Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Глава I .

 Назначение, классификация и состав энергетических установок.

СЭУ – это сложный комплекс машин, механизмов и систем, который предназначен для преобразования химической или ядерной энергии топлива в механическую энергию вращения генератора или винта.

При преобразовании химической или ядерной энергии происходит многократное преобразование энергии:

 

Рис. 1. Процесс преобразования энергии.

 

Эффективный КПД:

η_l = 0,32 – 0,34 для ПТУ

η_l = 0,40 – 0,45 на СЭС

η_l = 0,38 – 0,42 для ГТУ с ТУК

η_l = 0,47 – 0,50 для ДВС

η_l = 0,22 – 0,24 для ЯЭУ

 

КПД установки зависит от параметров рабочего тела и от числа ступеней преобразования.

Тепловой КПД:

Давление и температура перегретого пара на тепловых ЭС:

Давление в конденсаторе:

Рассмотрим судовую установку (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Принципиальная тепловая схема ПТУ.

1 – парогенератор

2 – пароперегреватель

3 –генератор электрического тока

4 – турбина

5 – конденсатор турбогенератора

6 – конденсатный насос

7 – ионообменные фильтры

8 – главная турбина

9 – редуктор

10 – линия вала

11 – ГУП

12 – корпус судна

13 – дейдвудный подшипник

14 – движитель (гребной винт)

15 – ГК

16 - конденсатный насос

17 – питательный насос

на схеме показаны только специальные элементы.

В судовых турбинах, работающих на органическом топливе:

ЯЭУ (водоводяные реакторы под давлением):

ГТУ:

температура на входе в турбину:

температура на выходе из турбины:

ДВС:

Температура в цилиндре при сжигании топлива до 2000⁰С, на выхлопе 450⁰С. Следовательно, в больших установках за ДВС ставят котел для последующего использования высокой температуры (например, для подогрева пара).

Представление о составе СЭУ, входящих в нее элементов, взаимосвязи СЭУ с судном можно получить из рис. 3.

В состав СЭУ входят главные и вспомогательные энергетические комплексы и установки.

ГЭУ – та часть СЭУ, которая обеспечивает движение судна. Эту часть также называют пропульсивной установкой. Элементы СЭУ, входящие в состав ГЭУ, называются главными.

Вспомогательные ЭУ представляют собой комплексы, предназначенные для удовлетворения энергетических потребностей и обеспечения заданного функционирования ГЭУ и общесудовых потребителей, связанных и несвязанных с движением судна.

ЭУ кроме того обслуживает ряд систем: топливная, масляная, система охлаждения основного оборудования, конденсатно-питательная система, система главного и вспомогательного пара, воздуха высокого и среднего давления.

 

Рис. 3. Схема основных элементов СЭУ.

Рабочие процессы в СЭУ изображают в виде тепловых диаграмм (см. рис. 4).

 

 

Рис. 4. Цикл Ренкина для ПТУ (круговая диаграмма для идеального процесса без потерь).

1-2 – процесс расширения пара в турбине.

2-3 – процесс конденсации пара в конденсаторе

3-3^΄ - сжатие или повышение давления в питательном насосе

3^΄-4-5-1 – увеличение потенциальной энергии, температуры рабочего тела в парогенераторе

3^΄-4 – подогрев воды до температуры кипения (экономайзерный участок)

4-5 – процесс испарения воды при кипении

5-1 – перегрев пара в пароперегревателе.

х – степень сухости.

На выходе из турбины получаем влажный пар.

 

                           

 

Рис. 5. Тепловая схема процесса, изображенного на диаграмме.

Т – паровая турбина

Р – редуктор

Кн – конденсатор

ПК – паровой котел

ВМ – вспомогательные механизмы (турбогенератор, грузовые насосы и т.д.)

Н – питательный насос.

З.в. – забортная вода.

Установка работает по закрытому циклу. Перегретый пар с давлением р₁  и температурой Т₁ поступает в турбину, расширяется в ней (теоретически – по изоэнтропийному процессу 1-2, в действительности – по политропному процессу 1-2д). Полученная механическая энергия от вала турбины через редуктор предается на гребной винт, упор которого воспринимается ГУП для движения судна. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, где при постоянном давлении р₂ конденсируется. Конденсат (питательная вода) насосом из конденсатора подается в паровой котел.

