Техническое использование СЭУ

В настоящее время ведутся большие работы по созданию главных и вспомогательных судовых газовых турбин. Большое внимание, уделяемое газовым турбинам, объясняется рядом их преимуществ по сравнению с другими судовыми двигателями.

К преимуществам газотурбинных установок (ГТУ) по сравнении» с дизельными относятся:

· осуществление непрерывного и постоянного рабочего процесса, что позволяет

применять высокие скорости как рабочей среды, так и рабочих органов для повышения экономичности;

· отсутствие поршней и кривошипно-шатунного механизма, а также трения в рабочих частях (за исключением трения в подшипниках вала),

· простота устройства и обслуживания;

· возможность получения большой мощности на валу (до 30 000 кВт),

· меньшие размеры и масса при одинаковой мощности;

· возможность сжигания в камерах сгорания более дешевых тяжелых сортов топлива;

· меньший расход на смазку (приблизительно в 30—40 раз) и ремонт;

· удобство автоматизации и дистанционного управления;

· относительно небольшой обслуживающий персонал в связи с сокращением трудоемкости технического обслуживания на 25—30% по сравнению с трудоемкостью технического обслуживания ДЭУ.

По сравнению с паротурбинными установками ГТУ имеют следующие преимущества:

· отсутствие паровых котлов и сложного котельного оборудовании (системы, насосы, вентиляторы);

· отсутствие конденсаторов и связанных с ними систем;

· лучшие маневренные и пусковые качества;

· меньшие размеры и масса при одинаковой мощности;

· низкое давление рабочей среды в цикле, а следовательно, большая

безопасность при случайном повреждении трубопровода;

· высокая маневренность, быстрый пуск и малое время набора полной мощности (пуск и выход на частоту вращения холостого хода в течение 1 мин; время набора полной мощности 2—3 мин).

Применение ГТУ позволяет значительно увеличить грузоподъемность и дальность плавания судна. При серийном производстве стоимость изготовления ГТУ, амортизационные отчисления и эксплуатационные расходы значительно меньше, чем соответствующие показатели паротурбинных и дизельных установок.

Перспективность ГТУ как судового двигателя в значительной степени определяется возможностью достигнуть высокой экономичности при дальнейшем совершенствовании проточной части турбин и компрессоров, особенно в связи с созданием, жаростойких материалов. При температуре 900—950°С экономичность ГТУ будет выше, чем большинства построенных ПТУ, а при температуре 1200° С она может превосходить экономичность ДВС.

Газотурбинные установки большой мощности перспективны для ряда судов новых типов, характерными особенностями которых являются большая мощность энергетических установок при ограничениях по высоте и длине машинных отделений. При современном уровне техники ГТУ уже можно считать весьма перспективным судовым двигателем.

Запасы топлива органического происхождения ограничены, поэтому в настоящее время назрела необходимость в использовании энергии других видов. Особенно перспективно получение тепловой энергии в результате цепной реакции деления ядер таких химических элементов, как уран и некоторых других.

Экономичность ГТУ можно заметно повысить, если отработавшие газы с высокой температурой направить в котел, а получаемый в нем пар использовать для бытовых, технологических нужд (например, обогрев танков на танкерах), выработки электроэнергии в утилизационном турбогенераторе или для получения дополнительной мощности, передаваемой паровой турбиной гребному винту. В первых трех случаях степень утилизации теплоты отходящих газов ограничивается потребностями в электроэнергии или Паре.

При использовании дополнительной утилизации паровой турбиной степень утилизации теплоты может быть существенно увеличена, поскольку дополнительная мощность, получаемая в паровой части установки, не имеет ограничений с точки зрения ее использования. Такая установка (рис. 1) получила название газопаротурбинной (ГПТУ).

Рис. 1. Схема газопаротурбинной установки

Рабочий процесс в паровой турбине на режимах частичной мощности значительно отличается от рабочего процесса на режиме полной мощности. Это объясняется тем, что проточная часть всех ступеней турбины, кроме первой (регулировочной), остается неизменной при уменьшении расхода Gc пара в единицу времени — секунду.

Эффективная мощность (в кВт) паровой турбины зависит ог трех величин:

Nе=GcHaoe,

где Gc — расход пара через турбину в единицу времени, кг/с;

Hа — адиабатный перепад энтальпий, кДж/кг;

oe — эффективный к. п. д. турбины.

Изменяя все величины одновременно или только некоторые из них, можно изменять мощность, развиваемую турбиной. Но очевидно, что для понижения мощности наиболее выгодно уменьшить только расход пара в единицу времени, оставляя постоянными адиабатный перепад энтальпий и к. п. д.

Существуют следующие способы регулирования мощности: качественное, или дроссельное; количественное; смешанное, или количественно-качественное.

Качественное (дроссельное) регулирование. Это простейший способ регулирования мощности паровой турбины. Он состоит в изменении открытия клапана, установленного перед турбиной; маневрового перед главной, дроссельного — перед вспомогательной. При полной мощности клапан открыт полностью. Для уменьшения мощности его прикрывают. Вследствие этого в зазоре между клапанной тарелкой и гнездом происходит процесс дросселирования пара и давление его за клапаном падает, т. е. совместно с уменьшением расхода пара меняется и качество его, отчего этот способ регулирования и получил свое название качественное, или дроссельное. При качественном регулировании значительно снижается экономичность турбины.

Обычно стремятся регулировать маневровый клапан так, чтобы изменение мощности ГТЗА было прямо пропорционально углу поворота маховика, посредством которого управляют клапаном.

Количественное регулирование. Осуществляется изменением числа полностью открытых сопловых клапанов, при этом измеряется число работающих сопл, а следовательно, и расход пара. Очевидно, что такой способ регулирования может осуществляться только тогда, когда первой — регулировочной — ступенью турбины является активная ступень, при этом качество пара, т. е. его параметры, перед оставшимися в открытом состоянии соплами первой ступени остается постоянным. Потери энергии пара исключаются, и турбина работает экономично.

Смешанное регулирование. Количественное регулирование в чистом виде можно осуществить только на определенных режимах работы турбины, а число режимов зависит от числа групп сопл (от 2 до 6). На всех промежуточных режимах приходится применять смешанное регулирование, заключающееся в том, что в первую очередь производится количественное регулирование, а затем в дополнение к нему осуществляется качественное путем прикрытия маневрового клапана (или одного из сопловых клапанов).

Влияние изменения основных параметров пара на тепловой процесс в турбине. Рассмотрим, как влияет на тепловой процесс изменение расхода пара. При работе многоступенчатой турбины с частичной нагрузкой общий расход пара на турбину уменьшается. При этом нагрузка ступеней турбины перераспределяется. Давление в камере первой (регулировочной) ступени падает, эта ступень при неизменных начальных параметрах пара перерабатывает больший перепад энтальпий и работает с перегрузкой. Абсолютная скорость пара сх на выходе из сопл регулировочной ступени с уменьшением давления в камере ступени увеличивается. В то же время частота вращения турбины уменьшается с уменьшением мощности, а следовательно, падает окружная скорость и изменяется характеристика u/с1. Вследствие этого к. п. д. регулировочной ступени значительно снижается. То же происходит и во всех остальных ступенях, кроме последней. К. п. д. всей турбины понижается, а следовательно, удельный расход пара возрастает.

 Скачать реферат