Судовая паротурбинная установка реферат

Обновлено: 05.07.2024

В середине XX века ПТУ уступала дизельной ЭУ по удельному расходу топлива 230÷320 против 200-230 г/кВт ч; но ПТУ была менее требовательна к качеству топлива и при мощности свыше 20 МВт имела меньшую построечную стоимость, меньше массу и габариты по сравнению с СЭУ с ДВС.

Рис. 2. Принципиальная схема судовой паротурбинной установки.

1. – паровой котел. 2. – паропровод насыщенного пара. 3. – паропровод перегретого пара. 4. – вспомогательный турбоагрегат. 5. – главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА). 6. – вспомогательный конденсатор. 7. – главный конденсатор. 8. - конденсатный насос. 9. - конденсатный насос. 10. – смесительный подогреватель питательной воды (деаэратор).

11. – подвод греющего пара. 12. – питательный насос. 13. – подогреватель питательной воды. 14. – подогреватель питательной воды. 15. – топливный насос. 16. – расходная топливная цистерна. 17. – топливные фильтры. 18. – подогреватель топлива. 19. – вентилятор котельный. 20. –газоход.

В паротурбинной установке рабочее тело непрерывно циркулирует по замкнутому контуру, претерпевая циклическое изменение своего состояния, вода – пар – вода и т.д.

Вода за счет тепловой энергии топлива в паровом котле, превращающейся в пар заданных давления и температуры, большая часть которого поступает в главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА) 5 (рис.2.), остальная часть направляется к вспомогательному турбоагрегату.

Отработавший в ГТЗА пар поступает в главный конденсатор 7, где конденсируется и насосом 8 в виде конденсата (воды) нагнетается в подогреватель питательной воды (ППВ)10. Сюда же насосом 9 подается конденсат от вспомогательного конденсатора 6, а также греющий пар от отборов ГТЗА. Вода в ППВ 10 смешивается с паром и нагревается до температуры кипения. Растворенные в ней газы удаляются в атмосферу, т.е. смесительный подогреватель 10 служит также деаэратором питательной воды. Из подогревателя – деаэратора 10 питательным насосом 12 вода нагнетается в паровой котел (через ППВ 13 и 14, обогреваемые паром из отборов ГТЗА). В котле теплота, выделившаяся при сжигании органического топлива, передается от дымовых газов воде и пару. Топливо в топку котла 1 подается из расходной топливной цистерны 16 насосом 15 через фильтры 17 и подогреватель топлива 18. Туда же вентилятором 19 и из атмосферы подается воздух, а образующиеся при сгорании топлива дымовые газы отводятся в дымовую трубу.

Установка, обеспечивающая движение судна, называется главным турбозубчатым агрегатом (ГТЗА), в его состав входят главные турбины, главная передача, главный конденсатор, органы управления и регулирования, валоповоротное устройство и подъемно транспортное приспособление для разборки и сборки турбин.

1. ТВД совместно с ТСД 2. ТНД 3. конденсатор

4. редуктор 5. соединительная муфта 6. главный упорный подшипник

Поскольку турбина является двигателем, то для обеспечения заднего хода судна устанавливают турбину заднего (ТЗХ). Она размещается обычно в одном корпусе с ТНД и состоит из нескольких ступеней. При наличии электропередачи или винта регулируемого шага (ВРШ) необходимость в ТЗХ отпадает.

Паровая турбина относится к двигателям, в которых тепловая энергия подведенного пара вначале превращается в кинетическую и только после этого используется для работы. Паротурбинные двигатели на судах применяются с 1895 г. Практически турбинный двигатель впервые был установлен на боевых кораблях в первом десятилетии XX в., а уже позднее стал использоваться на больших пассажирских судах. В 50-е гг. началась конкурентная борьба между паротурбинными и дизельными установками за применение на больших судах для перевозки массовых грузов и на танкерах. Сначала на судах дедвейтом 30—40 тыс. т и больше преобладали паротурбинные установки, однако быстрое развитие двигателей внутреннего сгорания привело к тому, что в настоящее время ряд судов дедвейтом более 100 тыс. т оснащается дизельными установками. Только на очень больших судах дедвейтом более 200 тыс. т устанавливают паротурбинные двигатели. Паротурбинные установки сохранились также на крупных боевых кораблях военно-морского флота, а также на быстроходных и больших контейнерных судах, когда мощность главного двигателя составляет 29440 кВт и более. Паровые турбины являются гидравлическими тепловыми двигателями, в которых в отличие от поршневых паровых машин и поршневых двигателей внутреннего сгорания не требуется преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение гребного винта. За счет этого упрощается конструкция и решаются многие технические проблемы. Кроме того, паровые турбины даже при очень большой мощности имеют сравнительно небольшие размеры, так как частота вращения ротора довольно высока и в зависимости от типа и назначения турбины составляет от 3000 до 8000 об/мин.