 

 

Мощностные показатели

К абсолютным мощностным показателям относятся N_е , N_R ,N_в, N_ГД.

К относительным мощностным показателям относятся:

-

энергонасыщенность судна, кВт/т

 

- относительная мощность CЭС

Значения α_э приведены на рис. 7.

 

 

Рис. 7. Зависимость α_э от мощности СЭУ: а – сухогрузных судов (не рефрижераторов); б – нефтесборщиков.

- степень электрификации судна, кВт/т

Значения α_эц приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Тип судна	αэц
танкеры	0,1 – 0,25
сухогрузы	0,15 – 0,30
ролкеры, контейнеровозы	0,25 – 0,45
ледоколы	0,30 – 0,40

 

Показатели автономности

 

Показатели массы

Масса СЭУ оказывает прямое влияние на основные показатели судна (скорость, дальность плавания, полезное водоизмещение), а также характеризует в определенной мере эксплуатационные свойства СЭУ и степень ее технического совершенства.

К абсолютным массовым показателям СЭУ относятся:

- G_у^с – сухая масса ЭУ, то есть масса всех ее элементов без воды, масла и топлива, тонны

- G_у – масса ЭУ в рабочем состоянии, тонны

- G_з – масса запасов, топлива, воды и масла для СЭУ, тонны

G_з > G_у

- Полная масса ЭУ с запасами, тонны:

G_уз = G_у + G_з

К относительным массовым показателям СЭУ относятся:

-

Удельная показательная масса, кг/кВт

Значения m_е приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Тип ЭУ	mе
ДУ с МОД	80 – 110
ДРА с СОД	60 – 70
ДРА судов на подводных крыльях (СПК)	5 – 7
ДЭУ ледоколов	90 – 110
ПТУ судовая	30 – 60
ПТУ корабельная	12 – 20
ГТУ судовая (с ТУК)	25 – 35
ГТУ корабельная	5 – 10
ГТУ СПК	2 – 3
ГТУ СВП	1,2 – 1,5

 

- энергонасыщенность судна, кг/т.

Значения энергонасыщенности некоторых судов приведены в таблице 5.

Таблица 5

Тип судна	αGу
танкеры	0,01 – 0,04
сухогрузы	0,02 – 0,08
пассажирские суда	0,1 – 0,15
ледоколы, буксиры	0,15 – 0,20

 

Габаритные показатели

К абсолютным габаритным показателям СЭУ относятся:

- объем МО, м³

- площадь МО, м²

- длина МО, м

К относительным габаритным показателям СЭУ относятся:

- относительная длина МО

-
энергонасыщенность помещений СЭУ по длине n_l, кВт/м, площади пола n_f, кВт/м², и объему n_V, кВт/ м³.

Где L₁₁ – длина между перпендикулярами, м.

 

Значения m_е приведены в таблице 6.

Таблица 6.

Тип ЭУ	nV	nf	nl
ДУ с МОД	1,3 – 2,2	15 – 30	220 – 480
ПТУ гражданских судов	2,1 –2,6	22 – 37	170 – 550
ПТУ корабельная	18,5 - 26	130 – 185	-
ГТУ судовая	-	60 – 90	-
ГТУ корабельная	-	185 – 370	-

Показатели маневренности ЭУ

Маневренность – способность судна выполнять маневры (например, трогание с места и быстрый разгон до полного хода, устойчивое движение на малом ходу, быструю циркуляцию, способность судна останавливаться на относительно коротком пути при реверсировании гребного винта с полного хода вперед на полный ход назад, то есть иметь малый выбег).

- продолжительность подготовки к действию исправной ЭУ

- продолжительность пуска и разгона до полной мощности

- продолжительность перехода с одного режима на другой

- продолжительность реверса и возможное число перехода реверсов в единицу времени

- мощность работы ЭУ на заднем ходу и продолжительность работы на этом ходу

- диапазоны мощности на различных режимах работы судна

- зависимость крутящего момента от числа оборотов.

 

Время подготовки к пуску различных ЭУ колеблется:

- ПТУ – 4 часа

- ДУ с МОД – 2-2,5 часа на подготовку

- Легкие ВОД и ГТУ – 5-10 мин без учета времени для разогрева масла

 

Время выхода на полную мощность:

- ПТУ и ДУ с МОД – 1-1,5 часа

- ЭУ с СОД – 0,5 часа

- ВОД и ГТУ – 3-5 мин.

Судно должно оставаться с полным передним ходом до 0 на расстоянии 5 – 8 длин судна. Для обеспечения такой маневренности мощность ЭУ на заднем ходу должна быть 20 – 40 % от мощности переднего хода. При этом меняются параметры за ГД. Следовательно, время работы на полный задний ход ЭУ ограничено (20 – 30 минут для ГТУ).

Время остановки с полного переднего хода до 0 должна быть не более 5 – 6 минут. Если бы просто отключили двигатель, длина пробега была бы больше на 5 миль.

Время перекладки лопастей у ВРШ с переднего на задний ход составляет 20 – 30 секунд.

Переключение ПТУ с переднего на задний ход составляет 20 – 30 секунд.

Реверс МОД ДВС с переднего на задний ход составляет 10 – 15 секунд.

Возможности регулировки оборотов двигателя должны быть максимальны.

n_o – режим полного хода.

Такие возможности имеют турбинные двигатели.

ДВС:

    Существенное влияние на маневренные качества ПУ оказывает характеристика передаваемого движителю вращающего момента. Увеличение этого момента при повышении нагрузки на движитель является положительным фактором. Подобная благоприятная характеристика свойственна, например, турбинным двигателям и ГЭД постоянного тока (см. рис. 9).

Рис. 9. Моментная характеристика двигателей: 1-турбинный, 2-ЭД , 3-ДВС.

 Показатели надежности ЭУ

 

Надежность – свойство объекта сохранять во времени значения всех параметров в установленных пределах.

Надежность включает в себя понятие безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

- безотказность – свойство непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Основными показателями безотказности являются вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа и на отказ, интенсивность отказов и пр.

Отказ – нарушение работоспособности, то есть любая поломка двигателя.

- Долговечность – свойство СЭУ сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Качественными показателями долговечности являются назначенный срок службы и ресурс.

Назначенный срок службы – это календарная продолжительность эксплуатации СЭУ, по достижении которой применение СЭУ по назначению прекращается.

- Ремонтопригодность - свойство СЭУ, которое состоит в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность зависит от типа и расположения установки, трассировки трубопроводов и кабелей. Трудоемкости обслуживания, наличия ЗИП, характера плановых технических ремонтов и осмотров, уровня подготовки личного состава и пр.

- Сохраняемость - свойство СЭУ сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

 

Глава 3.

Глава 4

Теория турбинной ступени.

Турбинная ступень.

Рисунок 4.1.1

Турбинная ступень – это совокупность СА и РР.

В СА преобразуется Е_П в Е_К, а в Р_Р Е_К потока в Е_МЕХ вращения ротора турбины.

Классификация:

1.) По роду РТ,

- паровые (рассчитаны на 100000 часов работы),

- газовые (рассчитаны на 20000-25000 часов работы);

 

2.) По направлению движения РТ:

- осевые,

- радиальные (центростремительные),

- диагональные;

 

3.) По назначению:

- ступени главных турбин, имеют высокий КПД (коэффициенты φ и ψ), совершенны,

- ступени вспомогательных турбин, имеют малые габариты и просты по конструкции;

 

4.) По месту расположения в проточной части турбины:

- первые,

- промежуточные,

- последние;

 

5.) По принципу преобразования энергии:

- активные А, , ,

- реактивные R, , ,

 - конгруэнтная;

 

6.) По степени впуска:

 

 

-  - ступень с полным впуском,

 

 

-  - ступень с частичным впуском,

 

 

Рисунок 4.1.2

 

 - площадь кольца,

 - торцевая поверхность дуги впуска,

 

 - степень впуска.

