочого тіла:

з одноразовою циркуляцією - ГТД відкритого циклу, як правило, використовується в якості суднових і корабельних двигунів;

з багатократною циркуляцією - ГТД закритого циклу, використовувані в ядерних газотурбінних установках;

по виду виконуваної роботи:

ГТД з вироблення механічної енергії, що працюють на водяній або повітряний гвинт, або призводять в дію електрогенератори;

ГТД з вироблення газодинамической енергії - турбореактивні двигуни;

за родом використовуваного палива:

ГТУ, що працюють на природному органічному паливі;

ГТУ, що використовують ядерне паливо. Такі установки називаються ЯГТУ - ядерними газотурбінними установками. Вони в свою чергу можуть бути одноконтурні та багатоконтурними. Замість камери згоряння нагрів газу відбувається в активній зоні газоохолоджувальні ядерного реактора, а після здійснення роботи в газовій турбіні газ прямує в регенератор і охолоджувач;

за родом робочого тіла:

з використанням повітря (як правило, ГТД відкритого циклу);

з використанням інертних газів - водню, гелію, азоту, вуглекислого газ

для перспективних ЯГТУ закритого циклу.

Мал. 2 - Паротурбінна СЕУ

Суднові парові турбіни зазвичай складаються з двох каскадів: високого і низького тиску, кожен з яких через понижуючий редуктор обертає вал гребного гвинта. На військово-морських судах часто додатково ставлять невеликі турбіни для крейсерського режиму, які використовують для підвищення економічності, а при максимальних швидкостях включаються потужні турбіни. Каскад високого тиску обертається зі швидкістю 5000 об/хв.

На сучасних парових судах живильна вода з конденсаторів в підігрівачі подається через кілька ступенів нагріву. Нагрівання відбувається за рахунок тепла робочого тіла турбіни і відходять топкових газів, що обтікають економайзер.

Майже все допоміжне обладнання має електричний привід. Електрогенератори з приводом від парових турбін зазвичай виробляють постійний струм напругою 250 В. Використовується і змінний струм.

Якщо передача потужності від турбіни на гвинт здійснюється через редуктор, то для забезпечення заднього ходу (зворотне обертання гвинта) застосовується додаткова невелика турбіна. Потужність на валу при зворотному обертанні становить 20-40% основної потужності.

Електропривод від турбіни до гребного гвинта був дуже популярний в 1930-і роки. В цьому випадку турбіна обертає високооборотний генератор, а вироблена електроенергія передається на малооборотних електродвигуни, які обертають гребний вал. ККД зубчастої передачі (редуктора) приблизно 97,5%, електроприводу - близько 90%. У разі електроприводу зворотне обертання забезпечується просто перемиканням полярності.

Мал. 3

Ядерна СЕУ - Судновий ядерною енергетичною установкою - ЯЕУ називається комплекс обладнання і технічних засобів, що забезпечує рух і населеність судна, а також виконання всіх технологічних операцій, обумовлених призначенням судна, на основі використання і перетворення ядерної енергії.

Відрізняються ЯЕУ від інших:

- дуже високою енергоємністю ядерного палива;

- виникненням потужних полів іонізуючих випромінювань при роботі ядерної енергетичної установки;

- накопиченням значних кількостей радіоактивних відходів.

Висока енергоємність ядерного палива забезпечує всі основні переваги суднових ЯЕУ: можливість створення суднових енергетичних установок необмежено великої потужності, необмеженої автономності, меншою (з урахуванням запасів палива) маси, ніж у установок, що працюють на різних видах органічного палива. Однак виникнення потужних полів іонізуючих випромінювань і накопичення в процесі експлуатації ЯЕУ значних кількостей радіоактивних відходів створюють певні проблеми забезпечення радіаційної безпеки обслуговуючого персоналу і виключення радіоактивного забруднення навколишнього середовища.

Склад і компонована схема суднової ядерної енергетичної установки залежить від типу генеруючої частини, до складу якої може входити ядерна парогенеруючі установка або газоохолоджувальні реактор, і виконавчої частини, в якості якої можуть використовуватися парова або газова турбіни, а також від цілей і завдань, які виконуються судном.

Судова ЯЕУ характеризуються деякими особливостями, що відрізняють їх як від стаціонарних наземних ЯЕУ, так і від суднових енергетичних установок, що працюють на традиційному органічному паливі. До таких специфічних особливостей можна віднести:

Особливі умови експлуатації судна (крен, диферент, хвилювання моря, струсу і вібрації корпусу), які призводять до неможливості застосування багатьох конструктивних рішень, які використовуються в наземних ЯЕУ;

Обмеженість енергоприміщень судна і жорсткі вимоги до габаритними показниками судновий ЯЕУ, що призводять до необхідності використання високозбагачених ядерних палив, що обмежують вибір конструкційних матеріалів і ускладнюють конструкцію біологічного захисту;

Значна автономність судна і відірваність від місць базування та забезпечення ремонту, що пред'являють жорсткі вимоги до надійності всіх елементів суднової ЯЕУ і високої кваліфікації обслуговуючого персоналу;

Необхідність використання різних ходових режимів в діапазонах від малих до повних ходів, а також здійснення реверсу, що ставить високі вимоги до маневреності ЯЕУ;

Можливості виникнення аварійних ситуацій з судном (навігаційні аварії, бойові пошкодження кораблів, можливі затоплення судна), що призводять до необхідності використання додаткових засобів і пристроїв локалізації можливих радіоактивних забруднень навколишнього середовища.

ЯЕУ відрізняються по типу главного двигуна: двигуни ЯЕУ, в яких в якості головного двигуна використовується парова турбіна. При цьому генеруючої частиною установки є ядерна парогенеруючі установка;

газотурбінні ЯЕУ, в яких в якості головного двигуна використовується газова турбіна. При цьому в генеруючої частини установки зазвичай використовується газоохолоджувальні реактор.

дизельний двигун судно

Мал. 4

Список використаної літератури

1. веб-сайт https://mirmarine.net

2. веб-сайт https://www.krugosvet.ru

3. веб-сайт https://uk.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru