Судовые турбины: Морские судовые паровые турбины

Устройство судовых паровых турбин | Слесарь-судоремонтник

Паровые турбины, устанавливаемые на судах, делятся на главные, работающие на гребные валы, и вспомогательные, приводящие в действие какие-либо вспомогательные механизмы. Главные паротурбинные установки представляют собой сложные агрегаты, состоящие из одного, двух или трех корпусов турбин: высокого давления (ТВД), среднего давления (ТСД), низкого давления (ТНД). Кроме того, необходимо иметь турбину заднего хода, которую располагают в отдельном корпусе или в одном корпусе со ступенями переднего хода (обычно в ТСД или ТНД).

На рис. 48 показан продольный разрез турбины среднего давления активного типа. Турбина состоит из статора и ротора. К статору относятся такие крупные и ответственные узлы турбины, как корпус (обычно разъемный), опорные и упорные подшипники, стулья подшипников, диафрагма, лабиринтовые уплотнения, арматура, а также теплоизоляция, каркас, обшивка и др. Корпус турбины, обычно стальной, реже чугунный, имеет сложную конструкцию и предназначен для установки в нем ротора и для крепления к нему других неподвижных узлов и деталей. Каждый корпус главной судовой турбины имеет горизонтальный разъем, необходимый для вскрытия корпуса турбины, укладки и подъема ротора при сборке и ремонте. Кроме горизонтального разъема корпус турбины иногда имеет вертикальные разъемы для удобства отливки.

Рис. 48. Паровая турбина среднего давления.

На рис. 48 показан корпус с одним горизонтальным и двумя вертикальными разъемами. Он состоит из верхних 11, 5 и нижних 18 и 23 частей, носового 17 и кормового 24 стульев подшипников, отлитых заодно с нижними частями корпуса и предназначенных для крепления турбины к судовому фундаменту.

В носовых частях корпуса расположена двухступенчатая активная турбина заднего хода. Пар для нее подается в кольцевую полость 12, затем поступает в сопла диафрагмы 10, а из сопел — на рабочие лопатки дисков турбины. Шесть ступеней активной турбины переднего хода расположены в кормовых частях корпуса; к ним пар подается в кольцевое пространство 22, откуда поступает в сопла 4 первой ступени, а затем через сопла диафрагм 19 на рабочие лопатки 6 дисков 7 ротора турбины. При работе турбины переднего хода свежий пар на ступени турбины заднего хода не подается, а пар, отработавший в ступенях ТПХ (или ТЗХ), выходит в среднюю полость 20 турбины и через патрубок 21 поступает в конденсатор. Диафрагмы 10, 19 — это диски из двух частей, которые крепятся в кольцевых выточках корпуса турбины. Диафрагмы по назначению и расположению в турбине делятся на промежуточные и разделяющие. Промежуточные диафрагмы служат для разделения внутренней полости корпуса турбины на отдельные камеры (ступени) с различным давлением пара. Каждая такая диафрагма имеет в центре отверстия для прохода вала ротора, а на периферии — сопла, расположенные либо по всей окружности диафрагмы, либо только на части ее. Разделяющие диафрагмы предназначены для разделения ступеней переднего и заднего хода, если они расположены в одном корпусе. Такие диафрагмы не имеют сопел (на рис. 48 разделяющих диафрагм нет).

В местах выхода вала из корпуса турбины, а также в местах его прохода через промежуточные и разделяющие диафрагмы устанавливают специальные уплотнения, препятствующие утечке пара из турбины наружу и из одной полости в другую. В первом случае уплотнение называется наружным (3), а во втором случае — внутренним (8). В главных судовых турбинах применяют различные металлические лабиринтовые уплотнения (радиальные, осевые, радиально-осевые, елочные и др.), а в турбинах вспомогательных механизмов в основном угольные. В реактивных турбинах имеются обычно наружные уплотнения, а внутренние выполняют только в том месте корпуса, где расположен разгрузочный поршень (думмис), или в том случае, когда в корпусе реактивной турбины имеются регулировочные ступени активного типа.

Статор включает также опорные и упорный подшипники. Опорный 14 и упорный 16 подшипники расположены в носовом стуле 17, а опорный подшипник 2 — в кормовом стуле 24 корпуса турбины. Опорные подшипники предназначены для восприятия массы ротора и радиальных усилий, возникающих при работе пара в турбине, при качке судна и т. д., а также для обеспечения центровки ротора относительно корпуса турбины и уменьшения трения при вращении ротора. Упорный подшипник предназначен для восприятия неуравновешенных осевых сил, действующих на ротор, и для удержания его в определенном положении относительно корпуса турбины.

Ротор турбины состоит из вала 9, жестко насаженных на него дисков 7 с рабочими лопатками 6, деталей крепления лопаток и дисков между собой и с валом, думмиса (только у реактивных турбин), упорного гребня 15, маслоотбойных колец 13 (если они выполнены как отдельные детали) и соединительной муфты 1, предназначенной для соединения валов ротора и редуктора. По способу изготовления роторы бывают цельноковаными и составными, а по устройству — дисковыми, барабанными и смешанной конструкции. На рис. 48 показан ротор с насадными дисками.

Паровые турбины как привод к вспомогательным механизмам выполняют только однокорпусными, в основном активного типа. По устройству они более просты, чем главные турбины, но имеют те же основные детали.

Судовые паровые турбины | Слесарь-судоремонтник

Паровая турбина представляет собой тепловой двигатель ротативного типа с непрерывным рабочим процессом и постоянной частотой вращения. Рабочим телом в паровой турбине является водяной перегретый пар, поступающий из парогенератора.

Принцип действия паровой турбины (рис. 44) заключается в следующем. Свежий пар, поступающий из парогенератора по трубопроводу, направляется на неподвижные направляющие сопла 1, имея определенный запас потенциальной энергии. Вытекая из сопла, пар расширяется и, так как давление его уменьшается, приобретает большую скорость. С этой скоростью пар поступает на рабочие лопатки 2, расположенные на цилиндрической части колеса или диска 3, закрепленного на валу 4 турбины. Струя пара, вытекающего из сопла, создавая давление на рабочие лопатки, заставляет колесо турбины вместе с валом вращаться и совершать механическую работу.

Рис. 44. Схема действия паровой турбины.

Таким образом, в паровой турбине происходит двойное превращение энергии: первоначально тепловая энергия пара в направляющем аппарате превращается в кинетическую энергию.

Кинетической называется энергия движения тела; в нашем случае этим телом является пар. Кинетическая энергия пара на лопатках турбины превращается в механическую работу вращения ротора.

В зависимости от способа преобразования энергии пара на рабочих лопатках турбины разделяются на активные и реактивные. В активных турбинах пар расширяется только в направляющих аппаратах (соплах), а на рабочих лопатках используется лишь кинетическая энергия пара. В реактивных турбинах расширение пара происходит как в направляющем аппарате (соплах), так и на рабочих лопатках.

На рис. 45 показана схема активной паровой одноступенчатой турбины, у которой ротор состоит из вала 1 и диска 3 с рабочими лопатками 4. В переднее днище корпуса 2 турбины вставлены одно или несколько сопел 5, к которым подводится пар. Сопла и лопатки, по которым протекает пар, называются проточной частью турбины. Оси сопел расположены под небольшим углом а (рис. 45, б) к направлению вращения лопаток, представляющих собой изогнутые в виде желоба пластины с утолщением к середине (см. нижнюю правую часть рис. 45, б). На рис. 45, а (вверху) показана диаграмма изменения давления р и скорости с пара в различных местах проточной части турбины. Из диаграммы видно, что пар подходит к соплам с начальным давлением р0; при расширении пара в соплах давление его уменьшается до р1 и остается постоянным на лопатках и в корпусе до выхода из турбины. Скорость пара до сопел свх вследствие расширения пара при протекании его по соплам увеличивается до с1. С этой скоростью пар поступает в образованные рабочими лопатками криволинейные каналы. Изменение направления течения пара вызывает возникновение на рабочих лопатках силы, вращающей ротор. Вследствие преобразования части кинетической энергии пара в механическую работу, а также затраты части энергии на преодоление вредных сопротивлений скорость пара с1 по мере протекания его по рабочим лопаткам постепенно уменьшается до с2. С этой скоростью пар и оставляет рабочие лопатки.

Рис. 45. Схема активной одноступенчатой паровой турбины.

Таким образом, основные характерные особенности активной турбины заключаются в следующем:

—     увеличение скорости пара происходит только в сопле или в направляющем аппарате благодаря их особой форме;

—     при выходе из сопла пар с большой скоростью протекает по криволинейным каналам между рабочими лопатками колеса; скорость его при этом уменьшается, а давление остается неизменным вследствие того, что каналы имеют постоянное сечение и пар в них не расширяется. Следовательно, в активной турбине давление пара при входе на рабочие лопатки и выходе с них одинаково.

Активные турбины легко отличить от реактивных по профилю рабочих лопаток (рис. 46).

Рис. 46. Профиль рабочих и направляющих лопаток активной турбины.

Рис. 47. Профиль рабочих и направляющих лопаток реактивной турбины.

В реактивных турбинах форма каналов между рабочими лопатками (рис. 47) дает возможность пару расширяться не только в направляющих аппаратах (соплах), но и при проходе через эти каналы. Сечение каналов между рабочими лопатками в реактивных турбинах различное: на выходе пара оно меньше, чем на входе. Поэтому скорость пара на выходе из рабочих лопаток получается большей, чем на входе, вследствие чего возникает реактивная сила, действующая на лопатки в сторону, противоположную движению струи пара, выходящей с лопаток.

Таким образом, реактивная турбина характеризуется следующими особенностями:

—     расширение пара происходит не только в соплах, но и на рабочих лопатках;

—     входные сечения каналов между рабочими лопатками больше, чем на выходе.

Для наиболее выгодного и удобного использования энергии пара при относительно небольшой частоте вращения делают турбины с многодисковыми роторами, у которых каждый отдельный диск ротора работает на определенном давлении или скорости пара. Такие многоступенчатые турбины делятся на турбины со ступенями давления и со ступенями скорости.

Турбины со ступенями скорости бывают только активные, а турбины со ступенями давления — и активные и реактивные. Название «турбина со ступенями скорости» объясняется ступенчатым понижением скорости пара на рабочих лопатках. Число ступеней скорости определяется по числу венцов рабочих лопаток, в которых происходит превращение кинетической энергии в механическую работу. Турбины со ступенями скорости применяют в качестве двигателей для вспомогательных механизмов, а также в качестве регулировочной ступени главной турбины. Назначение регулировочной ступени заключается в том, чтобы количественно регулировать впуск пара в турбину и наиболее полно использовать его тепловую энергию в начале проточной части турбины с целью получения более высокого КПД. Регулирование впуска пара производится при помощи нескольких групп сопел, каждая из которых имеет сопловые клапаны.

В турбинах со ступенями давления пар не имеет возможности расширяться в одном направляющем аппарате от начального до конечного давления; этот перепад давления разделен на несколько частей по числу ступеней давления. При этом преобразование давления пара в скорость происходит последовательно в нескольких направляющих аппаратах, разделенных рабочими колесами. Таким образом, турбина со ступенями давления как бы состоит из нескольких элементарных (простых) турбин, каждая из которых в свою очередь состоит из неподвижных направляющих аппаратов и подвижных рабочих колес.

Конструкции современных главных турбин ТЗА

Современные судовые турбины строятся быстроходными, эко­номичными, с минимальным весом и габаритом.

В турбинных уста­новках, как правило, осуществляется регенеративный цикл в ре­зультате отбора пара от главных турбин на подогрев питательной воды. Число ступеней подогрева колеблется от двух до пяти. Дав­ление в точке отбора пара от главных турбин определяется энталь­пией воды при выходе из подогревателей.

Судовой турбозубчатый агрегат состоит из нескольких турбин, зубчатой передачи и конденсационной установки. Реверс осуществ­ляется при помощи турбины заднего хода (ТЗХ). В соответствии с Правилами Регистра СССР турбина заднего хода должна на расчетном режиме создать крутящий момент, равный 80% мо­мента на режиме переднего хода с номинальной мощностью при 50% частоты вращения гребного вала. В судовых современных установках ступени ТЗХ размещают при трехкорпусном агрегате в корпусах турбины среднего давления (ТСД) и турбины низкого давления (ТНД), при двухкорпусном агрегате — в корпусе ТНД переднего хода.

Зубчатую передачу устанавливают между турбинами и вало­проводом. Конденсатор располагают под ТНД или рядом при осе­вом выпуске.

Нa рис. 60 показан общий вид турбозубчатого агрегата для су­хогрузного судна. Номинальная и максимальная мощность ТЗА на фланце редуктора 9550 и 10 500 квт, а частота вращения греб­ного вала соответственно 1,67 и 1,72 об/сек, давление и темпера­тура пара перед быстрозапорным клапаном 4,05 Мн/м² и 450° С, вакуум в конденсаторе 95% (0,005 Мн/м²), мощность ТЗХ при ча­стоте вращения гребного вала 73,5%—3840 квт, эффективный к. п. д. агрегата на выходном фланце редуктора на номинальном режиме (условный) 75%.

Главный турбозубчатый агрегат состоит из ТВД 3, ТНД 5 и ТЗХ, расположенной в корпусе ТНД, главного конденсатора 10 двухступенчатого редуктора 7 с главным упорным подшипником и валоповоротньм устройством 8 и ресивера 4. При номинальной мощности ТЗА частота вращения ТВД и ТНД составляют соот­ветственно 89 и 59 об/сек, а развиваемая мощность ТВД равна 5050 квт и ТНД —4540 квт.

Турбина высокого давления смонтирована на фундаментной раме 9, один конец которой опирается на редуктор, а другой — на судовой фундамент. Турбина низкого давления проточной частью переднего хода обращена к редуктору и опирается корпу­сом кормового подшипника на редуктор, а корпусом носового — на гибкую опору 6 и судовой фундамент. Со стороны редуктора тур­бины закреплены неподвижно, а носовые стулья установлены на гибкие опоры 2 и 6, воспринимающие тепловые удлинения кор­пусов.

Главный конденсатор расположен под ТНД, приварен прием­ным патрубком к ее выпускной части и опирается на четыре пру­жинные опоры 1.

На рис. 61 показана схема подвода и отвода пара ТЗА. Подвод пара от маневрового клапана переднего хода 17 осуществляется двумя трубами диаметром 125 мм к нижней и верхней сопловым коробкам ТВД 10. Из ТВД пар поступает в ТНД 4, а затем в кон­денсатор 1. При работе агрегата на задний ход пар от маневро­вого клапана ЗХ 18 подводится по трубе диаметром 150 мм к ТЗХ 16 и далее поступает в конденсатор.

Турбозубчатый агрегат может работать при выходе из строя одной из турбин. На случай выхода из строя ТВД на патрубке 6 устанавливают фланец для подвода свежего пара в ТНД через дроссельную шайбу 13, с помощью которой пар дросселируется до начального давления перед турбиной. На случай выхода из строя ТНД на патрубке устанавливают фланец, соединяющий ресивер с горловиной конденсатора, при этом пар дросселируется шайбой 3 до давления в конденсаторе. Турбозубчатый агрегат имеет заглушки 2, 5, 7, 8, 11 и 14. При нормальном режиме дейст­вуют заглушки 2, 7 и 14, при работе только ТВД — заглушки 5 и 14, при работе только ТНД — заглушки 2,7,8 и 11.

В турбозубчатом агрегате производится три отбора пара от турбин: первый 12 — на подогреватель высокого давления; вто­рой 9 — на деаэратор и третий 15 — на подогреватель низкого дав­ления.

На рис. 62 показан продольный разрез ТВД рассматриваемого турбозубчатого агрегата. Проточная часть ТВД активного типа состоит из одновенечной регулировочной ступени 4 и девяти ступе­ней давления 2 с разными степенями реакции (от 10 до 20%). Ло­патки всех ступеней цельнофрезерованные, соединены бандажом по 8—12 шт. в пакеты. На бандажах рабочих лопаток выточены одно осевое усико и два радиальных уплотнительных усика. В ре­гулировочной ступени радиальные уплотнения выполнены на кольце 5, закрепленном в корпусе турбины. Ступени давления раз­делены диафрагмами 3 сварно-наборного типа. Сопловой аппарат 6 регулировочной ступени закреплен в сопловой коробке. Корпус 8 турбины литой из хромомолибденовой стали, снабжен выпускным патрубкам 18 и патрубками 16 и 17 для отбора пара. Первый отбор предусмотрен за пятой, а второй за последней ступенями. Ротор турбины жесткий, цельнокованый, покоится на двух самоуста­навливающихся опорных носовом 10 и кормовом 19 подшипниках. К носовому концу ротора присоединен гребень упорного подшип­ника 11 и установлены выключатель предельной частоты вращения бойкового типа и блок защиты от осевого сдвига 12. В ме­стах выхода ротора из корпуса турбина имеет концевые уплотне­ния 1 и 9 лабиринтного типа. Со стороны редуктора корпус тур­бины закреплен на фундаментной раме 13 неподвижно, а носовой конец корпуса — с помощью гибкой опоры 14 подвижно ввиду воз­можности теплового удлинения корпуса турбины. Для измерения разбега ротора служит механизм осевого перемещения 20.

Свежий пар от маневрового устройства подводится в ниж­нюю 15 и верхнюю 7 сопловые коробки. Нижняя сопловая коробка соплового клапана не имеет и в ней размещена первая группа со­пел 15, которые работают на всех режимах. В верхней сопловой коробке расположены три группы сопел. Каждая группа сопел обслуживается своим сопловым клапаном. При номинальной мощ­ности работают первые три группы сопел, а при максимальной мощности — все группы сопел. Различной комбинацией полностью открытых сопловых клапанов можно получить промежуточные мощности. Отработавший в ТВД пар поступает через выпускной патрубок в ТНД.

На рис. 63 показан продольный разрез ТНД, которая совместно с рассмотренной ТВД входит в состав турбозубчатого агрегата. Проточная часть ТНД состоит из девяти активных ступеней дав­ления 3 с различной степенью реакции (от 15 до 50%). На носо­вом конце турбины расположена турбина заднего хода, состоящая из одной двухвенечной ступени скорости 8 и двух одновенечных ступеней давления 4. Рабочие лопатки всех ступеней цельнофрезерованные, соединены бандажом в пакеты. Лопатки ступеней переднего хода имеют осевые уплотнительные усики. На банда­жах рабочих лопаток переднего и заднего хода выточено по два радиальных уплотнительных усика. Лопатки переднего хода, на­чиная с четвертой ступени, выполняются с переменным по высоте профилем. Корпус ТНД 16 сварно-литой, из углеродистой стали с горизонтальным и вертикальным разъемами. В носовой части корпуса в горизонтальном разъеме подвешен корпус ТЗХ 14. Па­трубок подвода свежего пара в ТЗХ присоединен к сопловой ко­робке при помощи компенсатора 6 мембранного типа. К корпусу ТЗХ крепится пароотбойный щиток 15, препятствующий поступле­нию отработавшего пара из ТЗХ в ТНД, и наоборот. Корпус опор­но-упорного подшипника 19 связан с корпусом ТНД посредством проушины 17 и шпонки 18, которая совместно с двумя горизон­тальными шпонками лап фланца нижней половины корпуса обес­печивает сохранение центровки корпуса турбины с корпусом под­шипника.

Сопла 1 ТНД фрезерованные и набираются в пазы верхней и нижней половин кормовой части турбины. Сегмент сопел ТЗХ 7 изготовлен в виде диска из двух половин с просверленными в нем сопловыми каналами. Диафрагма 2 второй ступени турбины ПХ стальная, остальных ступеней ТНД — чугунная с залитыми лопат­ками. Диафрагма второй ступени 5 ТЗХ — стальная, а последней ступени — чугунная.

Ротор турбин низкого давления и заднего хода цельнокованый из хромомолибденовой стали. На кормовом конце ротора выто­чены гребень упорного подшипника 22 и полумуфта 21 для соеди­нения турбины с редуктором. На роторе проточены, так же как и на роторе ТВД, канавки и гребни для концевых уплотнений 9 и 25. К носовому концу вала ротора присоединен валик 12 с ра­бочим колесом измерителя скорости 13, подающий импульс регу­лятору скорости, который удерживает обороты турбин в пределах 103—108% номинальных. На кормовом конце ротора установлен блок защиты от осевого сдвига 20. Уплотнения 9 и 25, маслоотбойные устройства 10 и 24, опорные 11 и 23 и упорный 22 подшипники по конструкции аналогичны соответствующим деталям ТВД и раз­личаются только размерами.

В настоящее время налажено серийное производство турбозубчатых агрегатов для танкеров типа «Пекин» и «София» мощностью 14 000 квт, которые по конструкции почти не отличаются от рассмотренного ТЗА мощностью 9550 квт. Проточная часть ТВД агрегата состоит из одновенечной регулировочной ступени и восьми активных ступеней давления с различными степенями ре­акции (6—15%), проточная часть ТНД— из одиннадцати ступе­ней давления со степенями реакции 12—64%, проточная часть ТЗХ — из одной двухвенечной ступени скорости и двух одновенечных ступеней давления.

Английское турбостроительное объединение Паметрада с 1962 г. проводит работу по стандартизации судовых паротурбинных уста­новок. С помощью трех стандартных ТВД и четырех ТНД можно получить диапазон мощностей 7350—25 800 квт. Рабочие пара­метры пара (давление 5,9 и 7,6 Мн/м², температура 510° С) стан­дартных турбин благоприятны для установок в целом и экономи­чески целесообразны. Стандартная турбина высокого давления типа PSF/D Паметрада в комбинации с турбиной низкого давле­ния типа PSF/L25 обеспечивают диапазон мощностей 11 000— 14 700 квт (давление пара перед соплами ТВД 4,2 Мн/м², темпера­туру 504° С, максимальная частота вращения ТВД — 91,5 об/сек и ТНД — 59,3 об/сек, скорость вращения гребного вала 1,8 об/сек). Турбина высокого давления агрегата состоит из регулировочной ступени в виде двухвенечного скоростного колеса и девяти активных одновенечных ступеней. В турбину низкого давления агрегата входит девять активных одновенечных ступеней, в ТЗХ низкого давления—двухвенечное скоростное колесо и одна активная одновенечная ступень. Передача мощности на гребной винт осу­ществляется посредством стандартного двухступенчатого редук­тора.

В качестве примера реактивных турбин приводится описание двухкорпусного ТЗА (для грузовых судов), состоящего из ТВД и ТНД, установленных рядом в нос от зубчатой передачи.

Проточная часть ТВД (рис. 64) включает регулировочное двух­венечное колесо и семнадцать реактивных ступеней. Ротор тур­бины цельнокованый, барабанного типа. Поршень думмиса отко­ван заодно с ротором. В корпусе 5 установлены на радиальных штырях обоймы 6, в которые набраны направляющие лопатки и обойма 7 с направляющими лопатками регулировочной ступени. Стулья подшипников отлиты вместе с нижней половиной кор­пуса. Для компенсации тепловых расширений корпуса кормо­вой стул установлен на гибкой опоре 2. Снаружи корпус закрыт кожухом 4. Опорные 9 и упорный 10 подшипники самоустанавли­вающейся конструкции. Наружные уплотнительные коробки 3 и 8 имеют по пять угольных колец. Пар, просачивающийся через уплотнение думмиса, отводится через уравнительную трубу 1.

Проточная часть ТНД двухкорпусного агрегата состоит из двух реактивных групп, каждая из которых включает пять ступеней. Лопатки последних двух ступеней имеют переменный про­филь. Проточная часть ТЗХ имеет два двухвенечных колеса. Тур­бины ПХ и ЗХ разделены общей выпускной камерой, соединенной с конденсатором. Корпус ТЗХ выполнен отдельно в виде вставной (опловой коробки и установлен в корпус ТНД с помощью болтов и радиальных штырей. Думмис ТНД находится в кормовой части турбины. Все остальные узлы и детали ТНД выполнены анало­гично узлам и деталям для ТВД. Пар в ТЗХ проходит в сопла первой ступени, а затем, отработав во второй ступени, поступает и конденсатор.

В турбозубчатом агрегате производится два отбора пара: пер­вый из ТВД после первой группы реактивных ступеней, а второй из ТНД после пятой ступени. Пар из камеры думмиса отводится по уравнительному каналу в полость второго отбора.

§ 45. Турбинные установки. Общее устройство судов

§ 45. Турбинные установки

Судовые турбины служат для преобразования тепловой энергии пара или газа в механическую работу. Метод превращения энергии в турбине не зависит от рабочего тела, которое используется в турбине. Поэтому рабочие процессы, протекающие в паровых турбинах, не имеют существенного отличия от рабочих процессов, протекающих в газовых турбинах, а основные принципы проектирования паровых и газовых турбин одинаковы.

Свежий пар или газ, поступая в сопло, являющееся направляющим аппаратом, расширяется, потенциальная энергия превращается в кинетическую, и пар или газ приобретают значительную скорость. По выходе из сопла пар или газ попадает в каналы рабочих лопаток, насаженных на обод турбинного диска, сидящего на валу турбины. Рабочее тело давит на изогнутые поверхности рабочих лопаток, заставляя диск с валом вращаться. Совокупность рассматриваемых таких направляющих аппаратов (сопел) и рабочих лопаток на турбинном диске называется ступенью турбины. Турбины, имеющие лишь одну ступень, называются одноступенчатыми в отличие от многоступенчатых турбин.

Турбины по принципу работы рабочего тела (пара или газа) разделяют на две основные группы. Турбины, в которых расширение, пара или газа происходит только в неподвижных направляющих аппаратах, а на рабочих лопатках используется лишь их кинетическая энергия, называются активными. Турбины, в которых расширение пара или газа происходит также и при движении рабочего тела в каналах рабочих лопаток, называются реактивными. Турбины вращаются только в одну сторону и являются нереверсивными, т. е. они не могут изменять направление вращения. Поэтому на одном валу с главными турбинами переднего хода обычно предусматривают турбины заднего хода. Мощность судовых турбин заднего хода не превышает 40-50% мощности турбин переднего хода. Поскольку эти турбины не должны обеспечивать высокую экономичность в работе, число ступеней в них невелико.

Судовые паротурбинные установки, работающие при начальном давлении пара 40-50 атм и температуре пара 450-480° С, имеют экономический к. п. д. 24-27%.

Экономическим (эффективным ) к. п. д. называется отношение тепла, превращенного в полезную работу, к теплу, развивающемуся при полном сгорании затраченного топлива. Эффективный к. п. д. характеризует экономичность двигателя. При повышении давления до 70-80 атм и температуры пара до 500- 550° С экономический к. п. д. возрастает до 29-31%. Дальнейшее повышение начального давления пара и совершенствование установок позволит увеличить к. п. д. судовой паротурбинной установки примерно до 35%.

Работа над судовыми газотурбинными установками (ГТУ) по существу носит еще экспериментальный характер, так как все еще не создано их серийной конструкции.

Газовая турбина отличается от паровой тем, что рабочим телом ее является не пар из котлов, а газы, образующиеся при сгорании топлива в специальных камерах.

Устройство и работа газовой турбины аналогичны устройству и работе паровой турбины. Они также бывают активные или реактивные, однокорпусные, многокорпусные и т. п. Отличаются газовые турбины от паровых более высокими температурными нагрузками: температура горячих газов бывает в пределах 700-800° С. Разница в температурном режиме уменьшает ресурсы времени работы газовых турбин.

В зависимости от способа сжатия воздуха и образования горячих газов различают газотурбинные установки с камерой горения и ГТУ со свободно-поршневыми генераторами газа (СПГГ). Отрицательным качеством ГТУ является большая потеря тепла при отводе отработавших газов.

Методом повышения экономичности ГТУ является использование тепла отработавших газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания, так называемая регенерация.

Применение регенерации с одновременным двухступенчатым сжатием воздуха повышает эффективный к. п. д. установки до 28-30%. Такие ГТУ находят применение в качестве судовых силовых установок.

В судовой газотурбинной установке с камерой горения (рис.69) атмосферный воздух засасывается, сжимается компрессором низкого давления 1, располагаемым на одном валу с газовой турбиной 5, и направляется в холодильник 2, охлаждаемый забортной водой. Охлажденный воздух поступает в компрессор высокого давления 3, где снова сжимается до более высокого давления, после чего подается в регенератор 4, откуда подогретый отработавшими газами идет в камеру горения 6, где сгорает подающееся туда топливо. Продукты сгорания расширяются в газовой турбине 5 и через регенератор, отдав в нем часть тепла воздуху, выходят в атмосферу или используются в утилизационном котле.

Рис. 69. Схема газотурбинной установки с регенерацией и двухступенчатым сжатием воздуха.

Энергия, развиваемая в газовой турбине, не полностью используется по основному назначению, а частично расходуется на привод компрессоров. Для запуска газовой турбины ее необходимо раскрутить пусковыми электромоторами.

Газотурбинная установка со свободно-поршневым генератором газа (СПГГ) представляет собой активную или реактивную турбину и дизельный цилиндр, в котором происходит сжигание топлива. Комбинированная газотурбинная установка с СПГГ показана на рис. 70.

Цилиндр СПГГ 1 имеет два рабочих поршня 2 на одних штоках с поршнями компрессоров 3. При сгорании смеси воздуха с топливом, подаваемым через форсунку 11, газы в цилиндре расширяются, раздвигая поршни. В полостях 6 компрессорных цилиндров 5 создается разряжение и через клапаны 7 атмосферный воздух засасывается. Одновременно в полости 4 компрессорных цилиндров воздух сжимается и рабочие поршни возвращаются в исходное положение.

При расхождении поршней в цилиндре открываются сначала выхлопные окна 9, а затем продуваются окна 10. Отработанные газы через выхлопные окна поступают в ресивер 8 и оттуда – в газовую турбину 12.

При обратном ходе компрессорных поршней выхлопные и продувочные окна закрываются, воздух из полости 6 нагнетается в продувочный ресивер, а воздух в рабочем цилиндре сжимается. В конце сжатия температура воздуха поднимается и впрыснутое в этот момент форсункой топливо воспламеняется. Начинается новый цикл работы свободно-поршневого генератора газа.

Эффективный к. п. д. такой комбинированной газотурбинной установки с СПГГ приближается к 40%, что делает выгодной их установку на судах. Газотурбинные установки с СПГГ перспективны и будут широко использоваться на судах в качестве главных двигателей.

Рис. 70. Схема газотурбинной установки со свободно-поршневым генератором газа (СПГГ).

Судовые ядерные установки служат для получения тепловой энергии в результате деления ядер расщепляющихся элементов, которое происходит в аппаратах, называемых ядерными реакторами. Суда с такими установками имеют практически неограниченную дальность плавания.

Энергия, выделяемая реакцией деления ядер при использовании 1 кг урана, примерно равна энергии, получаемой при сжигании 1400 т мазута. Суточный расход ядерного топлива на транспортных судах исчисляется лишь десятками граммов. Срок смены тепловыделяющих элементов в судовых реакторах равен двумтрем годам. Несмотря на большой вес ядерной установки, вызванный большим весом биологической защиты, полезная грузоподъемность судов с ядерными установками, значительно больше грузоподъемности судов равных размерений, имеющих общепринятые силовые установки. Увеличение грузоподъемности на этих судах объясняется отсутствием на них обычного топлива.

Для повышения скорости движения судов применение установок, работающих на ядерной энергии, является экономически выгодным, позволяет повысить мощность силовых установок без резкого увеличения их веса. Решающим преимуществом судовых ядерных установок является отсутствие потребности в воздухе при их работе. Эта особенность позволяет решить проблему длительного движения судов под водой. Как известно, суда, плавая под водой, в однородной среде, встречают меньшее сопротивление, чем надводные суда, и, следовательно, при равных мощностях двигателей могут развивать большие скорости. Подводные транспорты большого водоизмещения могут быть значительно выгоднее в эксплуатации, чем надводные суда того же водоизмещения.

В качестве ядерного топлива для современных судовых реакторов применяется искусственно обогащенный уран с содержанием изотопа U₂₃₅ в количестве 3-5%.

Та часть реактора, в которой совершается цепная реакция, называется активной зоной. В эту зону вводят особое вещество – замедлитель нейтронов, замедляющее движение нейтронов до скорости теплового движения. В качестве замедлителя применяется простая вода (Н₂0), тяжелая вода (D₂0), бериллий или графит.

По типу активной зоны реакторы делят на гомогенные и гетерогенные. В гомогенных реакторах ядерное топливо и замедлитель представляют собой однородную смесь. В гетерогенных реакторах ядерное топливо располагается в замедлителе в виде стержней или пластин, называемых тепловыделяющими элементами. В судовых ядерных силовых установках применяется единственный тип – гетерогенные реакторы.

При совершении ядерной реакции около 80% энергии превращается в тепло, а 20% выделяется в виде излучений (а, в и у), а- и в-излучения особенной опасности не представляют. Но вот у-излучения и нейтронные излучения, обладающие большой проникающей способностью, вызывают вторичное излучение во многих материалах. При этом излучении в организме человека возникают тяжелые заболевания. Для предотвращения такого излучения ядерные силовые установки должны иметь надежную защиту, называемую биологической. Биологическую защиту обычно выполняют из металла, воды и бетона, она имеет значительные габариты и вес.

Наиболее мощной и технически совершенной судовой ядерной силовой установкой на гражданских судах является силовая установка на ледоколе «Ленин» – самом мощном ледоколе в мире.

Мощность четырех его турбин равна 44 000 л. с.

Главная энергетическая установка ледокола «Ленин» выполнена по следующей схеме (рис. 71). На ледоколе установлены три реактора 1 со стабилизаторами давления 2 в первом контуре. Замедлителем и теплоносителем служит обычная вода под давлением около 200 атм. Вода реактора подается в парогенераторы 3 при температуре около 325° С циркуляционными электронасосами 4. В парогенераторах получается пар второго контура под давлением 29 атм и с температурой 310° С, который приводит в действие четыре паровых турбогенератора 5. Отработавший пар проходит через конденсаторы 6 в виде конденсата и используется снова, совершая работу по замкнутому циклу.

Реакторы, парогенераторы и насосы активной зоны окружены биологической защитой из слоя воды и стальных плит толщиной 300-420 мм.

Рис. 71. Схема энергетической установки ледокола «Ленин»

Судовые турбореактивные двигатели применяются на судах на подводных крыльях или на судах специального назначения. Часто встречающаяся схема турбореактивного двигателя приведена на рис. 72.

При движении двигателя влево (по стрелке А) воздух поступает в его корпус и сжимается турбокомпрессором 1. Сжатый воздух подается в камеру горения 2, в которой сгорает поступающее одновременно топливо. Из камеры 2 продукты сгорания направляются в газовую турбину 3. В турбине газы частично расширяются, совершая этим работу для привода турбокомпрессора. Дальнейшее расширение газа происходит в сопле 4, откуда он с большой скоростью вырывается в атмосферу. Реакция вытекающей струи обеспечивает движение судна.

Парогазовая турбинная установка, работающая по циклу Вальтера, была применена на немецких подводных лодках во второй мировой войне с целью увеличения их скорости в подводном положении. Лодка с такой установкой могла в течение 5-6 ч развивать большие скорости подводного хода, доходящие до 22-25 узл.

Окислителем в этом цикле служила перекись водорода высокой (80%) концентраций, которая в присутствии катализатора разлагается в специальной камере на водяной пар и кислород, выделяя значительное количество тепла. В камере горения в кислороде сжигалось жидкое топливо с одновременным впрыскиванием туда же пресной воды. Энергия получающейся парогазовой смеси с высоким давлением и высокой температурой использовалась в парогазовой турбине. Отработавшая парогазовая смесь охлаждалась в конденсаторе, где водяной пар превращался в воду и поступал опять в систему, питательной воды, а углекислота откачивалась за борт.

Основными недостатками этих установок являлась малая дальность плавания лодок максимальными ходами, повышенная пожароопасность из-за наличия на лодке большого количества перекиси водорода, зависимость их нормальной работы от глубины погружения и высокая стоимость как самой установки, так и ее эксплуатации.

В Англии в послевоенные годы была построена подводная лодка «Эксилорер» с силовой установкой такого типа. На проведенных испытаниях было определено, что стоимость ее одного ходового часа эквивалентна стоимости 12,5 кг золота.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Газовые судовые турбины

По принципу работы газотурбинный двигатель имеет много общего с двигателями внутреннего сгорания, а по способу преобразования тепловой энергии в механическую работу — с паровой турбиной. Поэтому газовые турбины иногда мощностью, малыми габаритами и весом, ГТУ имеет следующие существенные недостатки: высокую температуру горячих газов (800—900° С), выходящих из камеры сгорания, что вызывает необходимость применения для нагреваемых деталей (сопла, рабочие и направляющие лопатки) жаропрочных сталей, специальных жаростойких материалов, а также различных способов их охлаждения; значительный непроизводительный расход мощности газовой турбины на компрессор и топливный насос.

Однако, несмотря на эти недостатки, ГТУ имеют явные преимущества по сравнению с другими энергетическими установками и в настоящее время все более широко внедряются в качестве двигателей на различных видах транспорта.

На рис. 66 приведена упрощенная схема судовой ГТУ. Работа установки осуществляется по открытому циклу (с одним рабочим веществом в системе) с постоянным давлением в камере сгорания. С помощью компрессора 7 через генератор 1 в камеру сгорания 2 нагнетается сжатый воздух. Сюда же от насоса 6 непрерывно поступает под давлением жидкое топливо, которое распыливается форсунками и сгорает, выделяя при этом тепло. Образовавшаяся газовая смесь направляется в газовую турбину 5, где тепловая энергия смеси преобразуется на рабочих лопатках в механическую ошибочно называют турбинами внутреннего сгорания. В отличие от паровых газовая турбина не является самостоятельным тепловым двигателем, а входит в состав комплексной газотурбинной установки (ГТУ). Основными узлами такой установки являются: газовая турбина, компрессор, регенератор, камера сгорания, топливный насос и зубчатая передача. Обладая достаточной энергию. Отработавшие в турбине 5 газы проходят вначале через регенератор 1, где отдают часть оставшегося тепла холодному воздуху, а затем уходят в дымовую трубу. Турбоустановка приводится в действие электродвигателем 3, присоединенным при помощи муфты 4 к валу ротора турбины. При пуске установки из холодного состояния отключают соединительную муфту 8 и электродвигатель проворачивает только турбину, топливный насос и компрессор, сидящие на одном валу. После зажигания топлива в камере сгорания и образования рабочей газовой смеси электродвигатель отключают. Затем включают муфту 8 и вращение ротора турбины передается через зубчатую передачу 9 на гребной вал 11 и гребной винт 12. Упорное усилие, развиваемое гребным винтом, воспринимается упорным подшипником 10 и передается корпусу судна.

Рис. 66. Схема судовой ГТУ.

Вместо пускового электродвигателя иногда применяют двигатель внутреннего сгорания, который можно использовать как для экономического хода судна, так и в качестве аварийного двигателя.

Особенно перспективными для использования на судах являются газотурбинные установки со свободно-поршневыми генераторами газа (ГТУ с СПГГ), сочетающие положительные качества двигателя внутреннего сгорания (высокая экономичность) и газовой турбины (малые габариты и вес). Принципиальная схема такой установки приведена на рис. 67. Свободно-поршневой генератор газа 1 представляет собой горизонтальный двухтактный двигатель внутреннего сгорания 2 с высоким наддувом и противоположно движущимися поршнями 3, жестко соединенными с поршнями компрессора. Правая и левая поршневые группы 3 не имеют механического ограничения хода, а их симметричное перемещение обеспечивается особым синхронизирующим механизмом.

Рис. 67. Схема ГТУ с СПГГ.

В результате сгорания топлива, поступающего через форсунку 7, в цилиндре 2 двигателя поршни 3 расходятся, сжимая воздух в буферах 4. В конце рабочего хода происходят выпуск и продувка. Обратный ход поршней осуществляется под действием энергии сжатого в буферах воздуха. При этом воздух в цилиндре 5 компрессора сжимается и нагнетается в ресивер продувочного воздуха 6. Одновременно сжимается воздух в цилиндре 2 двигателя до температуры, при которой самовоспламеняется топливо. В конце хода поршней форсункой 7 впрыскивается топливо, происходит сгорание, и рабочий цикл повторяется. Смесь продувочного воздуха и выпускных газов поступает из цилиндра двигателя через выпускной уравнительный ресивер 8 в газовую турбину 9, которая через редуктор вращает гребной вал судна. Соединительная муфта 11 служит для отключения вала редуктора 10, лежащего в опорных подшипниках 12, при пуске турбины из холодного состояния.

Возможность более полного расширения газа, более низкая его температура при входе в турбину, а также отсутствие компрессора на валу турбины, обеспечивают более высокую экономичность установки с СПГГ (по сравнению с газотурбинной без СПГГ) и позволяют применять для облопачивания турбины менее дефицитные марки сталей. Малые габариты и вес установок с СПГГ, отсутствие механической связи между генератором газа и турбиной позволяет располагать их в любом положении к линии вала, между палубами, рационально используя объём машинного отделения. Кроме того, установки с СПГГ обеспечивают судну высокую маневренность благодаря быстрому их пуску и реверсу. Реверс осуществляется при помощи турбины заднего хода и производится за 15—20 с, обеспечивая быстрое торможение судна.

Турбины судовые — Энциклопедия по машиностроению XXL

Однокорпусные турбины судовых электростанций для повышения маневренности и уменьшения массы и габаритов обычно выполняют активными.  [c.158]

Для заливки верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, судовых и стационарных паровых машип мощностью до 1200 Л- с., локомобилей, лесопильных рам, гидротурбин, электровозов, электродвигателей мощностью 250 — 750 кет, генераторов мощностью до 500 кет, компрессоров мощностью до 500 л. с., центробежных насосов мощностью до 2000 л. с., вакуум-насосов, редукторов и шестеренных клетей прокатных станов, подъемных машин мощностью до 1800 л. с., дробилок  [c.231]

Для заливки шатунных и коренных подшипников двигателей внутр. сгорания (автомобильных, тракторных и др.), верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, судовых и стационарных паровых машин мощностью до 1200 л. с., гидротурбин, электроприводов, электродвигателей мощностью 250—750 кет, компрессоров и генераторов мощностью до 500 кет, центробежных насосов мощностью до 2000 л. с. и др.  [c.161]

Для заливки верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, судовых и стационарных паровых машин мощностью до 1200 л. с., лесопильных рам, гидротурбин, электроприводов, электродвигателей, генераторов, компрессоров, центробежных насосов, вакуум-насосов, редукторов и шестеренных клетей прокатных станов, подъемных мащин мощностью до 18 00 л. с., дробилок  [c.161]

Б16 15-17 1,5-2,0 15-17 V 0,1 0,3 0,15 0,1 0,6 Верхние половинки опорных подшипников паровых турбин, судовых стационарных паровых машин до 1200 л, с, и  [c.217]

Для заливки верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, судовых и стационарных паровых машин меньшей мощности  [c.445]

Паровые и водяные турбины судовых установок. …  [c.305]

Расчеты параметров энергетических и механических приводов произведены для природного газа с низшей теплотворной способностью Ни=50056 кДж/кг, газовых турбин судового применения — для дизельного топлива с Ни=42000 кДж/кг. Мощность и кпд определены на выходном валу привода в условиях 180.  [c.230]

Быстро вращающиеся тела входят в состав многих машин винт самолета, турбина судового или турбореактивного двигателя и т. п. Управление движением таких машин связано с некоторыми специфическими трудностями. Например, при изменении положения в пространстве самолета с работающим двигателем пилот должен преодолевать дополнительное сопротивление, связанное с наличием гироскопической жесткости пилот ощущает влияние гироскопического момента .  [c.415]

Следует отметить одно важное свойство винтовых поверхностей, состоящее в том, что эти поверхности, так же как и поверхности вращения, могут сдвигаться, т. е., совершая винтовое перемещение, поверхность скользит вдоль самой себя. Это свойство обеспечивает винтовым поверхностям широкое применение в технике. Винты, шнеки, сверла, пружины, поверхности лопаток турбин и вентиляторов, рабочие органы судовых движителей, конструкции винтовых аппарелей и лестниц — вот далеко не полный перечень технического использования винтовых поверхностей.  [c.117]

Значительного повышения производительности контроля изделий сложной конфигурации (турбинных лопаток, коноидов, кулачков, судовых винтов, корпусов и др.) можно достичь, используя  [c.161]

Задача 1073 (рис. 529). Редуктор судового турбозубчатого агрегата состоит из трех колес, радиусы которых соответственно равны Ti, г , Г3. На ведущие колеса / и //от турбин передаются моменты и Mj. Определить угловое ускорение гребного вала, если на винт действует момент сопротивления М . Принять моменты инерции ведущих колес равными и а момент инерции колеса /// с валом и винтом  [c.372]

Смазочные масла минерального происхождения подразделяют на группы по химическому составу в зависимости от вида сырья, из которого они изготовлены, причем масла одинакового состава различают по характеру очистки и способу производства. По условиям применения выделяют две основные группы масел — конструкционные и технологические. К первой группе относят моторные, трансмиссионные, компрессорные, индустриальные, турбинные, цилиндровые, вакуумные и специальные (судовые, приборные, осевые и др.) ко второй — масла, применяемые при обработке металлов.  [c.730]

В котельном агрегате К теплота, выделяемая при сгорании топлива в топке, передается рабочему телу — воде, которая превращается в пар заданных параметров. Из котельного агрегата пар поступает в паровую турбину Т (или в паровую поршневую машину), где происходит преобразование части подведенной в котельном агрегате теплоты в работу. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор Конд., где отдает непревращенную в работу теплоту охлаждающей воде (в судовых условиях — забортной воде). Пар конденсируется, И конденсат с помощью питательного насоса П.н направляется обратно в котельный агрегат.  [c.238]

Комбинированные установки с паровыми и газовыми турбинами (парогазовые и газопаровые) применяются в основном на электростанциях большой мощности для выработки электрической и тепловой энергии, а также в качестве главных судовых установок. Они включают основные агрегаты ПТУ и ГТУ в них два рабочих тела — пар и газ —  [c.179]

Трехвальную схему (рис. 4.15, в) применяют для транспортных ГТД большой мощности (свыше 5 МВт), например, судовых и пиковых, аварийных стационарных энергетических ГТУ, если в качестве газогенератора (блоков компрессоров и турбин высокого и низкого  [c.192]

Учебник написан в соответствии с программой курса Судовые паровые и газовые турбины и их эксплуатация с учетом многолетнего опыта преподавания указанного курса студентам специальности 0525 Судовые силовые установки , а также студентам и курсантам специальности 1612 Эксплуатация судовых силовых установок .  [c.3]

Многоступенчатые турбины. Несмотря на простоту устройства, одноступенчатые турбины не получили большого распространения из-за невозможности достигнуть высокого КПД при больших перепадах давления, а также вследствие большой частоты вращения пала и невозможности получения значительных мощностей. В судовых условиях одноступенчатые турбины применяют лишь для привода вспомогательных механизмов. Чтобы избежать большой частоты вращения и окружных скоростей и сохранить наивыгоднейшие отношения между окружной скоростью рабочих лопаток и скоростью потока, современные турбины выполняют многоступенчатыми — со ступенями давления, ступенями скорости и различными комбинациями этих ступеней.  [c.12]

Судовая энергетическая установка с паровыми турбинами состоит из парогенератора (это паровой котел или атомный реактор), парового турбинного агрегата, вспомогательных механизмов и теплообменных аппаратов. Установка, обеспечивающая заданное дви- ение судна, называется главным турбинным агрегатом. В его  [c.14]

Схема простейшего судового газотурбинного двигателя (ГТД открытого цикла) представлена» на рис. 1.8. Компрессор 1 через входной патрубок засасывает воздух и сжимает его до определенного давления. Воздух с повышенным давлением поступает в ка-М(фу сгорания 4, куда через форсунку непрерывно подается топливо. Топливо в камере сгорает при постоянном давлении, и образовавшийся при этом газ направляется в газовую турбину 6, где его энергия преобра зуется на рабочих лопатках в механическую  [c.16]

Судовая газотурбинная установка ГТУ-20 мощностью 8700 кВт представлена на рис. 1.10. Установка состоит из двух самостоятельных двигателей ГТУ-10 мощностью 4350 кВт каждый. Двигатели работают через общий редуктор на гребной винт регулируемого шага (ЕРШ). В состав каждого двигателя входят два турбокомпрессорных блока, смонтированных на общей раме 5 турбина высокого давления 8 приводит во вращение компрессор высокого давления 7, а турбина низкого давления 9 — компрессор низкого давления 10 и через редуктор / — ВРШ. Между КНД и КВД расположен промежуточный воздухоохладитель 6. Воздух перед поступлением в камеру сгорания 3 подогревается за счет теплоты уходящих газов в регенераторе 2. Запуск осуществляется устройством 4. ГТУ-20 имеет дистанционное управление (автоматическое), ею может управлять один человек с центрального поста управления.  [c.18]

В судовых энергетических установках применяются также комбинированные ГТУ. При повышении степени наддува судовых две мощность, развиваемая турбиной компрессора, становится равной мощности, развиваемой двигателем. В этом случае полезную мощность целесообразно снимать с газовой турбины, а сам ДВС использовать для привода воздушного компрессора таким образом удается исключить кривошипно-шатунный механизм.  [c.18]

КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБИН  [c.21]

Для заливки шатунных и коренных подшипников двигателей внутреннего сгорания, а также шатунных и коренных подшипников тракторных и автомобильных моторот, верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, судовых н стационарных паровых машин мощностью до 1200 л. с.. локомобилей, лесопильных рам, гидротурбин, электровозов, электродвигателей мощностью 250 — 750 кет, генераторов мощностью до 500 кет, компрессоров мощностью до 500 л. с., центробежных насосов мощностью до 2000 л. с., вакуум-насосов, редукторов и шестеренных клетей прокатных станов, подъемных машин мощность до 1800 л. с., дробилок  [c.231]

Для заливки шатунных, коренных и головных подшипников двигателей внутреннего сгорания, а также шатунных и коренных подшипников тракторных и автомобильных двигателей, верхних частей опорных подшипников паровых турбин, судовых и стащюнарных паровых машин мощностью до 880 квт, локомобилей, лесопильных рам, гидротурбин, электродвигателей мощностью 250—750 квт, ген аторов мощностью до 50Э квт, компрессоров мощностью до 370 квт, центробежных насосов мощностью до 1470 квт, вакуум-насосов, редукторов и шестеренных клетей прокатных станов, подъемных машин мощностью до 1330 квт, дробилок  [c.177]

Ковка является единственно возможным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т) типа валов гидрогенераторов, турбин ных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокат ных станов и т. д. Поковки меньшей массы (десятки и сотни кило граммов) можно изготовлять и ковкой, и штамповкой. Хотя штам повка имеет ряд преимуществ перед ковкой, в единичном и мелкосе рийном производствах ковка обычно экономически более целесооб разна. Объясняется это тем, что при ковке используют универсаль ный (годный для изготовления различных поковок) инструмент а изготовление специального инструмента (штампа) при небольшой партии одинаковых поковок экономически невыгодно. Исходными заготовками для ковки тяжелых крупных поковок служат слитки массой до 320 т. Поковки средней и малой массы изготовляют из блюмов и сортового проката квадратного, круглого или прямоуголь-ного сечений.  [c.70]

Разрушительные концентрации N82804 могут возникать вследствие загрязнения воздуха морской солью. Продукты сгорания нефти — SO2 и 8О3 — также способствуют коррозии, но лопатки судовых турбин подвержены высокотемпературной коррозии и при использовании топлива с низким содержанием серы [40]. Высокохромистые сплавы более устойчивы к этому виду коррозии, чем сплавы с низким содержанием хрома.  [c.201]

Среди судовых ГТУ наибольшее применение находят легкие прямоточные установки. Основные особенности их можно показать на примере ГТД, схема которого приведена на рис. 4.17. ГТД состоит из воздухозаборника I, КНД 4, КВД 5, камеры сгорания 6, ТВД 7, ТСД 8 и ТНД (турбины винта) 10. Компрессор 5 приводится во вращение турбиной 7, компрессор 4 — турбиной 8 вал компрессора 4 и турбины 8 проходит внутри вала компрессора 5 и турбины 7 (конструкция вал в валу ). Мощность турбины 10 винта через рессору 13 и редуктор 14 передается винту. Роторы всех трех турбин имеют разную частоту вращения. Для передачи мощноети от пусковых электродвигателей и для привода расположенных на корпусе двигателя механизмов служат передняя 2 и основная 3 коробки приводов. Масло-агрегат 15 также получает мощность от вала компрессора. Все элементы ГТД смонтированы на общей раме 16. Кожух 12 газоотводного патрубка 11 сообщается с кожухом двигателя 9. Окружающий воздух эжектируется отработав-щими газами и, проходя между кожухом и корпусом двигателя, охлаждает их.  [c.198]

В судовых и стационарных ГТУ, выполняемых по схеме рис. 4.17, имеется возможность дальнейшего увеличения температуры газа при одновременном повышении 71к и соответственно КПД установки. Для применения высоких температур Тг необходимо вводить интенсивное охлаждение проточной части и, в первую очередь, лопаток, поскольку жаропрочность металлических сплавов ограничена. В настоящее время практически ни одна ГТУ (или ГТД) не выполняется без охлаждения лопаток. Накоплен больщой опыт конструирования охлаждаемых элементов турбин, разработаны методы расчета охлаждаемых лопаток, внедрены и постоянно совер-щенствуются способы изготовления лопаток.  [c.198]

АГТД находят применение также в судовых установках. Для эффективной передачи мощности АГТД на винт предусматривается компоновка со свободной силовой турбиной 5 винта (рис. 6.10, а), а турбокомпрессорн ,1Й блок ТРД используется в качестве генератора газа. Мощность от силовой турбины винту передается через редуктор 7. Иногда для этих целей у одно-вального ТВД выделяют последние (одну или две) ступени турбины 5 (рис. 6.10,6) в кинематически не связанную с турбокомпрессорным блоком свободную турбину для привода винта.  [c.268]

Двухкаскадный ТРДД (рис. 6.10, в) также может быть преобразован путем выделения части ступеней турбины низкого давления для создания дополнительной свободной турбины 5 винта. В некоторых судовы> установках турбо-компрессорный блок ТРД используется в качестве генератора сжатого воздуха для ГТУ с разделенным потоком воздуха (рис. 6.10, г).  [c.268]

Идет процесс укрупнения энергетических блоков, в которых применяется машинный способ преобразования энергии. Так, мощность блоков паровых турбин уже достигает 1500 и даже 2500 МВт. Некоторые судовые и стационарные дизели имеют диаметр цилиндра более 1 м, а их моторесурс превышает 10тыс. ч. Поэтому повышение экономичности таких энергетических машин даже на доли процента дает народному хозяйству существенную экономию.  [c.9]

По быстроходности с пониженной скоростью вращения (1500 об/мин), с нормальной скоростью вращения (3000 об/мин), с повышенной скоростью вращения (5000 об/мин и выше) при соединении с электрическим генератором последние требуют установки дорогостоящих редукторов для снижения числа оборотов соответственно нормальному числу оборотов генератора с переменным числом оборотов. Турбины с переменным числом оборотов применяют на транспорте (судовые турбины, турболокомотивы) и для привода производственных машин (воздухо- или газодувок, насосов).  [c.351]

СУДОРЕМОНТ ОТ А ДО Я.: СУДОВЫЕ ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ

Для снижения частоты вращения и окружной скорости с одновременным сохранением (при большом теплоперепаде) высокого КПД в настоящее время строят многоступенчатые турбины со ступенями давления, ступенями скорости и комбинированные.
Принцип действия многоступенчатой турбины со ступенями давления заключается в том, что расширение пара, подводимого к турбине, от начального до конечного значения давления происходит в ряде последовательно расположенных ступеней.

В каждой из них используется небольшой перепад тепла и давления. На рисунке выше показана активная турбина с тремя ступенями давления. Корпус 5 разделен диафрагмами на три самостоятельные камеры. На валу 1 на шпонках жестко закреплены три диска 2, 3 и 4, имеющих рабочие лопатки 6, 8 и 10. Вал турбины вращается в опорных подшипниках, которые установлены на фундаменте турбины (на чертеже не показаны). При работе турбины свежий пар с давлением Р0 и скоростью С0 подводится к соплам 11 первой ступени, которые расположены в передней стенке корпуса. В соплах первой ступени пар расширяется, в результате давление его падает до значения Р1 а скорость возрастает до значения С1. Размеры и форма сопел 11 принимаются такими, чтобы в них происходило только частичное расширение подводимого пара. Попадая на рабочие лопатки 10, пар отдает им свою кинетическую энергию, в результате чего скорость его падает до значения С2. В связи с тем, что расширения пара на лопатках 10 не происходит, давление его по обе стороны диска остается одинаковым и в сопла 9 второй ступени пар поступает с параметрами Р1 и С2. В соплах второй ступени пар вновь расширяется от давления Р1 до давления Р2, и, поступая на рабочие лопатки 8, отдает им свою кинетическую энергию. Аналогичный процесс протекает и в третьей ступени. Пар в сопла 7 поступает с давлением Р1 и скоростью С2 и, расширяясь в них до давления Р2, приобретает скорость С1. Поступая на рабочие лопатки 6 диска третьей ступени, пар отдает им свою кинетическую энергию и со скоростью С2 через паровыпускной патрубок направляется в конденсатор.
Как видно из диаграммы, расширение пара от давления Р0 до давления Р2 осуществляется в три приема (ступени). Увеличение скорости пара в соплах и снижение ее на рабочих лопатках в каждой ступени примерно одинаковы. В связи с тем, что при расширении пара объем его возрастает, высота сопел и лопаток каждой следующей ступени (по ходу пара) увеличивается.
Многоступенчатые активные турбины со ступенями давления имеют высокий КПД при умеренных частотах вращения и широко используются в качестве главных судовых турбин на судах морского флота.
Турбины со ступенями давления подразделяются на активные и реактивные.
Турбины, состоящие только из реактивных ступеней, сейчас практически не строят, так как при высоких начальных параметрах пара в первых ступенях турбины с короткими лопатками и относительно большими  радиальными зазорами (по сравнению с высотой лопаток) возникают большие потери, что значительно снижает КПД турбины. Широкое распространение на судах в качестве двигателей для привода вспомогательных механизмов и в качестве турбин заднего хода получили многовенечные активные турбины со ступенями скорости. Принцип их действия заключается в том, что скорость (а следовательно, и кинетическая энергия), приобретенная паром при полном его расширении в соплах (до давления выпуска из турбины) используется на нескольких рядах рабочих лопаток, отделенных друг от друга направляющими лопатками.