 

7.) По конструкции ступени:

- со сплошными лопатками,

- с полыми лопатками (сверлеными) для охлаждения,

- двухъярусные.

 

Различных типов ступеней.

С учетом изменения скоростей  можно записать в виде:

 

,

 

Удельная окружная работа турбинной ступени складывается из движения потоков в абсолютном, относительном и окружном движении.

 

1.) Ступень активная А, :

 

 - можно считать ее величиной постоянной. , т.к. поток не _____.

 

,

 

2.) ______ ступень R, :

 

,

,

,

,

,

,

 

,

 

2.) РЦСТ , :

 

Рисунок 4.4.1

 

В ЦСС при одинаковых габаритах и n_Т мы получаем дополнительную энергию . Радиальные турбины нужно всегда ____________.

 

3.) РЦБТ:

 

Рисунок 4.4.2

 

, , ,

 

Получаем меньшую полезную работы, чем в осевой и центробежной турбинах.

 

Оптимальные значения

Оптимальные значения

Вспомогательный паропровод.

 

 МПа,

Предохранитель на  МПа,

Давление у насоса  МПа.

 

Основные потребители:

- ГЭЖ,

- ВЭЖ,

- регулятор системы укупорки концевых уплотнений,

- деаэраторы,

- ОВС.

 

В общем случае различают два типа систем вспомогательного пара: перегретого пара (для работы механизмов с трубопроводом) и _____ давления насыщенного пара для эжекторов.

Все требования, предъявляемые к главному пару, относятся и к вспомогательному пару.

Оборудуется предохранительными, дроссельными и аварийной предупредительной сигнализацией.

 

Система укупорки и отсоса

Система прогрева турбины.

 

Берется из системы вспомогательного пара.

Скорость прогрева не более 20º С/мин., для избежания больших температурных напряжений. Поэтому для массивных стационарных турбин время прогрева от 2,5 до 4 часов. Для однокорпусных на заказах не менее 40 минут. Можно считать прогрев законченным, когда температура конца ____ турбины достигает 100-110º С. Существуют на современных заказах системы экстренного пуска за 20 минут, при этом пар подается на прогрев через ХК на ТЗХ и ТПХ.

ХК МУ сблокирован с ВПУ и его нельзя открыть.

 

Система отсоса ПВС из ГК.

 

Первая ступень - 85%,

Расход на ГЭЖ – 0,5-1% от всего пара на турбину.

Масляная система.

Глава I .

 Назначение, классификация и состав энергетических установок.

СЭУ – это сложный комплекс машин, механизмов и систем, который предназначен для преобразования химической или ядерной энергии топлива в механическую энергию вращения генератора или винта.

При преобразовании химической или ядерной энергии происходит многократное преобразование энергии:

 

Рис. 1. Процесс преобразования энергии.

 

Эффективный КПД:

η_l = 0,32 – 0,34 для ПТУ

η_l = 0,40 – 0,45 на СЭС

η_l = 0,38 – 0,42 для ГТУ с ТУК

η_l = 0,47 – 0,50 для ДВС

η_l = 0,22 – 0,24 для ЯЭУ

 

КПД установки зависит от параметров рабочего тела и от числа ступеней преобразования.

Тепловой КПД:

Давление и температура перегретого пара на тепловых ЭС:

Давление в конденсаторе:

Рассмотрим судовую установку (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Принципиальная тепловая схема ПТУ.

1 – парогенератор

2 – пароперегреватель

3 –генератор электрического тока

4 – турбина

5 – конденсатор турбогенератора

6 – конденсатный насос

7 – ионообменные фильтры

8 – главная турбина

9 – редуктор

10 – линия вала

11 – ГУП

12 – корпус судна

13 – дейдвудный подшипник

14 – движитель (гребной винт)

15 – ГК

16 - конденсатный насос

17 – питательный насос

на схеме показаны только специальные элементы.

В судовых турбинах, работающих на органическом топливе:

ЯЭУ (водоводяные реакторы под давлением):

ГТУ:

температура на входе в турбину:

температура на выходе из турбины:

ДВС:

Температура в цилиндре при сжигании топлива до 2000⁰С, на выхлопе 450⁰С. Следовательно, в больших установках за ДВС ставят котел для последующего использования высокой температуры (например, для подогрева пара).