Каждая турбина включает в себя следующие основные конструктивные детали:

- неподвижные направляющие лопатки или сопла, в которых тепловая энергия пара за счет перепада давления и температуры преобразуется в кинетическую (энергия потока);

- направляющие лопатки как части ротора, при сквозном проходе, через которые кинетическая энергия пара производит работу.

Направляющие лопатки применяют в том случае, когда конечное давление расширения составляет более 55% давления пара на входе, в других случаях используют сопла. Скорость выхода пара из турбины достигает 500—600 м/с. Прохождение потока пара через сопло показано на рисунке. Стрелка символически показывает повышение скорости входа пара и одновременно рост кинетической энергии.

Прохождение пара в расширительном устройстве паровой турбины

Использование кинетической энергии для совершения механической работы происходит следующим образом. Выходящий из расширительных устройств пар попадает на вогнутые профили лопаток, отклоняется от них, изменяет свое направление и за счет этого воздействует тангенциальной силой на ротор. В результате создается вращающий момент, который вызывает вращение ротора турбины. Принцип действия ступени паровой турбины показан на рисунке ниже. Этот принцип может быть осуществлен за счет активного и реактивного действия пара.

Ступень активной паровой турбины:

1 — направляющие лопатки; 2 — рабочие лопатки; 3 — вал ротора

В активных турбинах тепловая энергия преобразуется в кинетическую непосредственно в неподвижных расширительных устройствах; по обеим сторонам венца рабочих лопаток действует одинаковое давление. В реактивной турбине только часть тепловой энергии в неподвижных расширительных установках преобразуется в кинетическую. В каналах между рабочими лопатками происходит дальнейшее падение давления и превращение оставшейся тепловой энергии в кинетическую, которая используется там одновременно для выполнения механической работы. По обеим сторонам ротора рабочих лопаток в реактивной турбине действуют различные давления, которые вызывают дополнительное осевое усилие, стремящееся вращать ротор в направлении основного потока пара. Ступень реактивной турбины изображена на следующей рисунке. Здесь показано осевое усилие, возникающее из-за перепада давления перед венцом рабочих лопаток и за ним.

Ступень реактивной паровой турбины

Современные паровые турбины главной энергетической установки состоят обычно из двух корпусов. В одном корпусе находится ротор турбины высокого давления, а в другом — низкого. Каждая турбина состоит из нескольких ступеней, которые в зависимости от вида турбины обозначаются как ступени давления или ступени скорости. Рабочий пар последовательно проходит через .неподвижные венцы расширительных устройств и венцы рабочих лопаток. Так как объем пара во время процесса расширения постоянно увеличивается, рабочие лопатки по мере падения давления должны быть длиннее. В корпусе турбины низкого давления находятся особые венцы рабочих лопаток турбины заднего хода. Турбины главной энергетической установки на судах, гребные винты которых имеют изменяющийся шаг, не нуждаются в турбинах заднего хода. Наряду с турбинами главной энергетической установки в машинных отделениях судов устанавливают вспомогательные турбины, которые служат для привода генераторов, насосов, вентиляторов и т. д. Иногда их используют и на судах с дизельной энергетической установкой, например на танкерах, в качестве турбогенераторов или грузовых насосов с турбоприводом.

Судовая паровая турбина

1 — турбина высокого давления; 2 — турбина низкого давления; 3 — подшипник вала турбины; 4 — редуктор: 5 — подшипник вала с фундаментом; 6 — подшипник вала турбины; 7 — гребной винт; 8 — управляющий клапан переднего хода; 9 — управляющий клапан заднего хода

Параметры рабочего пара современных паровых турбин главной энергетической установки достигают 7,85 МПа при температуре перегрева от 510 до 520°С. Расход пара равен 2,72 кг/(кВт-ч), в то время как в поршневых паровых машинах в зависимости от типа и конструкции он составляет 5,4—8,2 кг/(кВт-ч). Мощность турбин главной энергетической установки в настоящее время достигает 36 800 кВт, удельный расход топлива — 272 г/(кВт-ч). Почти до 1920 г. частота вращения главных паровых турбин подгонялась к частоте вращения гребного вала, в связи с чем строили турбины с очень большим диаметром ротора. Для возможности увеличения частоты вращения турбин независимо от частоты вращения гребных винтов между турбинами и гребными валами стали устанавливать редукторные передачи.

Продолжительные ходовые режимы главных дизелей диктуют целесообразность установки высокопроизводительных утилизационных котлов, которые могут вырабатывать пар в количестве, достаточном как для удовлетворения общесудовых нужд в теплоснабжении, так и для работы ходового утилизационного турбогенератора.

На современных судах наибольшее распространение получили схемы глубокой утилизации теплоты, показанные на рис. 1.

В котельную установку входят вспомогательный котел с естественной циркуляцией и утилизационный котел с принудительной циркуляцией воды, имеющий свой сепаратор. Питательная вода из теплого ящика 19 питательным насосом 18 (один резервный) подается в сепаратор 17, а если надо, то и в пароводяной коллектор вспомогательного котла 3. Подпитка теплого ящика добавочной водой осуществляется из цистерны запаса воды 1 с помощью насоса 2. Принудительная циркуляция воды в утилизационном котле 8 осуществляется насосами 16.

Насыщенный пар от вспомогательного котла или от сепаратора по общей магистрали 4 поступает к потребителям. В случае остановки главного двигателя предусмотрено отключение потребителей с помощью электромагнитных клапанов 5. Предусмотрен отдельно отбор насыщенного пара на паротушение утилизационного котла по трубе 6. Основная часть насыщенного пара из сепаратора направляется в пароперегреватель утилизационного котла. Образовавшийся перегретый пар по трубе 9 поступает к турбине 12 утилизационного ходового турбогенератора.

Отработавший пар от турбины поступает в конденсатор 13, откуда в виде конденсата откачивается конденсатным насосом 14 по трубопроводу 20 в теплый ящик. По пути конденсат проходит через холодильник эжектора 15. Конденсат от потребителей, пройдя смотровую цистерну 10, поступает в атмосферный конденсатор 11 и из него самотеком по трубопроводу 21 в теплый ящик. Атмосферный конденсатор предназначен для исключения парения в теплом ящике, а смотровая цистерна — для контроля содержания в конденсате нефтепродуктов. Излишки пара из утилизационного котла могут быть сброшены в конденсаторы 11 или 13 через регулирующий клапан 7.

Рис. 1. Типовая принципиальная схема глубокой утилизации теплоты с отдельным сепаратором:

1 – цистерна запаса воды

3 – вспомогательный котел;

4 – общая магистраль;

5 – электромагнитный клапан;

7 – регулирующий клапан;

8 – утилизационный котел4

10 – смотровая цистерна;

11 – атмосферный конденсатор;

14 – конденсатный насос;

18 – питательный насос;

19 – теплый ящик;

На танкерах, где на ходу судна, помимо утилизационного, часто работает вспомогательный котел (подогрев груза, мойка танков, пропаривание), вместо сепаратора можно использовать пароводяной коллектор вспомогательного агрегата. При этом варианте вспомогательный котел может служить также как резервное средство в случае снижения паропроизводительности утилизационного агрегата. Исключение из схемы сепаратора упрощает установку, но приводит к увеличению протяженности паропроводов, увеличению теплопотерь во внешнюю среду и делает невозможным ремонт вспомогательного котла в ходовом режиме. Если в составе парогенераторной установки имеются два вспомогательных агрегата, то роль сепаратора обычно выполняет только один котел.

Работа пара в реактивной ступени. Чисто реактивные турбины из-за чрезмерно высокой частоты вращения в практике применения не нашли. Используются полуреактивные турбины (называемые упрощенно реактивными), в которых пар поровну расширяется в неподвижных направляющих каналах и в подвижных каналах между рабочими лопатками дисков.

В ступени реактивной турбины (рис. 2) пар давлением р 0 со скоростью с 0 поступает в неподвижные аппараты, образованные направляющими лопатками 2, в корпусе 1 турбины, где он частично расширяется до давления р 1 (как в соплах) и приобретает скорость с 1 . С этой скоростью пар входит в каналы рабочих лопаток, укрепленных в роторе 3, и, воздействуя на эти лопатки, отдает им приобретенную кинетическую энергию. Абсолютная скорость пара при этом уменьшается до значения выходной скорости. Таким образом, здесь также осуществляется активный принцип. Вследствие суживающейся формы каналов рабочих лопаток пар в них дополнительно расширяется до давления р 2 , что вызывает появление реактивной силы, действующей на каждую лопатку (направление движения лопаток показано стрелкой).