На рисунке выше показана схема активной турбины с двумя ступенями скорости. В опорных подшипниках корпуса 4 вращается вал, на который жестко (на шпонке) насажен диск 5 с двумя ступенями скорости. Его называют двухвенечным диском Кертиса (по имени инженера, сконструировавшего эту турбину). Между двумя венцами рабочих лопаток в корпусе турбины 4 неподвижно устанавливается один ряд направляющих лопаток 2. Профиль рабочих и направляющих лопаток одинаков, но последние выгнуты в обратную сторону.
При работе турбины свежий пар с давлением Р0 и скоростью С0 поступает в сопла 6, расположенные в передней стенке турбины, где полностью расширяется до давления Р1. Скорость пара возрастает до величины С1. Попадая на первый ряд рабочих лопаток 1, пар отдает часть своей кинетической энергии, в результате чего скорость его падает до величины С2. С этой скоростью пар поступает на направляющие лопатки. Поскольку они неподвижны, работа на них не совершается и пар не расширяется (давление его не изменяется), а скорость его несколько уменьшается от С2 до С1 (из-за потерь на трение). Направляющие лопатки служат только для поворота струи пара (для подведения ее под нужным углом к следующему ряду рабочих лопаток). Попадая на второй ряд рабочих лопаток 3, пар отдает им свою кинетическую энергию, скорость его снижается с С2 до С1 и он по отводящему патрубку уходит в конденсатор. Давление пара на выходе из турбины Р2 равно давлению пара на выходе из сопел 4 (Р1 = Р2).
Встречаются колеса турбины с двумя, тремя и четырьмя ступенями скорости, но наиболее распространены двухвенечные диски Кертиса.
Турбины со ступенями скорости просты по устройству, имеют сравнительно малые массу, габариты и небольшую стоимость. Главный их недостаток — низкая экономичность при использовании в области низких давлений. Эффективный КПД турбины с двумя ступенями скорости составляет 0,55—0,65.
Наиболее часто диск с двумя ступенями скорости используют в качестве первой регулировочной ступени в турбинах высокого давления. Это уменьшает габариты и массу турбины, так как один двухвенечный диск заменяет в работе четыре одновенечных диска. Кроме того, двухвенечная регулировочная ступень обеспечивает устойчивый КПД турбины при изменении режимов ее работы.

Турбинный корабль | Статья о турбинном судне по The Free Dictionary

Судно, приводимое в движение паровой турбиной или газовой турбиной.

Первым паротурбинным судном был британский Turbinia , построенный в 1894 году, с тремя паровыми турбинами общей выходной мощностью 1,47 мегаватт (МВт), или 2000 л.с. он водоизмещал 44 тонны и имел максимальную скорость около 34 узлов (62 км / час). Практически одновременно появились паровые турбины для использования на военных кораблях (1899 г.) и пассажирских судах (1901 г.).Паротурбинные двигатели, которые были самыми мощными главными судовыми двигателями на 1976 г., устанавливаются на крупнейших океанских танкерах, балкерах, баржах, скоростных контейнеровозах, пассажирских судах и военных кораблях. К 1976 году почти одна треть (по валовой вместимости) всех действующих морских торговых судов была оборудована паровыми турбинами с максимальной единичной выходной мощностью более 40 МВт; В стадии проектирования находятся грузовые суда с паротурбинными установками мощностью 88–100 МВт.Энергетическая установка паротурбинного корабля состоит из одного или двух паровых котлов и главной паровой турбины, соединенной с гребным винтом корабля зубчатой ​​передачей. Некоторые паротурбинные суда имеют два или более гребных винта. Мазут обычно используется в качестве топлива.

Газотурбинные военные корабли были введены в эксплуатацию в период с 1943 по 1948 год. Газовые турбины были впервые применены на морских торговых судах в 1951 году, когда газотурбинный двигатель был установлен на британский танкер Auris. Газовые турбины обычно используются на судах с очень мощным главным двигателем.

В составе советского торгового флота многоцелевой сухогруз «Парижская коммуна », введенный в эксплуатацию в 1968 году, оборудован газовой турбиной мощностью 9,5 МВт. Лесовозы класса «Павлин Виноградов » имеют турбины мощностью 2,94 МВт и находятся в эксплуатации с 1960 года. Буксирующее судно «Атлантика » постройки 1977 года оснащено двумя турбинами мощностью 18,4 МВт.

Газовые турбины для легких самолетов и судовые газовые турбины используются в судах на подводных крыльях и морских экранопланах.Энергетическая установка газотурбинного корабля состоит из газогенератора — камеры сгорания или газогенератора со свободным поршнем — и газовой турбины, соединенной с гребным валом зубчатой ​​передачей. Турбины работают на стандартном газотурбинном топливе.

.

Паротурбинные двигатели

В этой главе развитие паротурбинных двигателей прослеживается от самого раннего известного типа до современных редукторных турбин, которые приводят в движение большие океанские лайнеры до дня

МОРСКИЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ИСТОРИЯ — 7

НА ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ СТЕНЕ в работах строителей строится комплект турбин для парохода Cross- Channel. Фотография была сделана на заводе Wallsend- on- Tyne, принадлежащем компании Parsons Marine Steam Turbine Co, Ltd.Крышки сняты, чтобы показать на переднем плане ротор турбины высокого давления . На заднем плане — ротор турбины низкого давления .

Принцип паровых турбин, которые приводят в движение «Королеву Мэри» массой 80– тонн на скорости более тридцати узлов, был открыт 2000 лет назад. Более века паровая машина служила человечеству возвратно-поступательной машиной, в которой поршень приводится в движение назад и вперед за счет давления пара в цилиндре.Шток поршня прикреплен к одному концу шатуна, который вращает кривошип и таким образом приводит в движение колеса локомотива или заводского двигателя, или гребной винт корабля.

Однако у поршневых двигателей

есть свои ограничения. Время от времени предпринимались попытки избежать движения вперед и назад тяжелых металлических масс и, таким образом, обеспечить большую скорость. Были изобретены роторные паровые двигатели различных типов, но в большинстве из них действие частично возвратно-поступательное, и ни один из них не сохранился в практическом виде.

Первая роторная паровая машина была изобретена героем Александрии примерно в 50 году нашей эры. Машина работала по принципу «реакции», который должен был быть повторно принят девятнадцать столетий спустя для управления самыми большими кораблями в истории. Триста лет назад Джованни Бранка изобрел другой тип турбины, работающий по принципу «импульса». Современные турбины бывают любого типа, но обычно они сочетают в себе оба задействованных принципа и известны как турбины с импульсной или импульсной реакцией.Двигатель Героя состоял из полого шара, установленного таким образом, чтобы он мог вращаться на двух осях, одна из которых была полой, ведущей вниз к котлу с водой. Шар снабжен двумя полыми «спицами» на противоположных сторонах, с концами, или насадками, загнутыми под прямым углом — свастика . Был зажжен огонь, и пар из котла устремился вверх по поворотной трубе в полый шар и из изогнутых сопел. Давление на части сопел, противоположных отверстиям, было неуравновешенным и заставляло «спицы» и шар вращаться в направлении, противоположном тому, по которому выходит пар.Это физический эффект, известный как «реакция», и его можно дополнительно проиллюстрировать, рассмотрев отдачу оружия. Когда ружье стреляет, оно движется назад под действием силы, равной той, которая выбивает пулю или снаряд.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ СОВРЕМЕННОЙ ТУРБИНЫ, Достоп. Сэр Чарльз А. Парсонс родился 13 июня 1854 года. В 1884 году он запатентовал реактивную турбину, состоящую из лопастного ротора, вращающегося в кожухе, снабженном неподвижными лопастями. Он дожил до того, как увидел паровые турбины, приводящие в движение самые великие современные корабли во всем мире, и умер 11 февраля 1931 года.

В двигателе Джованни Бранка (1629 г.) струя пара ударяла по лопаткам, прикрепленным к ободу горизонтального колеса, которое «обдували» во многом так же, как ветряную мельницу. Двигатель Бранки можно рассматривать как турбину первого импульса. Однако для практических целей первые турбины работали на воде. Этот тип, похожий на знакомое водяное колесо , приобрел популярность с начала девятнадцатого века и теперь, в надлежащим образом измененном виде, безраздельно господствует на крупнейших в мире гидроэлектростанциях .

Это гений достопочтенного. Сэру Чарльзу А. Парсонсу, что мы обязаны развитием современной паровой турбины. В 1884 году сэр Чарльз Парсонс запатентовал реактивную турбину, состоящую из барабана или ротора, снабженного рядом рядов лопастей, наклоненных под углом около 45 градусов. Между каждым рядом лопастей расположены другие, наклоненные в противоположном направлении и прикрепленные к внутренней части кожуха, окружающего ротор. Первый фиксированный ряд лопастей служит рядом сопел, из которых пар выходит на первый ряд движущихся лопастей и сталкивается с ними, толкая их вперед и, таким образом, поворачивая барабан.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ СОВРЕМЕННОЙ ТУРБИНЫ, Достоп. Сэр Чарльз А. Парсонс родился 13 июня 1854 года. В 1884 году он запатентовал реактивную турбину, состоящую из лопастного ротора, вращающегося в кожухе, снабженном неподвижными лопастями. Он дожил до того, чтобы увидеть паровые турбины, приводящие в движение самые великие современные корабли во всем мире, и умер 11 февраля 1931 года.

Однако в турбине Парсонса это импульсное воздействие не является основной движущей силой.Лопасти ротора имеют такую ​​форму, что они выпускают пар со значительной скоростью, так что ротор приводится в движение в основном за счет реакции. Именно на этом принципе реакции «импульс » работают турбины современного лайнера.

Двух рядов лопастей, неподвижных и подвижных, было бы недостаточно для полного использования энергии пара. По этой причине в турбине Парсонса используется ряд последовательно расположенных рядов лопаток, что обеспечивает разумную экспансивную работу пара.Оригинальная турбина Парсонса 1884 года сейчас выставлена ​​в Музее науки в Южном Кенсингтоне. Он не использовался в морских целях, но, работая со скоростью 18 000 оборотов в минуту, он использовался для привода динамо-машины — , предшественника гигантских турбогенераторов современных электростанций, где источником энергии является пар.

Важны две особенности этой турбины. Пар входил в кожух по центру и выходил наружу через неподвижные и подвижные лопасти.Цель заключалась в том, чтобы избежать тяги end-.

Впервые использовано на суше

В большинстве современных турбин эту трудность преодолевают за счет использования «пустых поршней» или больших круглых дисков, на которые пар давит, чтобы противодействовать боковому давлению пара на движущиеся лопасти. Второй важный момент заключается в том, что машина 1884 года относится к типу параллельных потоков . Здесь пар течет в направлении, параллельном оси ротора. В качестве альтернативы может быть турбина с радиальным потоком , в которой пар проходит радиально наружу от оси ротора.

Механические преимущества паровой турбины для движения корабля были реализованы с самого начала. Турбины легче, идеально сбалансированы, обеспечивают более высокие скорости и занимают меньше места, чем поршневые двигатели. Для использования на флоте они соответствуют первоначальному идеалу, заключающемуся в размещении двигателя ниже уровня воды — . Отсутствуют потери тепла из-за попеременного охлаждения и нагрева рабочих компонентов и нет необходимости во внутренней смазке.

Первые турбины использовались для генерации электрического света на суше, и они выходили прямо в атмосферу без использования конденсатора. К 1892 году турбины начали использоваться с конденсаторами и при определенных условиях оказались более экономичными в потреблении угля, чем поршневые двигатели.

Одной из первых проблем, с которыми столкнулись первые инженеры-турбины, была проблема с пропеллерами. И снова модели кораблей и винты использовались для решения проблем с движением, точно так же, как они помогали Смиту и Эрикссону в их экспериментах с винтами, описанных на странице 602.