Представление о составе СЭУ, входящих в нее элементов, взаимосвязи СЭУ с судном можно получить из рис. 3.

В состав СЭУ входят главные и вспомогательные энергетические комплексы и установки.

ГЭУ – та часть СЭУ, которая обеспечивает движение судна. Эту часть также называют пропульсивной установкой. Элементы СЭУ, входящие в состав ГЭУ, называются главными.

Вспомогательные ЭУ представляют собой комплексы, предназначенные для удовлетворения энергетических потребностей и обеспечения заданного функционирования ГЭУ и общесудовых потребителей, связанных и несвязанных с движением судна.

ЭУ кроме того обслуживает ряд систем: топливная, масляная, система охлаждения основного оборудования, конденсатно-питательная система, система главного и вспомогательного пара, воздуха высокого и среднего давления.

 

Рис. 3. Схема основных элементов СЭУ.

Рабочие процессы в СЭУ изображают в виде тепловых диаграмм (см. рис. 4).

 

 

Рис. 4. Цикл Ренкина для ПТУ (круговая диаграмма для идеального процесса без потерь).

1-2 – процесс расширения пара в турбине.

2-3 – процесс конденсации пара в конденсаторе

3-3^΄ - сжатие или повышение давления в питательном насосе

3^΄-4-5-1 – увеличение потенциальной энергии, температуры рабочего тела в парогенераторе

3^΄-4 – подогрев воды до температуры кипения (экономайзерный участок)

4-5 – процесс испарения воды при кипении

5-1 – перегрев пара в пароперегревателе.

х – степень сухости.

На выходе из турбины получаем влажный пар.

 

                           

 

Рис. 5. Тепловая схема процесса, изображенного на диаграмме.

Т – паровая турбина

Р – редуктор

Кн – конденсатор

ПК – паровой котел

ВМ – вспомогательные механизмы (турбогенератор, грузовые насосы и т.д.)

Н – питательный насос.

З.в. – забортная вода.

Установка работает по закрытому циклу. Перегретый пар с давлением р₁  и температурой Т₁ поступает в турбину, расширяется в ней (теоретически – по изоэнтропийному процессу 1-2, в действительности – по политропному процессу 1-2д). Полученная механическая энергия от вала турбины через редуктор предается на гребной винт, упор которого воспринимается ГУП для движения судна. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, где при постоянном давлении р₂ конденсируется. Конденсат (питательная вода) насосом из конденсатора подается в паровой котел.

 

 

Судовые пропульсивные комплексы

Судовой пропульсивный комплекс включает: ГД, главная турбина, редуктор, опорные подшипники, ГУП, дейдвудное устройство, гребной винт, корпус судна.

Все оборудование, которое имеет отношение к ходу корабля, содержит в названии слово «главный».

Турбина + редуктор + конденсатор = ГТЗА

Чтобы судно двигалось с заданной скоростью V на винте создается упор Р, затрачиваемый на преодоление сопротивления воды движению судна.

N_R – буксировочная мощность, которую надо приложить к гребному винту, [кВт].

 

R(v) – сопротивление воды движению судна.

КПД гребного винта: η_ГВ = 72 – 75 %.

N_в – валовая мощность – мощность на гребном валу.

На фланце ГТЗА – эффективная мощность равна N_е.

η_вп - КПД валопровода, учитывает все потери в подшипниках валопровода.

Мощность главного двигателя:

η

_к – коэффициент, учитывающий влияние корпуса на КПД гребного винта,

η_п – КПД передачи.

На судах чаще всего применяются цилиндрические двухступенчатые редукторы, на подводных судах - планетарные редукторы.

N_е                                                                                                 

о V_экс V_п.х.          n_гв (V)

 

Рис. 6. Винтовая характеристика ОА на спокойной воде.

Скорость V пропорциональна n_гв - числу оборотов гребного винта.

 

Главный двигатель рассматривается по скорости полного хода.