На рис. 3 показаны силы, действующие на рабочую лопатку реактивной турбины. Попадая из направляющего канала 1 в рабочий канал 2, струя изменяет направление течения, вследствие чего развиваются центробежные силы частиц пара. Суммарное усилие, испытываемое рабочей лопаткой от активного действия струи, выразится силой р акт . Так как в рабочем канале пар расширяется, возникает реактивная сила Р реакт , направление которой зависит от формы лопатки. Сложив силы Р акт и Р реакт , получим равнодействующую силу Р, вращающую рабочую лопатку. Кроме того, разность давлений р 1 и р 2 у входа в рабочий лопаточный канал и у выхода из него вызывает появление дополнительной неуравновешенной силы Р а , действующей на лопатку вдоль оси ротора. Силы Р и Р а дают результирующую силу Р рез . Одноступенчатые реактивные паровые турбины на практике не применяют.

Рис. 2. Схема преобразования давления и скорости пара в реактивной ступени

Рис. 3. Силы, действующие на рабочую лопатку реактивной турбины

Схема работы пара в многоступенчатой реактивной турбине дана на рис. 4. Турбина состоит из корпуса 4, в котором укреплены неподвижные направляющие лопатки 3, и ротора 2, на котором размещены подвижные рабочие лопатки 1. Пар давлением р 0 подводится к кольцевому каналу 5 перед первым рядом направляющих лопаток. В этом ряду пар расширяется до давления р 1 и увеличивает свою скорость до значения с 1 . Проходя далее по первому ряду рабочих лопаток, пар продолжает расширяться. Абсолютная скорость пара на рабочих лопатках уменьшается до значения с 2 вследствие преобразования его энергии в механическую работу вращения лопаток. На направляющие лопатки второй ступени пар входит, имея абсолютную скорость с 2 . Здесь вследствие нового падения давления пар увеличивает свою скорость от с 2 до с 1 с которой поступает на второй ряд рабочих лопаток, и т. д., пока пар не пройдет все облопачивание и не будет использован весь располагаемый для работы турбины перепад энтальпий.

Вследствие разности давлений пара при входе на рабочие лопатки и при выходе с них и динамического усилия потока в турбине создается осевое усилие, стремящееся сдвинуть ротор в сторону движения пара. Для разгрузки этого усилия в передней части ротора установлен думмис (разгрузочный поршень) 6. Сущность действия думмиса заключается в том, что пространство перед ним сообщается при помощи трубы 7 с полостью отработавшего пара и таким образом создается разность давлений, действующая в сторону, противоположную направлению движения пара.

Реактивные турбины большой мощности с целью уменьшения длины лопаток их последних ступеней часто делают двухпоточными. В этом случае турбина будет уравновешенной в осевом направлении и необходимость в думмисе отпадает.

На рис. 5, а показана турбина с расходящимся, а на рис. 5, б — со встречным течением пара.

Из-за разности давлений на лопатках в турбине реактивного типа наблюдается протечка пара через радиальные зазоры у концов направляющих рабочих лопаток. В чисто активной турбине протечки возможны только через зазоры диафрагмы, так как здесь давление пара по обе стороны рабочих лопаток одинаково. Для уменьшения протечек пара у реактивной турбины зазоры между рабочими лопатками и корпусом, а также между направляющими лопатками и ротором делают как можно меньше.

Рис. 4. Многоступенчатая реактивная турбина

лопатки незначительной высоты, но с относительно большими радиальными зазорами, а это ведет к большим потерям от протечки пара через зазоры.

В случае же применения пара низкого давления в реактивной турбине относительные значения радиальных зазоров получаются небольшими. При этом и потери на протечки незначительны, и к. п. д. немного выше, чем у активной турбины.

Таким образом, при умеренных параметрах пара активная и реактивная турбины мало отличаются одна от другой по экономичности (а также по массе и размерам). Однако реактивную турбину, имеющую массивный барабанный ротор, требуется длительно прогревать перед пуском, и ей необходимо продолжительное время на смену режима при маневрировании.

При активном облопачивании уменьшается число ступеней и допускаются более высокие окружные скорости. Турбина с дисковым ротором небольшой длины более приспособлена к работе при высоких параметрах, чем реактивная. Ротор активной турбины сравнительно быстро прогревается при соприкосновении с паром, имея в процессе прогревания примерно одинаковую с корпусом турбины температуру; при этом уменьшаются деформации деталей турбины и сохраняются почти постоянными радиальные и осевые зазоры в проточной части. Поэтому в настоящее время отечественные турбостроительные заводы и зарубежные фирмы строят активные паровые судовые турбины.

Рис. 5. Двухпроточные реактивные турбины

Сопловой аппарат предназначен для превращения потенциальной энергии пара в кинетическую и для направления парового потока на рабочие лопатки. Он состоит из спрофилированных сопловых (направляющих) лопаток, которые могут располагаться по всей окружности диска или в части ее. В первом случае обеспечивается полный впуск пара (на все рабочие лопатки), во втором — парциальный впуск пара (на определенную часть рабочих лопаток).