Эффективность винта и сопротивление корпуса были определены путем тестирования серии моделей длиной от 2 до 6 футов. Они буксировались в танке падающими грузами или приводились в движение самодвижущимися с помощью скрученных нитей резины через зубчатую передачу. Когда они были самоходными, крутящий момент гребного винта (или крутящий момент) измерялся динамометром на валу. Такие эксперименты были необходимы, потому что турбина работает с гораздо большей скоростью, чем поршневой двигатель, и проблема выбора наиболее подходящего корпуса и гребного винта требовала серьезных размышлений и исследований.

ОРИГИНАЛЬНЫЙ ТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ парохода Turbinia, построенного в 1894 году в Валсенд--на- Тайн. Это было судно водоизмещением 44½ тонны, длиной 100 футов, шириной 9 футов и осадкой 3 фута.Турбина, построенная C. A. Parsons & Co, относится к типу радиального потока и состоит из ряда неподвижных и вращающихся дисков, снабженных кольцами лопаток. Сейчас он находится в Музее науки в Южном Кенсингтоне.

Из этих экспериментов возникла знаменитая Турбиния. Ее двигатели и кормовая часть корпуса сейчас хранятся в Музее науки в Южном Кенсингтоне. Компания Marine Steam Turbine Company, Ltd была создана с целью постройки этого экспериментального судна, и оно было построено в 1894 году на небольшой верфи в Wallsend- on- Tyne.Он был 100 футов в длину, 9 футов в ширину и 3 фута в осадке, с водоизмещением всего 44½ тонны. Оригинальная турбина и котлы были построены C. A. Parsons and Co на ее заводе в Хитоне, Нью-, замок, , Тайн.

Турбина приводила в движение один гребной вал и имела радиальный тип потока вместо параллельного потока , который был предметом патента сэра Чарльза Парсонса. Выбор менее эффективной турбины был вызван временными юридическими трудностями, возникшими в связи с патентами сэра Чарльза.

Эта турбина также хранится в Музее науки и состоит из ряда неподвижных и вращающихся дисков, каждый из которых снабжен кольцами лопастей. Пар, вытекающий наружу от оси ротора, попеременно проходил между неподвижными и подвижными лопастями. Затем, протекая внутрь за движущимся диском, он снова прошел наружу между следующей парой дисков с чередующимися кольцами неподвижных и движущихся лопастей. Пар подавался на внутренние части дисков через отверстия возле вала ротора.Для реверсирования обод последнего диска был снабжен лопатками, приводимыми в движение струями пара.

Однако, несмотря на тщательные эксперименты, первые попытки Turbinia не увенчались успехом. Она была спроектирована так, чтобы побить все рекорды скорости, существовавшие на тот момент, но ее максимальная скорость, даже с несколькими гребными винтами на ее единственном валу, составляла всего 19¾ узлов. Затем было проведено расследование для определения причины сбоя.

Девять гребных винтов на трех валах

В вал между турбиной и гребным винтом введен специально изготовленный торсионный прибор — , позволяющий измерять скручивание вала под нагрузкой.Было установлено, что мощность турбины полностью соответствует расчетной мощности л.с.

Следовательно, неисправность лежит в гребных винтах. Винтовой вал вращался со скоростью от 1600 до 2000 оборотов в минуту, и было замечено, что на этой скорости пропеллер образовывал полости в воде и, таким образом, без толку поглощал большую часть мощности двигателя. С широкими лопастными винтами , установленными тандемно на валу, были получены лучшие результаты, но скорость все равно упала

из того, что требуется.В 1896 году первоначальная турбина была снята и заменена тремя турбинами Парсонса с параллельным потоком , приводящими в движение отдельные валы.

Эти турбины были примерно одинаковой мощности. Турбина высокого давления по правому борту забирала пар непосредственно из котла. Пар выбрасывается в турбину среднего давления по левому борту судна. Турбина с промежуточным давлением выходила на турбину с низким давлением , которая приводила в движение центральный вал.Эта турбина выбрасывается в поверхностные конденсаторы.

Пар генерировался под давлением 210 фунтов водотрубным котлом типа Ярроу , модифицированным в соответствии со спецификациями сэра Чарльза Парсонса. Давление в двигателях было снижено до 150 фунтов и увеличено при работе до абсолютного давления 1 фунт перед выпуском в конденсатор. Эта расширенная работа в принципе аналогична многоступенчатому расширению ступеней поршневых двигателей .Вместо использования поршней и цилиндров увеличивающегося размера турбина оснащена лопастями все большего размера, чтобы пар мог передавать свою механическую энергию за счет расширения.

Каждая турбина состоит из легкого стального ротора или барабана, снабженного лопатками, напоминающими установленных спиц. Эти «колеса» с лопастями расположены на расстоянии примерно лопастей друг от друга и расположены последовательно. Каждая серия содержит лопасти большего размера, чем лопасти предыдущей серии, для обеспечения упомянутого выше расширения.Между каждым рядом лопастей ротора находится ряд (или кольцо) неподвижных лопастей, прикрепленных к внешнему кожуху.

ТРИ — ВАЛ паровых турбин Парсонс использовался до внедрения редуктора. Турбина высокого давления приводила в движение центральный гребной вал, а турбины низкого давления приводили в движение два вала крыльев. Подобные турбины, установленные в 1901 году на пассажирском пароходе «Кинг Эдуард», «Клайд», имели расчетную мощность в 3500 лошадиных сил и разгоняли его на скорости 20½ узлов на испытаниях.

Пар входит в конец турбины с высоким давлением , где находятся лопатки меньшего размера, и устремляется по кольцевому пространству между барабаном и корпусом. Воздействуя импульсами и реакциями на движущиеся лопасти и управляемый неподвижными лопастями, пар, таким образом, приводит в движение ротор с высокой скоростью, в конце концов, выходя в конденсаторы. На борту Turbinia конденсаторы охлаждались водой из лопаток, установленных с внешней стороны корпуса, и они были способны переворачиваться, чтобы устранить любые препятствия в трубках конденсатора.Насос использовался для циркуляции воды, когда сосуд запускался или находился в состоянии покоя.

Двигатели Turbinia развивали около 2000 лошадиных сил на валу — мощности, и было девять гребных винтов, по три на каждом валу.

В июне 1897 года Королевский флот отпраздновал Бриллиантовый юбилей королевы Виктории проведением смотра в Спитхеде. На глазах у британского флота Turbinia показала неофициальный и впечатляющий показ — на скорости 34½ узла.

Сенсационные характеристики «Турбинии» привлекли внимание Адмиралтейства к возможностям паровой турбины для военно-морского флота, особенно для высокоскоростных торпедных истребителей . Первым британским эсминцем, оснащенным газотурбинными двигателями, был HMS Viper, построенный Hawthorn, Leslie and Co. в 1899 году. HMS Cobra, родственный корабль HMS Viper, также был оснащен турбинами. Двигатели были произведены компанией Parsons Marine Steam Turbine Company и были аналогичны двигателям Turbinia.

На каждом судне использовались четыре гребных вала, и с обеих сторон судна имелись отдельные комплекты двигателей, каждый из которых состоял из турбины высокого давления и турбины низкого давления . Первоначально на каждом валу использовалось два винта, но позже на валы HMS Cobra были установлены по три гребных винта.

HMS Viper водоизмещением 370 тонн было первым из двух судов, прошедших испытания, и его средняя скорость в течение одного — часового испытания составила более 36½ узлов, а максимальная скорость — чуть более 37 узлов за измеренный мили.

Применение турбин для приведения в движение торговых судов не заставило себя долго ждать. В 1901 году компанией W. Denny and Brothers из Дамбартона был построен пассажирский пароход «Клайд» водоизмещением 650 тонн, «Король Эдуард», с двигателем — Парсонс.

У короля Эдуарда было три гребных вала. Центральный вал приводился в движение турбиной высокого давления , снабжаемой паром с давлением 150 фунтов. Центральная турбина выходила на две турбины низкого давления , приводящие в движение валы крыльев.Первоначально эти валы крыла несли по два гребных винта на каждом, но позже на каждом валу стали использовать по одному винту. Реверсивные турбины были встроены в выхлопные корпуса турбин низкого давления , и к любой из этих машин, будь то для работы впереди или сзади, мог допускаться пар высокого давления для маневрирования. В этих условиях центральный вал не работал.

Ранние успехи турбины

Прекрасная модель, представляющая три- шахт, похожую на шахту короля Эдуарда, хранится в Музее науки в Южном Кенсингтоне.Клапаны, управляющие подачей пара в системе, описанной выше, показаны на модели, а поверхностные конденсаторы показаны слева и справа от крыльевых турбин низкого давления .

Во время испытаний, проведенных в июне 1901 года, «Король Эдуард» развил среднюю скорость 20½ узлов. Расчетная указанная лошадиных сил, мощность двигателей 3500.

Судно показало лучшие характеристики, чем можно было ожидать, если бы оно было оснащено тройными расширительными двигателями , а в 1902 году его строители построили второй пароход «Королева Александра» водоизмещением 750 тонн.Пар использовался при давлении 150 фунтов, и его скорость составила в среднем 21½ узла на испытаниях, при этом центральный вал вращался со скоростью 750, а валы крыльев — со скоростью 1090 оборотов в минуту. Расчетная указанная мощность лошадиных сил составляла 4400 лошадиных сил.

Успех этих паротурбинных двигателей привел к созданию других для обслуживания каналов . В 1902 г. У. Денни и братья построили Королеву для маршрута Дувр — Кале, а в 1903 г. — Брайтон для сообщения между Ньюхейвеном и Дьеппом.Адмиралтейство закупило эсминец с турбинным двигателем , HMS Velox, с оборудованием, аналогичным HM Ships Cobra и Viper.

ПЕРВАЯ ПАРОВАЯ ТУРБИНА С ПЕРЕДАЧЕЙ для морского использования была изготовлена ​​в 1897 году компанией Parsons Marine Steam Turbine Co, Ltd и установлена ​​на двухвинтовой катушке , принадлежащей яхте Charmian. Турбина мощностью 10 л.с. — приводилась в зацепление с двумя гребными валами с помощью косозубых прямозубых колес с передаточным числом 14: 1.

На двух более ранних эсминцах было обнаружено, что турбины более эффективны, чем поршневые двигатели на высоких скоростях; но на малых скоростях положение было обратным. Это было до появления редукторов для турбин. Чтобы позволить HMS Velox экономично использовать сравнительно низкую крейсерскую скорость, она была оснащена двумя наборами поршневых двигателей с тройным расширением мощностью мощностью 150 л.с., каждый из которых соединен съемной муфтой с одной из крыльевых турбин.

Для крейсерской скорости около 13 узлов или меньше основной запас пара передавался на поршневые двигатели, а затем выпускался в турбины. Для более высоких скоростей пар подавался прямо к турбинам, и двигатели расширения с тройным расширением были отключены.

В 1903 году был построен еще один эсминец с турбинным двигателем , HMS Eden. На этом судне крейсерская проблема была решена предоставлением вспомогательных турбин для использования на малых скоростях.

В 1906 году был построен знаменитый линкор HMS Dreadnought. Он был разработан для большей скорости, чем любой другой линкор. Впервые большой линкор был оснащен паровыми турбинами Parsons, а те, что на HMS Dreadnought, заворачивая четыре винта без использования зубчатой ​​передачи, давали ему скорость более 21 узла. Можно сказать, что этот корабль с десятью орудиями 12- и большой скоростью произвел революцию в военно-морской войне.

