ДЭУ с электрической передачей мощности на вал
В установках с электрической передачей используются как СОД, так и ВОД. В таких установках несколько двигателей могут работать на один гребной вал или наоборот один двигатель может работать на несколько гребных валов.
В схемах ДЭУ с электрической передачей мощности, изображенных на рис. 39, в качестве главных двигателей используются ВОД или СОД, приводящие во вращение электрогенераторы ЭГ. Мощность, вырабатываемая генераторами, передается на гребные электродвигатели ГЭД, управление которыми производится со щитов управления ЩУ ГЭД. ГЭД могут передавать мощность как непосредственно на линию вала, так и через редукторную передачу. В многовальных установках на каждую линию вала могут работать как один, так и несколько ГЭД.
|
|
Рис. 39. Схемы размещения основного оборудования ДЭУ с электрической передачей мощности на гребной вал судна. |
Дизель-электрические установки, особенно с ГЭД постоянного тока, обеспечивают высокую маневренность судна и дистанционное управление установкой, позволяют более гибко изменять суммарную мощность установки за счет парциальной работы отдельных дизельгенераторов. Применение ВОД позволяет значительно снизить массу и габариты установки (даже по сравнению с СОД), обеспечить высокую ремонтопригодность и более низкую стоимость установки.
Но при этом в установках с ВОД высоки удельные расходы топлива и масла, они имеют меньшие, по сравнению с СОД и МОД, ресурсные показатели (~ 10000 ÷ 15000 часов), повышенные уровни шума. Большинство ВОД работают только на дорогих легких сортах топлива. Потери энергии в передаче у дизель-электрических установок еще выше, чем у редукторных, на ~ 15 % за счет потерь энергии в генераторах, электрических сетях, гребных электродвигателях.
Дизель-электрические установки применяются на судах, где требуется быстрое изменение режимов работы: ледоколах, судах активного ледового плавания, больших рыболовных траулерах, паромах.
ВОД с чисто механической передачей часто применяются на судах с динамическими принципами поддержания (СПК и СВП), судах речного флота, портовых буксирах, катерах. В установках с ВОД широко используется навешивание вспомогательных механизмов (электрогенераторов, компрессоров пускового воздуха, насосов: топливных, масляных, охлаждения, осушительных, противопожарных), что значительно упрощает компоновку систем и уменьшает нагрузку на электрическую сеть судна. В то же время навешивание механизмов может снижать надежность и ремонтопригодность дизельной энергетической установки.
ГЛАВА 2.
ГАЗОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ газотурбинных двигателей
Газотурбинным двигателем (ГТД) называют такой тепловой двигатель, в котором происходит преобразование кинетической и тепловой энергии потока продуктов сгорания органического топлива в механическую энергию вращения ротора газовой турбины.
Газотурбинной энергетической установкой (ГТУ) называется комплекс технических средств, предназначенный для преобразования кинетической и тепловой энергии горячего газа в механическую энергию вращения ротора.
Для газотурбинной установки характерны следующие термодинамические процессы:
- сжатие рабочего тела в компрессоре;
- подогрев рабочего тела теплотой, получаемой из внешнего источника;
- преобразование энергии рабочего тела при его расширении в газовой турбине в кинетическую энергию струи газа с последующим преобразованием в ее механическую работу и передача механической работы потребителю;
- охлаждение рабочего тела до состояния, соответствующего входу в компрессор.
Особенностями рабочего процесса в газотурбинном двигателе является непрерывное вращение рабочих лопаток и разгон потока рабочего тела до больших скоростей.
Судовые и корабельные газотурбинные двигатели можно классифицировать по следующим признакам:
· по использованию ГТД в составе СЭУ:
- на главные, используемые для обеспечения движения судна;
- вспомогательные, используемые для получения тепловой и электрической энергии (газотурбогенераторы – ГТГ).