Сопловые лопатки первой ступени турбины крепятся непосредственно в корпусе или в сопловой коробке, а промежуточных ступеней — в диафрагмах.

Впуск свежего пара в ТВД обеспечивается сопловым аппаратом (рис. 2). В носовой части корпуса ТВД вварены сопловые коробки 2 и 5, в которых расположены четыре группы сопл, обеспечивающих парциальный впуск пара. Каждая группа сопл образует сопловой сегмент, который вваривается в сопловую коробку.

В верхней сопловой коробке размещены три регулируемые группы сопл 3, каждая из которых имеет свой сопловой клапан / и поэтому называется регулируемой группой. В нижней коробке закреплена нерегулируемая группа сопл 4, не имеющая соплового клапана.

Пар поступает на турбину по двум паропроводам: к нерегулируемой группе сопл через патрубок 5 и на сопловую коробку к регулируемым группам сопл, которые могут вводиться в работу не одновременно, а по мере необходимости. Благодаря такой конструкции соплового аппарата различной комбинацией полностью открытых сопловых клапанов можно получать промежуточные мощности турбины, требующиеся для заданного хода судна.

Сопловой аппарат ТНД состоит из сопл, набранных в расточке кормовой части корпуса и застопоренных винтами. Сопловой аппарат ТЗХ представляет собой диск с просверленными в нем сопловыми каналами. Диск состоит из двух половин и крепится в пазах корпуса ТЗХ болтами.

Рис. 2. Сопловой аппарат ТВД

Сопловая коробка. Сопла первых ступеней переднего и заднего хода современных турбин обычно устанавливают и закрепляют (болтами или шпильками) во вставных сопловых коробках, которые отливают из обыкновенной углеродистой стали, если турбина будет работать на паре нормальных параметров, и из хромоникелевой или молибденовой стали, если ей предстоит работать на паре высоких параметров. Толщина стенок коробки обычно равна 20—25 мм.

Верхняя сопловая коробка (рис. 3) имеет три группы сопл со своими сопловыми клапанами. Пропускная способность сопл составляет 10, 20 и 30% расхода пара при нормальной мощности. Нижняя сопловая коробка имеет одну группу сопл с пропускной способностью 50% расхода пара.

Действительный процесс расширения пара в соплах. Потери в соплах. Пар, расширяясь в соплах, преодолевает ряд сопротивлений, на что затрачивается часть, кинетической энергии, приобретенной им. (Потери в соплах будут рассмотрены совместно с потерями на рабочих лопатках.) Поэтому действительная скорость с 1 выхода пара из сопла меньше теоретической с 1t Это уменьшение скорости можно учесть с помощью скоростного коэффициента сопла ф, который представляет собой отношение действительной скорости за соплом к теоретической (  = с 1 / c 1 t ):

Кинетическая энергия пара, затраченная на преодоление вредных сопротивлений, преобразуется в тепловую, вследствие чего энтальпия пара массой 1 кг в выходном сечении сопла при том же давлении будп немного больше той, которую он имел бы при изоэнтропийном расширении ( i 1 > i lt ). Повышение энтальпии ( i 1 — i lt ) эквивалентно потере кинетической энергии в соплах, выраженной в тепловых единицах, и носит название потери q c в соплах.

Если значение скоростного коэффициента  для данного сопла известно, то легко найти потерю в соплах:

q с = c 2 1 t /2 - c 2 1 /2 = c 2 1 t -   c 2 1 t ) /2 = (1 -    c 2 1 t /2)

где c 2 1 t /2— кинетическая энергия при адиабатном процессе расширения;

c 2 1 /2— кинетическая энергия при действительном процессе расширения

c 2 1 t /2= h a * c , поэтому

q с =(1 – j 2) h a * c =  h a * c

где  — коэффициент потерь энергии в соплах.

Потери при расширении пара в соплах (потери в сопловых решетках) у современных турбин невелики,  = 0,93 -:- 0,98 и соответственно

Потери в суживающихся соплах обычно меньше, чем в расширяющихся, поэтому в паровых турбинах обычно устанавливают суживающиеся сопла, у которых скорости истечения пара меньше критической.

Потери в соплах, а следовательно, коэффициент скорости ф зависят от качества поверхности сопл, поэтому поверхность сопл полируют, а при ремонтах очищают от отложений.

Процесс действительного расширения пара или газа в соплах изобразится в is -диаграмме не адиабатой (изоэнтропой) А 0 А 1 t а некоторой политропой А 0 А 1 (рис. 4).