В торговом флоте использование турбин перешло от небольших речных пароходов и переправочных пакетов к большим пассажирским и грузовым судам.Первыми большими пароходами, приводимыми в движение турбинами, были викторианские и вирджинские пароходы Allan Line, построенные в 1905 году. Эти трансатлантические лайнеры весили 10 635 тонн брутто и, имея мощность на валу лошадиных сил в 12 000, имели скорость 19 узлов. , В том же году был завершен лайнер Cunard Carmania брутто 19 524 тонны, оснащенный турбинами, приводящими в движение три вала. В 1907 году знаменитые кунардеры Лузитания и Мавритания были оснащены турбинами, приводящими в движение четырехшнековые винты.

Комбинация двух систем

Даже на этих больших кораблях турбины были подсоединены непосредственно к гребным валам; передача не использовалась.Проблема, поставленная Turbinia, все еще сохранялась — , как использовать удивительно эффективную турбину с максимальной выгодой. Время от времени в паровую турбину вносились усовершенствования, и детали конструкции доводились до совершенства. Однако использование паровой турбины в судах, работающих на малых скоростях, требовало особого рассмотрения, потому что, хотя гребной винт требовал сравнительно небольшой скорости вращения, турбина должна была вращаться с огромной скоростью, чтобы достичь максимальной эффективности.Из двух методов, использованных для преодоления трудностей, одним было сочетание поршневых двигателей и турбин.

«Отаки», построенный W. Denny and Brothers для New Zealand Shipping Co. в 1908 году, был первым судном, на котором использовалась эта система. У этого корабля было три гребных винта; два вала крыльев приводились в действие возвратно-поступательными двигателями, оба выходили на турбину, приводящую в движение центральный вал. Для маневрирования и движения за кормой использовались только поршневые двигатели.Для отключения турбины использовался специальный автоматический паровой клапан, который позволял крыльевым двигателям выходить прямо в конденсаторы. Впоследствии эта система была использована на многих крупных атлантических судах, включая лайнеры White Star Olympic и Titanic 1911 года.

Второй способ передачи мощности турбины на карданный вал является общепринятым в настоящее время — использование редуктора — ing. Идея была опробована еще в 1897 году на катере, принадлежащем яхте Charmian, изображенном на странице 663.Турбина мощностью 10 лошадиных сил мощностью была соединена с парой гребных валов косозубыми цилиндрическими колесами с передаточным числом от 14 до 1.

Торговые пароходы, в том числе пассажирские, позже были оснащены редукторными турбинами, а понижающая передача была впервые использована в британском флоте на двухвинтовом эсминце Badger. Во время войны 1914– годов Адмиралтейство приняло на вооружение 18 редукторных турбин в качестве стандарта на все военные корабли.

Современная турбина с редуктором — удивительно эффективный и компактный силовой агрегат.Он часто состоит из турбин высокого давления , среднего и низкого давления , сгруппированных рядом с конденсатором и приводящих в движение одинарную косозубую шестерню с двумя рядами зубьев. Конструкция турбины позволяет использовать пар с высоким давлением — 400 фунтов, перегретый до 750 ° F, что обеспечивает большой диапазон расширения и, как следствие, экономию в эксплуатации.

Турбина Парсонса мощностью лошадиных сил и мощностью 20 000 лошадиных сил и длиной 13 футов будет содержать всего около 3 фунтов пара в данный момент.Пар входит в турбину со скоростью примерно 75 миль в час и уходит со скоростью примерно 300 миль в час, преодолевая 13 футов корпуса и тысячи лопастей за одну- шестнадцатую долю секунды.

ПОСЛЕ ЧАСТИ оборудования, установленного в Турбинии.Изображенные здесь турбины с радиальным потоком были заменены в 1896 году тремя параллельными турбинами Парсонса с потоком . Turbinia была разработана, чтобы побить все существующие рекорды скорости, и ее скорость 19¾ узлов с оригинальными турбинами была разочарована. С новыми двигателями Turbinia достигла скорости более 34 узлов на Королевском военно-морском юбилейном смотре в Спитхеде в июне 1897 года.

[Из части 25, опубликованной 28 июля 1936 г.]

На этом веб-сайте вы можете прочитать больше о «Морской инженер», «Прогресс моторного корабля» и «Двигатели королевы Марии».

Подробнее о «Конструкции паровых турбин» можно прочитать в Wonders of World Engineering

.

Доставка ветряков — не пустяк

FREIGHT ALL KINDS
Каждый вторник FreightWaves изучает логистику перевозки необычных или специальных грузов в Freight All Kinds.

Вы могли подумать, что автомобилисты, едущие по шоссе, смогут увидеть негабаритный бортовой прицеп с массивной лопастью ветряной турбины длиной 240 футов.

Подумаешь — неправ. «У нас были люди, которые буквально врезались под лезвие, не подозревая, что лезвие было там», — сказал Джин Лемке, вице-президент по проектам в ATS, перевозчике из Миннесоты.

«С белым клинком и белым небом — вы даже не представляете, сколько раз мы слышим:« Я этого не видел »».

Изображение: Джим Аллен / FreightWaves

Соревнование с незадачливыми автомобилистами — лишь одна из многих проблем, связанных с транспортировкой гигантских партий ветряных турбин, бизнесом, который в последние несколько лет стремительно вырос по мере увеличения количества установок ветряных электростанций.

Турбины отечественного и зарубежного производства. Они доставляются морскими судами и железнодорожным транспортом и обычно доставляются грузовиками до конечного пункта назначения.Основные производители включают Siemens Gamesa, Vestas, GE и Nordex Acciona.

ATS занимает от 25 до 30 процентов рынка, перевозя от 10 000 до 16 000 грузов в год.

Для каждой партии груза компания проводит подробные исследования маршрута, работает над получением местных и государственных разрешений на транспортировку и выполняет сухие пробеги, чтобы гарантировать безопасность каждого последнего поворота и подземного перехода для водителей, перевозящих огромные грузы.

Этот процесс может занять до года или больше.«Самое важное, что мы делаем, — это заблаговременное планирование», — сказал Лемке.

Ссылаясь на проблемы с собственностью, Lone Star Transportation, еще один крупный ветряк, отказался комментировать эту статью.

Поддержка промышленности

За последнее десятилетие ветроэнергетика США инвестировала около 143 миллиардов долларов в новые разработки. Ожидается, что в 2019 году прирост внутренних ветровых мощностей составит 12,7 гигаватт (ГВт), что превысит годовой прирост мощностей за предыдущие шесть лет.

Наряду с ростом количества проектов произошел взрыв в размере лопаток турбин. «Они только что стали массовыми, — сказал Лемке.

Увеличение размера связано с изменениями в налоговой льготе на производство, федеральной субсидии на ветроэнергетику, срок действия которой истекает в конце этого года.

— Это гонка вооружений, если хотите, — сказал Лемке. Когда четыре года назад ветряная промышленность договорилась о постепенном отказе от налоговой льготы, «все начали стремительно приближаться к новому миру, делая ветряные турбины больше и экономичнее.”

Интермодальные перевозки

Более крупные модели создают проблемы для железных дорог, — сказал Бен Вилемон, официальный представитель BNSF Railway, в электронном письме FreightWaves. По словам Уилемон, BNSF в среднем осуществляет 20 поставок ветровой энергии за 30-дневный период.

Лезвия

являются наиболее сложными для транспортировки компонентами из-за таких переменных, как модель оборудования, длина и расположение на маршруте. По словам Уилемон, по мере того, как их длина и высота продолжают расти, «маршруты, которые мы ранее использовали для более коротких лезвий, иногда не подходят для более крупных моделей из-за физического размера и емкости определенных участков нашей сети.”

Изображение: Порт Сан-Диего

Встречный ветер — еще одна проблема. Группа поддержки клиентов BNSF работает с производителем оригинального оборудования (OEM), чтобы выявлять потенциальные проблемы до того, как они возникнут, а затем сотрудничает с партнерами, чтобы найти альтернативные проектные решения для смягчения потенциальных проблем.

Тщательное планирование

Причина, по которой планирование ветроэнергетики часто начинается за год вперед, заключается в том, что значительные улучшения маршрута должны быть произведены до того, как водители даже попытаются вывести турбины на дорогу, сказала Кэсси Олсен, руководитель отдела ценового аналитика ATS.По ее словам, разведывательные группы выявляют ряд модификаций дороги, от вырубки деревьев до перемещения столбов инженерных сетей.

Во многих случаях существует только один жизнеспособный маршрут, что делает предварительное общение с городскими и государственными властями критически важным, сказал Олсен.

Изображение: Джим Аллен / FreightWaves

ATS поставляет ветряные турбины по всей территории Соединенных Штатов и на сегодняшний день также завершила пять проектов на Гавайях, три на Аляске и один в Пуэрто-Рико. Лемке сказал, что компания перевезла все ветряные турбины, кроме одной, на Гавайи, а недавно провела у своих гавайских партнеров-перевозчиков в Миннесоте обучение, связанное с ветряной электростанцией На Пуа Макани на Оаху.

«Если транспорт в США является сложной задачей, транспортировка на Гавайи еще более затруднена», — прокомментировал он.

Загрузка зверя

После того, как маршрут спланирован и пробные заезды завершены, пора переваливать огромные грузы на грузовики.

По словам Лемке, самые большие ветряные турбины могут весить до 700 000 фунтов в собранном виде и обычно требуют около 10 грузов для перевозки. Одна турбина распадается на три лопасти, каждая из которых перевозится на двух трехосных прицепах; компоненты башни, также транспортируемые в трех секциях; и гондола, крышка, в которой находятся все генерирующие компоненты, буксируется на 13-осном палубном трейлере.

Самый сложный шаг — это секция башни, где перевозчики используют специальные «прицепы для шнабеля», которые поднимают башню спереди и сзади без помощи кранов.

«Они захватывают каждый конец секции башни, — сказал Лемке, — и благодаря магии физики и гидравлики сети сжимаются относительно секции башни, и секция башни становится прицепом. Таким образом, многие секции башни становятся самозагружающимися ».

По его словам, остальные компоненты загружаются с помощью крана или вилочного погрузчика.

Изображение: Порт Сан-Диего

Транспортировка компонентов ветра — опасная и трудоемкая работа.

Чтобы получить квалификацию, водители ATS должны пройти трех-четырехлетнюю программу обучения. В специализированном дивизионе существует шесть уровней классификации водителей, а в тяжелом классе — восемь. По словам Лемке, пилы и башенные пилы являются лучшими в своем классе в каждом из этих подразделений.

Из-за того, что ветроэнергетический транспорт носит проектный характер, водители также находятся в пути в течение нескольких месяцев.Каждая ветряная электростанция требует большого количества ветряных турбин; В результате контракты на ветроэнергетику обычно требуют отгрузки 10 или более комплектных ветряных турбин в неделю, сообщил FreightWaves представитель Siemens Gamesa.

По словам Лемке, этот ритм «забрать-доставить-забрать-доставить» может сказаться на водителях, которые часто вынуждены находиться вдали от своих семей в течение нескольких месяцев.

Выплата чистой энергии

После всей затраченной работы завершение ветряного проекта — само по себе награда.Что касается финансовой компенсации — ATS взимает от 30 000 до 40 000 долларов за турбину для ветроэнергетических перевозок на короткие расстояния и более 100 000 долларов для дальних перевозок.

Изображение: Flickr / Max Speed ​​

Другие факторы делают транспортировку ветровой энергии чрезвычайно приятным видом деятельности, — сказал Лемке, отметив, что компания гордится своим вкладом в экологически безопасную отрасль.

Только в 2018 году электричество, вырабатываемое ветровыми турбинами, позволило избежать загрязнения углеродом примерно на 200 миллионов тонн.Это сокращение соответствует примерно 43 миллионам выбросов CO2 от автомобилей.

«Грузовые перевозки, особенно тяжеловесные, не очень экологичны», — сказал Лемке. «Пройдет много времени, прежде чем появится грузовик с аккумуляторным питанием, способный выдерживать экстремальный вес и габариты. Так что то, что мы делаем на ветру, дает нам возможность быть немного зеленым ».

,

турбинный корабль — это … Что такое турбинный корабль?

,