В свою очередь главные ГТД разделяются на:
- маршевые, используемые на экономических ходах в целях обеспечения установленной дальности плавания;
- форсажные (ГТД полного хода), предназначенные для обеспечения хода от экономического до полного;
- всережимные, используемые на всех режимах работы ГЭУ;
· по конструкции проточной части:
- на активные, в которых преобразование энергии потока газа происходит только в направляющем аппарате;
- реактивные, в которых преобразование энергии потока газа происходит как в направляющем аппарате, так и в каналах рабочих лопаток);
- смешанные, сочетающие в себе как активную, так и реактивную части;
· по блокированию турбин и компрессоров:
- с блокированными турбинами и компрессорами;
- со свободной пропульсивной турбиной (турбиной винта);
(в судовых ГТД максимально используемое число компрессоров – 2, максимально используемое число турбин – 3);
· по использованию в термодинамическом цикле теплообменных аппаратов:
- без использования теплообменных аппаратов;
- с регенератором;
- с промежуточными охладителями воздуха;
- с промежуточным подогревом газа;
- с котлом-утилизатором;
- комбинированные (с использованием нескольких видов теплообменных аппаратов);
· по току рабочего тела в компрессорах и турбинах:
- на прямоточные, в которых воздух и продукты сгорания движутся вдоль оси двигателя последовательно через проточные части компрессоров, камеры сгорания, проточные части турбин, без изменения направления движения;
- непрямоточные: в состав таких двигателей (установок) входят регенераторы, промежуточные охладители воздуха и другие теплообменные аппараты, при протекании через которые воздух и продукты сгорания меняют направление своего движения;
· по направлению потока рабочего тела в проточной части:
- на осевые, в которых поток воздуха в компрессоре или газа в турбине движется вдоль оси двигателя;
- радиальные, в которых поток воздуха (газа) при входе в ступень компрессора (турбины) движется вдоль оси двигателя, а выходит из ступени в направлении, перпендикулярном оси двигателя;
· по расположению турбин относительно компрессоров:
- с прямым соединением турбомашин, когда турбина соединена с валом одноименного компрессора (ТВД – КВД, ТНД – КНД);
- с перекрестным соединением турбомашин;
- с полуперекрестным соединением турбомашин;
· по расположению пропульсивной турбины:
- с пропульсивной турбиной высокого давления;
- с пропульсивной турбиной среднего давления;
- с пропульсивной турбиной низкого давления;
· по возможности осуществления реверса:
- реверсивные двигатели с турбиной заднего хода;
- реверсивные с двухъярусными лопатками и разделением потоков;
- с реверсивными центростремительными турбинами;
- нереверсивные;
· по кратности циркуляции рабочего тела:
- с однократной циркуляцией – ГТД открытого цикла, обычно используемые в качестве судовых и корабельных двигателей;
- с многократной циркуляцией – ГТД закрытого цикла, используемые в ядерных газотурбинных установках;
· по виду производимой работы:
- ГТД по выработке механической энергии, работающие на водяной или воздушный винт, либо приводящие в действие электрогенераторы;
- ГТД по выработке газодинамической энергии – турбореактивные двигатели;
· по роду используемого топлива:
- ГТУ, работающие на природном органическом топливе;
- ГТУ, использующие ядерное топливо. Такие установки называются ЯГТУ – ядерными газотурбинными установками. Они в свою очередь могут быть одноконтурными и многоконтурными. Вместо камеры сгорания нагрев газа происходит в активной зоне газоохлаждаемого ядерного реактора, а после совершения работы в газовой турбине газ направляется в регенератор и охладитель;
· по роду рабочего тела:
- с использованием воздуха (как правило, ГТД открытого цикла);
- с использованием инертных газов – водорода, гелия, азота, углекислого газа – для перспективных ЯГТУ закрытого цикла.
ГТД прямоточного типа (рис. 40) получили широкое распространение в составе СЭУ на судах и кораблях различных классов и назначений, а также в некоторых отраслях стационарной энергетики. Эти ГТД, несмотря на меньшие значения КПД, обладают малыми массогабаритными показателями, большими значениями удельных мощностей, просты в эксплуатации, обладают отличными маневренными характеристиками. Все эти свойства прямоточных ГТД определили их применение на скоростных военных кораблях (в качестве маршевых и форсажных двигателей) и на судах с динамическими принципами поддержания (СВП и СПК), используемых в качестве скоростных пассажирских судов.
ГТД непрямоточного типа (рис. 41) характеризуются значительно большей массой, чем прямоточные установки. Наиболее важным свойством установок непрямоточного типа следует считать высокую экономичность, приближающуюся к экономичности дизельных установок, меньшие расходы топлива и возможность работы на тяжелых и дешевых сортах топлива. Поэтому такие типы ГТУ устанавливают в первую очередь на судах транспортного флота.
2.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ газотурбинных
двигателей
Турбиной называется ротационный тепловой двигатель лопаточного типа. Действие турбины основано на непрерывном преобразовании тепловой (потенциальной) энергии рабочего тела в кинетическую энергию струи газа, с последующим преобразованием энергии движущейся струи в механическую энергию вращения ротора. Основными особенностями турбины являются: двойное преобразование энергии в направляющих и рабочих лопатках, непрерывность рабочего процесса, получение вращательного движения без использования кривошипно-шатунного механизма.
Непрерывность рабочего процесса в турбине и ротационный принцип действия облегчают конструкцию турбин и обеспечивают отсутствие трения в основных частях (за исключением трения в подшипниках вала).
Типичный ГТД состоит из ряда турбомашин – компрессоров и турбин, расположенных вдоль одной оси. Обычно симметрично этой оси размещаются и все остальные элементы двигателя: камеры сгорания; входное и газовыхлопное устройства; диффузорные каналы, соединяющие турбомашины между собой. Все конструкции турбомашин размещаются в корпусе. Схематичное изображение и основные узлы прямоточного судового ГТД и ГТД авиационного типа изображены на рис. 46, непрямоточного судового ГТД – на рис. 47.
Совокупность вращающихся частей ГТД называется ротором, совокупность неподвижных – статором. На роторе газовой турбины или осевого компрессора располагаются рабочие лопатки – РЛ, на статоре – направляющие или сопловые лопатки – НЛ.
Ступенью газовой турбины называют совокупность ряда направляющих лопаток и следующего за ним ряда рабочих лопаток.
 | |||
| |||