Рис. 4. Действительный процесс расширения пара в соплах на is -диаграмме

Точку А 1 , характеризующую состояние пара при выходе из сопл, находят следующим образом. По изоэнтропе от точки А 1t вверх откладывают потерю в соплах q c = i 1 — i lt . Получив точку В 1 проводят через нее горизонталь до пересечения с изобарой конечного давления р 1 и находят точку А 1 . Обычно кривую процесса — политропу А 0 А 1 приближенно вычерчивают как прямую, соединяя точки А 0 и A 1

Схема работы пара в многоступенчатой реактивной турбине дана на рис. 6. Турбина состоит из корпуса 4, в котором укреплены неподвижные направляющие лопатки 3, и ротора 2, на котором размещены подвижные рабочие лопатки 1. Пар давлением р 0 подводится к кольцевому каналу 5 перед первым рядом направляющих лопаток. В этом ряду пар расширяется до давления р 1 и увеличивает свою скорость до значения с 1 . Проходя далее по первому ряду рабочих лопаток, пар продолжает расширяться. Абсолютная скорость пара на рабочих лопатках уменьшается до значения с 2 вследствие преобразования его энергии в механическую работу вращения лопаток. На направляющие лопатки второй ступени пар входит, имея абсолютную скорость с 2 .

Рис. 6. Многоступенчатая реактивная турбина

Здесь вследствие нового падения давления пар увеличивает свою скорость от с 2 до с 1 с которой поступает на второй ряд рабочих лопаток, и т. д., пока пар не пройдет все облопачивание и не будет использован весь располагаемый для работы турбины перепад энтальпий.

По сравнению с активными паровые реактивные турбины менее выгодны в случае применения пара высокого давления. Поскольку такой пар имеет малый удельный объем, это приводит к необходимости применять лопатки незначительной высоты, но с относительно большими радиальными зазорами, а это ведет к большим потерям от протечки пара через зазоры.

В многоступенчатой турбине со ступенями давления весь располагаемый перепад энтальпий — от начального состояния пара до давления в выпускном патрубке турбины— распределяется по всем ступеням. Число ступеней давления выбирается таким, чтобы на одну ступень приходился небольшой перепад энтальпий. При этом при умеренных окружных скоростях можно легко достигнуть наивыгоднейшего отношения скоростей u / c 1 и более высоких значений  , обеспечивающих получение максимального окружного к. п. д.  umax . Невысокие (в пределах скорости звука) скорости пара при небольших диаметрах ротора обусловливают возможность увеличения высоты сопла и степени впуска пара (парциальности), что также способствует повышению к. п. д. турбины. Многоступенчатые турбины обладают еще рядом преимуществ, о которых сказано ниже.

Многоступенчатые судовые турбины в большинстве своем строятся с активными ступенями с небольшой степенью реактивности в области высокого давления (ТВД) и с реактивными ступенями или с активными ступенями с большой степенью реактивности в области низкого давления (ТНД). У современных активных ТЗА степень реактивности в ступенях ТВД колеблется от 3—12% в первых (регулировочных) ступенях до 15—30% в последних. Степень реактивности в первых ступенях ТНД обычно равна 5—10%, а в последних увеличивается до 30—60%.

Рис. 7. Реактивная турбина с шестью ступенями давления и диаграмма изменения скоростей и давлений по длине проточной части.

А.Г. Верете, Судовые паро-энергетические установки и газовые турбины, М., Транспорт, 1982

А.М. Манькова, Судовые паро-энергетические установки, М., Транспорт, 1989

СУДОВЫЕ ПАРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Назначение и классификация судовых ПТУ.
Назначение и классификация судовых паровых турбин.
Устройство и принцип действия ступени паровой турбины.
Многоступенчатые паровые турбины.
Схема и термодинамический цикл судовой ПТУ
Конструкции судовых паровых турбин
ЭКМТ
Кафедра ЭМСС СевГУ
Свириденко И.И.

ЛИТЕРАТУРА:
1. Болдырев О.Н. Судовые энергетические установки.
Часть II. Котлотурбинные энергетические установки.
Учебное пособие. – Северодвинск: Севмашвтуз, 2004.
– 188 с.
2. Слободянюк Л.И., Поляков В.И. Судовые паровые и
газовые турбины и их эксплуатация. – Л.:
Судостроение, 1983. – 360 с.

НАЗНАЧЕНИЕ СУДОВОЙ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
Судовая паротурбинная установка (ПТУ) комплекс механизмов, аппаратов,
устройств и систем, предназначенных для
преобразования тепловой и кинетической
энергии пара в механическую энергию
вращения ротора турбины.
Паровая турбина - тепловой двигатель
с вращательным движением рабочего
органа и непрерывным рабочим процессом двойного преобразования энергии
пара: потенциальной энергии пара в кинетическую энергию движущейся струи,
с последующим преобразованием ее в механическую энергию вращения ротора.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН
По назначению:
- главные, передающие крутящий момент на вращение гребного вала судна
(главные турбины в свою очередь делятся на турбины переднего и заднего хода);
- вспомогательные, приводящие в действие вспомогательные механизмы
турбинной, парогенерирующей установок, и механизмы общесудового
назначения.
По числу корпусов:
- однокорпусные, у которых вся проточная часть находится в одном корпусе;
- многокорпусные, у которых проточная часть размещена в нескольких корпусах
(как правило, не более трех), соединенных между собой пароперепускными
трубами – ресиверами. В этом случае отдельные корпуса турбин называют
турбинами высокого (ТВД), среднего (ТСД) и низкого (ТНД) давления.
По характеру рабочего процесса в проточной части:
- активные турбины, в которых расширение пара происходит полностью в
сопловом (направляющем) аппарате, а в каналах, образованных рабочими
лопатками происходит только изменение направления движения потока пара;
- реактивные турбины, в которых расширение пара происходит как в направляющем аппарате, так и в каналах рабочих лопаток;
- комбинированные турбины, в проточной части которых используются активные и
реактивные ступени.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН
По начальным параметрам пара:
- турбины перегретого пара;
- турбины влажного пара.
По противодавлению:
- турбины, работающие на противодавление (давление пара на выходе из турбины
больше атмосферного). Как правило, к таким турбинам относятся турбины
приводов вспомогательных механизмов;
- конденсационные турбины, в которых пар расширяется до давления много
меньшего атмосферного; к таким турбинам относятся все главные турбины и
турбины приводов вспомогательных механизмов большой мощности.
По способу передачи мощности:
- прямодействующие турбины, передающие вращающий момент на потребители
мощности без использования передачи (как правило, турбины высокооборотных
вспомогательных механизмов);
- турбины с зубчатой или электрической передачами, передающие вращающий
момент на потребитель через механическую или электрическую передачу.
По возможности осуществления реверса:
- реверсивные турбины, у которых в состав проточной части входят ступени
переднего и заднего хода, и имеющие возможность изменения направления
вращения ротора на противоположное (как правило, все главные турбины);
- нереверсивные турбины, не имеющие в составе проточной части ступеней
заднего хода.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН
По расположению оси корпусов:
- горизонтальные;
- вертикальные.
По направлению потока пара:
- аксиальные (осевые) турбины, в проточной части которых поток пара движется
вдоль оси ротора;
- радиальные центробежные турбины, в проточной части которых поток пара
движется от центра к периферии;
- радиальные центростремительные турбины, в проточной части которых поток
пара движется от периферии к центру (оси ротора);
- радиально-осевые турбины, в которых поток пара входит в ступень турбины вдоль
оси ротора, а выходит в направлении перпендикулярном оси ротора; или
наоборот, входит в ступень в направлении перпендикулярном оси ротора, а
выходит из ступени вдоль оси.
По числу потоков пара:
- однопроточные турбины, в которых весь поток пара движется через
единственную проточную часть;
- двухпроточные, в которых поток пара делится на две части, каждая из которых
проходит через свою проточную часть (двухпроточные турбины в свою очередь
могут быть со сходящимися и с расходящимися потоками пара).

ГЛАВНЫЙ ТУРБОЗУБЧАТЫЙ АГРЕГАТ
Совокупность паровой турбины, редуктора
и главного конденсатора называют
главным турбозубчатым агрегатом - ГТЗА.
Иногда к ГТЗА относят также главный
упорный подшипник и звукоизолирующую
муфту.
ГТЗА является единым блоком для
выработки механической энергии и передачи ее движителю на судне с ПТУ.
Особенностями паровых турбин, по сравнению с другими типами тепловых двигателей, являются:
непрерывный процесс, позволяющий при постоянной мощности обеспечить
постоян ные давления и температуры на отдельных участках проточной
части турбины, и соот ветственно, постоянные термические и механические
напряжения;
отсутствие возвратно-поступательного движения, что создает
благоприятные условия
для работы и снижает вибрацию установки;
- практически неограниченная мощность, заключенная в одном корпусе;
- низкая стоимость постройки и ремонта;
- относительно низкие массогабаритные показатели;
- простота устройства, регулирования мощности и эксплуатации.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТУПЕНИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
Турбинная ступень - совокупность неподвижного ряда сопловых (направляющих)
лопаток, в каналах которых происходит расширение и ускорение потока пара
(преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую энергию движущейся
струи пара), и следующего за ним подвижного вращающегося ряда рабочих лопаток, в
которых кинетическая энергия движущегося потока пара преобразуется в механическую
энергию вращения ротора.
Турбинная ступень включает:
-неподвижные направляющие лопатки или сопла, в которых
тепловая энергия пара за счет перепада давления и температуры преобразуется в кинетическую энергию потока;
-направляющие лопатки как части ротора, при сквозном
проходе, через которые кинетическая энергия пара
производит работу.
Направляющие лопатки применяют в том случае, когда
конечное давление расширения составляет более 55 %
давления пара на входе, в других случаях используют
сопла. Скорость выхода пара из турбины достигает
500-600 м/с.

СТЕПЕНЬ РЕАКТИВНОСТИ ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ
Степень реактивности турбинной ступени – отношение величины
изоэнтропийного теплоперепада на рабочих лопатках к сумме
располагаемых изоэнтропийных теплоперепадов на направляющих и
рабочих лопатках, которая примерно равна располагаемому теплоперепаду
всей турбинной ступени
Таким образом, чем больше степень расширения пара в каналах рабочих
лопаток, тем больше степень реактивности турбинной ступени:
= 0 – для чисто активных турбин (расширение пара происходит только
в сопловом (направляющем) аппарате;
= 0,5 – для чисто реактивных степеней (расширение пара происходит
в равной степени в направляющем аппарате и рабочих лопатках

СХЕМА СУДОВОЙ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
ГПК – главный паровой котел; ТВК – турбовентилятор котельный; ЭК – экономайзер; В– воздух; ДГ – дымовые газы; ВП – воздухоподогреватель; РП – регулятор питания котла; ГСК – главный стопорный клапан; РГ – регулятор горения; ТФ – топливный фильтр; БЗК – быстрозапорный топливный клапан; НП – нефтеподогреватель; Гр.П – греющий пар; К – конденсат греющего пара; ТН – топливные насосы; РТЦ –
расходная топливная цистерна; РД – регулятор давления; МУ – маневровое устройство; МКЗХ – маневровый клапан заднего хода; ПЗКПХ –
быстрозапорный клапан передн. хода; СК–сопловые клапаны переднего хода; С–сопловый аппарат; ГТЗА–главный турбозубчатый агрегат;
ТВД– турбина высок. давления; ТНД–турбина низк. давления; ТЗХ–турбина заднего хода; Р–редуктор; ГУП– главный упорный подшипник;
ГК–гл. конденсатор; ТЦН–турбоциркуляционный насос; КН–конденсатный насос; ЭЖ–пароструйный эжектор; ИОФ– ионообменный фильтр;
ДР–деаэратор; ПН–питательн. насос; К–конденсатоотводчики; РМЦ–расходная масл. цистерна; МФ–масл. фильтр; МН–масл. насосы; МО–
маслоохладитель; ТП–турбоприводы ВМ машинного и котельного отделений; ТОА–теплообменные аппараты; ООС–общесудовые системы

КОНДЕНСАЦИОННАЯ УСТАНОВКА
ТЦН – турбоциркуляционный насос;
КН – конденсатный насос;
МО – маслоохладитель;
ВО – воздухоохладители машиннокотельного отделения
Главный турбозубчатый агрегат

ТИПЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ
впуск пара
от турбины
отсос паровоздушной
смеси из конденсатора
а – с нисходящим потоком пара;
б – с восходящим потоком пара;
в – с центральным потоком пара;
г – с боковыми потоками пара
впуск пара
от турбины
отвод конденсата
отсос паровоздушной
смеси из конденсатора

КОНСТРУКЦИИ
ПАРОВЫХ ТУРБИН
Двухкорпусная турбина
(однопроточная ТВД и двухпроточная ТНД)
Турбина высокого
давления
1
2
3
4
5
– подача перегретого пара;
– ТВД;
– ротор с рабочими лопатками;
– вал;
– выход отработавшего пара
Турбина низкого
давления

КОНСТРУКЦИИ
ПАРОВЫХ ТУРБИН
Корабельная паровая турбина
(ТВД ТВ-12)
1 – ротор турбины;
2 – фланец отбора мощности;
3 – кормовой опорный подшипник;
4 – кормовое уплотнение;
5 – выхлопной патрубок;
6 – ступени полного хода;
7 – ступени малого хода;
8 – внутренний обвод пара;
9 – привод байпасного клапана;
10 – приводы сопловых клапанов;
11 – сопловый клапан;
12 – двухвенечная регулировочная
ступень;
13 – носовое уплотнение;
14 – сервопривод управления сопловыми и байпасными клапанами;
15 – носовой опорный подшипник;
16 – упорный подшипник;
17 – носовая опора;
18 – корпус турбины;
19 – обоймы диафрагм;
20 – кормовая опора;
21 – трубопроводы продувания корпуса
турбины

Читайте также: