Паровая турбина

Текущая версия на 08:43, 20 августа 2015

Инженеры и рабочие у паровой турбины линейного корабля Полтава. 1912 год.

Паровая турбина — это силовой двигатель, в котором потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая в свою очередь преобразуется в механическую энергию вращения вала. Массово использовался как главный судовой двигатель в XX веке, наряду с двигателем внутреннего сгорания.

Содержание

1 История
2 Состав паротурбинной установки
3 Основные типы турбин
- 3.1 Турбина Кертиса
- 3.2 Турбина Парсонса
4 Пароводяная циркуляционная система судовой паротурбинной установки
5 Сравнение с другими энергетическими установками
- 5.1 Примечание к таблице
6 Литература
7 Ссылки

История

Турбоход Turbinia на испытаниях. 1897 год.

При современных мощностях XX века паровая машина как главный судовой двигатель уже не могла обеспечить нужную мощность и экономичность, установки получались громоздкими и малоэффективными. Настало время этому двигателю передать эстафету турбине и двигателям внутреннего сгорания.

Turbinia в Музее Открытий. 1897 год.

Турбина в качестве главного двигателя первый раз была использована на судне Turbinia. Корабль имел водоизмещение 45 тонн и был спущен на воду в Англии конструктором Чарлзом Парсонсом. Многоступенчатая паротурбинная установка включала в себя паровые котлы и три турбины, соединенных напрямую с гребным валом. Каждый гребной вал имел три винта. Общая мощность турбин составляла 2000 л.с. при 200 оборотов в минуту. В ходе проведения ходовых испытаний в 1896 году турбоход развил скорость 34,5 узла. В настоящее время судно находится в Музее Открытий в Ньюкасле, а её турбина - в Лондонском Музее науки.

Яхта-миноносец «Ласточка».

В России первым турбинным судном была яхта-миноносец «Ласточка» (1904 г.). Это бывшее английское опытное судно Carolina, построенное в 1904—1905 гг., было куплено Морведом для обучения персонала и производства опытов с турбоагрегатами. Корабль имел две силовые установки по 1000 л.с. каждая и при водоизмещении 140 тонн развивал максимальную скорость хода 18,5 узлов.

Линкор Bismarck.

Во время Второй мировой войны паровая турбина использовалась как главная энергетическая установка. На гордости Германии — линкоре Bismarck были установлены 3 турбозубчатых агрегата мощностью 46000 л.с. каждая. Корабль со стандартным водоизмещением 41700 т. развивал скорость около 30 узлов.

Линкор Tirpitz.

На втором корабле этой серии (Tizpitz), который британцы прозвали "Гитлеровская зверюга", стояли три турбины Brown Boveri & Cie. Скорость хода была 30,8 узлов при водоизмещении 45474 тонны.

Японский линкор Yamato.

На крупнейшем линкоре в истории флота — японском «Ямато» были установлены 4 ТЗА Kampon. При водоизмещении 63200 тонн корабль развивал скорость 27,5 узлов.

Линкор «Севастополь».

На «Севастополе», линкоре русского и советского флота, стояло десять турбин Парсонса общей мощностью 32000 л.с, что обеспечивало кораблю скорость хода около 22 узлов.

«Адмирал флота Советского Союза Кузнецов».

В настоящее время паровые турбины отошли на второй план. Но их эксплуатация на некоторых судах продолжается. Например, на тяжелом авианесущем крейсере «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов» стоят 4 паровые турбины по 50 тыс. л.с. каждая. Максимально допустимая скорость составляла 29 узлов.

Состав паротурбинной установки

Парогенератор, в котором питательная вода под соответствующим давлением превращается в пар;
Пароперегреватель, в котором осуществляется повышение температуры пара до заданной величины (может отсутствовать);
Турбина, в которой потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а последняя - в механическую энергию на валу;
Конденсатор, предназначенный для конденсации отработавшего пара турбины;
Конденсатный насос, подающий конденсат в систему;
Питательный насос, подающий питательную воду в парогенератор;
Регенеративные подогреватели питательной воды.

Основные типы турбин

На кораблях в основном использовались турбины Парсонса (реактивного типа) и турбины Кертиса (активного типа). Турбины этих типов различались по принципу расширения пара. Турбины также разделяли по назначению: на главные и вспомогательные. Главные были конденсационные с выпуском всего отработавшего пара в конденсатор, они приводили в движение гребной винт непосредственно или через редуктор. Вспомогательные турбины служили приводами различных насосов, генераторов и вентиляторов. Главные турбины были двухкорпусными — низкого и высокого давлений. Каждая турбина состоит из нескольких ступеней (ступень — два ряда смежных лопаток, закрепленных соответственно в корпусе и на барабане), которые могут быть или ступенями скорости или ступенями давления. В корпусе турбины низкого давления находятся лопатки заднего хода. Если судно оснащено гребным винтом с переменным шагом, то нет необходимости ставить турбину низкого давления. В настоящее время паровые турбины могут использоваться вкупе с ядерной энергетической установкой.

Турбина Кертиса

Простейшая одноступенчатая паровая турбина состоит из следующих основных частей: сопла, вала и диска с рабочими лопатками, закрепленными на ободе диска. Вал вместе с диском составляет важнейшую часть турбины и носит название ротора.

Ступень активной паровой турбины. 1 — направляющие лопатки; 2 — рабочие лопатки; 3 — вал ротора.

Ротор заключен в корпусе турбины. Шейки вала лежат в опорных подшипниках.
Расширение пара от начального до конечного давления происходит в одном сопле или группе сопл, закрепленных в корпусе перед рабочими лопатками вращающегося диска. В соплах срабатывается перепад тепла, который затрачивается на получение кинетической энергии паровой струи.
В процессе расширения скорость пара возрастает. В каналах рабочих лопаток происходит снижение скорости; кинетическая энергия пара снижается. При воздействии струи пара на рабочие лопатки часть его кинетической энергии преобразуется в механическую работу на валу ротора турбины.
То есть в активной турбине весь процесс расширения и, следовательно, ускорения пара идет только в неподвижных каналах (соплах), а на рабочих лопатках происходит только превращение кинетической энергии в механическую работу без дополнительного расширения паровой струи.

Ступень реактивной паровой турбины.

Турбина Парсонса

По иному принципу работает турбина Парсонса или реактивная турбина. Свежий пар к лопаткам турбины поступает из кольцевой камеры подвода пара. В неподвижной корпусе и на внешней стороне вращающегося барабана ротора закреплены соответственно направляющие и рабочие лопатки, образующие камеры для прохода пара. Из камеры пар, протекая через межлопаточные каналы, поступает в выпускной патрубок . Расширение пара происходит во всех межлопастных каналах, как подвижных, так и неподвижных.
Сначала свежий пар из камеры поступает в каналы первого ряда направляющих лопаток, закрепленных в корпусе. Из каналов неподвижных направляющих лопаток первого ряда пар поступает в каналы первого ряда рабочих лопаток, закрепленных на вращающемся барабане. Из каналов рабочих лопаток первого ряда пар направляется в каналы неподвижных лопаток второго ряда и так далее, проходя последовательно через каналы всех рядов направляющих и рабочих лопаток. Общий перепад тепла в ступенях распределяется примерно равномерно.

Пароводяная циркуляционная система судовой паротурбинной установки

Схема пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки.

На схеме Пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки топливо поступает в парогенератор, где вступает в реакцию окисления с кислородом воздуха. Горячие продукты сгорания конвекцией и излучением нагревает питательную воду в трубках, превращая ее в пар. Получившийся пар высокого давления поступает в турбину, где приводит в движение ротор турбины, а через редуктор приводится в движение и гребной вал. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе. Охлаждающей средой в конденсаторе служит морская вода, которая подается циркуляционными насосами. Охлажденный до нужной температуры конденсат с помощью конденсатного насоса закачивается в подогреватель низкого давления. Греющей средой в нем служит часть пара, отобранного из турбины. Подогретый до нужной температуры конденсат закачивается питательным насосом обратно в парогенератор, замыкая цикл.

Сравнение с другими энергетическими установками

Судовой двигатель	КПД	Условия эксплуатации	Вид топлива	Безопасность персонала	Экологический эффект	Время пуска	Размеры	Материалы изготовления
Паровая машина	8%-15%	Простота обслуживания	Практически любой вид топлива	Высокая безопасность	Выброс токсичных газов в атмосферу	От получаса до нескольких часов	Громоздкая, большое число вспомогательного оборудования	Высокопрочные материалы для цилиндров, движущихся частей
Паровая турбина	30%-35%	Повышенное обслуживание при номинальном режиме работы	Уголь, мазут	Относительная опасность из-за работы с рабочей средой высоких параметров	Выброс токсичных газов в атмосферу, слив горячей заборной воды	От получаса до нескольких часов	Громоздкая, большое число вспомогательного оборудования	Жаропрочные, термостойкие материалы для турбины и основного оборудования
Газовая турбина	25%-30%	Минимальное обслуживания, повышенная надежность работы	Газ, мазут	Высокая безопасность при номинальном режиме работы	Выброс в атмосферу токсичных газов с достаточно высокой температурой	15-30 минут	Компактность, отсутствие большого числа вспомогательного оборудования	Термически устойчивые материалы для лопаток первых ступеней турбины
Двигатель внутреннего сгорания	30%-36%	Повышенная шумность, наличие прямолинейно-возвратного движения рабочих частей	Мазут, дизельное топливо	Низкая опасность для персонала	Токсичность отработавших газов повышена	Практически мгновенно	Громоздкая (при повышенной мощности), отсутствие большого числа вспомогательного оборудования	Высокопрочные материалы для цилиндров, движущихся частей
Ядерная энергетическая установка	35%-40%	Постоянный контроль процесса	Ядерное топливо (уран-235, плутоний и т.д.)	Высокая опасность из-за радиоактивного излучения	Загрязнение отходами отработанного радиоактивного топлива	Несколько дней при пуске из холодного состояния, из горячего состояния - минуты	Громоздкая, большое число вспомогательного оборудования	Высокопрочные и дорогие материалы для защиты персонала

Примечание к таблице

Продолжительное время пуска паровой турбины объясняется необходимостью прогрева как самой турбины, так и парогенератора со всеми необходимыми паропроводами. Все это занимает много времени.

Эксплуатация газовой турбины значительно проще чем паровой, т.к. вода не используется как рабочее тело цикла. Следовательно, нет необходимости в конденсаторе, питательном, конденсатном и циркуляционном насосах, трубопроводах.

Относительная безопасность эксплуатации паровой и газовой турбин достигается заключением в отдельный корпус всех движущихся частей.

Литература

П.Н. Шляхин Паровые и газовые турбины

@@ Строка 1: / Строка 1: @@
-{{Блок | + | content = Эта статья редактируется участником <Fable_player> в рамках [https://goo.gl/YMLEh2 акции «Альфа за статью»]. Просьба воздержаться от правок.}}
+[[Файл:Инженеры и рабочие у паровой турбины линейного корабля Полтава. 1912 год..jpg|300px||thumb|Инженеры и рабочие у паровой турбины линейного корабля Полтава. 1912 год.]]
-'''Паровая турбина''' - это силовой двигатель, в котором потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая в свою очередь преобразуется в механическую энергию вращения вала. Вал турбины непосредственно или при помощи зубчатой передачи соединяется с рабочей машиной. В зависимости от назначения рабочей машины паровая турбина применяется в самых различных областях промышленности: в энергетике, на областях промышленности, в авиации или, как в нашем случае, в морском и речном судоходстве.
+{{AnnoWiki
+|content = </noinclude>'''[[Navy:Паровая турбина|Паровая турбина]]''' — это силовой двигатель, в котором потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая в свою очередь преобразуется в механическую энергию вращения вала. Массово использовался как главный судовой двигатель в XX веке, наряду с [[Navy:Двигатель внутреннего сгорания|двигателем внутреннего сгорания]].<noinclude>
+}}
+== История ==
+[[Файл:Турбиния.jpg|thumb|left| Турбоход Turbinia на испытаниях. 1897 год.]]
+При современных мощностях XX века [[Navy:Паровая_машина|паровая машина]] как главный судовой двигатель уже не могла обеспечить нужную мощность и экономичность, установки получались громоздкими и малоэффективными. Настало время этому двигателю передать эстафету турбине и [[Navy:Двигатель внутреннего сгорания|двигателям внутреннего сгорания]].
+[[Файл:Турбиния в Музее Открытий.jpg|thumb| Turbinia в Музее Открытий. 1897 год.]]<br />
+Турбина в качестве главного двигателя первый раз была использована на [[Navy:Судно|судне]] Turbinia. Корабль имел [[Navy:Водоизмещение|водоизмещение]] 45 тонн и был спущен на воду в Англии конструктором Чарлзом Парсонсом.
+Многоступенчатая паротурбинная установка включала в себя паровые котлы и три турбины, соединенных напрямую с гребным валом. Каждый гребной вал имел три винта. Общая мощность турбин составляла 2000 л.с. при 200 оборотов в минуту. В ходе проведения ходовых испытаний в 1896 году турбоход развил скорость 34,5 [[Navy:Узел|узла]]. В настоящее время [[Navy:Судно|судно]] находится в Музее Открытий в Ньюкасле, а её турбина - в Лондонском Музее науки.<br />
+[[Файл:Ласточка1.jpg|thumb| Яхта-миноносец «Ласточка».]]
+В России первым турбинным [[Navy:Судно|судном]] была яхта-миноносец «Ласточка» (1904 г.). Это бывшее английское опытное [[Navy:Судно|судно]] Carolina, построенное в 1904—1905 гг., было куплено Морведом для обучения персонала и производства опытов с турбоагрегатами. [[Navy:Корабль|Корабль]] имел две силовые установки по 1000 л.с. каждая и при [[Navy:Водоизмещение|водоизмещении]] 140 тонн развивал максимальную скорость хода 18,5 [[Navy:Узел|узлов]].<br />
+[[Файл:Günther Todt.jpg|thumb|left| Линкор Bismarck.]]
+Во время [[Navy:Вторая_мировая_война|Второй мировой войны]] паровая турбина использовалась как  главная энергетическая установка. На гордости [[Navy:ВМС_Германии|Германии]] — [[Navy:Линейный_корабль|линкоре]] [[Navy:Bismarck_(1939)|Bismarck]] были установлены 3 турбозубчатых агрегата мощностью 46000 л.с. каждая. [[Navy:Корабль|Корабль]] со стандартным [[Navy:Водоизмещение|водоизмещением]] 41700 т. развивал скорость около 30 [[Navy:Узел|узлов]].
+[[Файл:Tirpitz_(1939).jpg|thumb| Линкор Tirpitz.]]
+На втором корабле этой [[Navy:Линейные_корабли_типа_Bismarck|серии]] [[Navy:Tirpitz_(1939)|(Tizpitz)]], который британцы прозвали "Гитлеровская зверюга", стояли три турбины ''Brown Boveri & Cie''. Скорость хода была 30,8 [[Navy:Узел|узлов]] при [[Navy:Водоизмещение|водоизмещении]] 45474 тонны.
+[[Файл:Yamato_(1940).jpg|thumb|left| Японский линкор Yamato.]]
+На крупнейшем [[Navy:Линейный_корабль|линкоре]] в истории флота — [[Navy:ВМС_Японии|японском]] «[[Navy:IJN_Yamato_(1940)|Ямато]]» были установлены 4 ТЗА ''Kampon''. При [[Navy:Водоизмещение|водоизмещении]] 63200 тонн [[Navy:Корабль|корабль]] развивал скорость 27,5 [[Navy:Узел|узлов]].<br />
+[[Файл:Sevastopol title.jpg|thumb|Линкор «Севастополь».]]
+На «Севастополе», [[Navy:Линейный_корабль|линкоре]] [[Navy:Российский_Императорский_флот|русского]] и [[Navy:ВМС_СССР|советского флота]], стояло десять турбин Парсонса общей мощностью 32000 л.с, что обеспечивало [[Navy:Корабль|кораблю]] скорость хода около 22 [[Navy:Узел|узлов]].
+[[Файл:Крейсер Адмирал Кузнецов.jpg|thumb| «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов».]]
+В настоящее время паровые турбины отошли на второй план. Но их эксплуатация на некоторых [[Navy:Судно|судах]] продолжается. Например, на тяжелом авианесущем [[Navy:Крейсер|крейсере]] «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов» стоят 4 паровые турбины по 50 тыс. л.с. каждая. Максимально допустимая скорость составляла 29 [[Navy:Узел|узлов]].<br />
+<br />
+<br />
+<br />
 == Состав паротурбинной установки ==
-<br /> Паротурбинная установка состоит из:
-* парогенератора, в котором питательная вода под соответствующим давлением превращается в пар;
+* Парогенератор, в котором питательная вода под соответствующим давлением превращается в пар;
-* пароперегревателя, в котором осуществляется повышение температуры пара до заданной величины (может отсутствовать);
+* Пароперегреватель, в котором осуществляется повышение температуры пара до заданной величины (может отсутствовать);
-* турбины, в которой потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а последняя - в механическую энергию на валу;
+* Турбина, в которой потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а последняя - в механическую энергию на валу;
-* конденсатора, предназначенного для конденсации отработавшего пара турбины;
+* Конденсатор, предназначенный для конденсации отработавшего пара турбины;
-* конденсатного насоса, подающего конденсат в систему;
+* Конденсатный насос, подающий конденсат в систему;
-* питательного насоса, подающего питательную воду в парогенератор;
+* Питательный насос, подающий питательную воду в парогенератор;
-*регенеративные подогреватели питательной воды низкого и высокого давлений.
+* Регенеративные подогреватели питательной воды.
-На электростанциях также устанавливают деаэратор, в котором удаляется кислород из питательной воды.
+<br />
-== Активная турбина ==
+== Основные типы турбин ==
-<br /> Простейшая одноступенчатая паровая турбина состоит из следующих основных частей: сопла, вала и диска с рабочими лопатками, закрепленными на ободе диска. Вал вместе с диском составляет важнейшую часть турбины и носит название ротора.
+На кораблях в основном использовались турбины Парсонса (реактивного типа) и турбины Кертиса (активного типа). Турбины этих типов различались по '''принципу расширения пара'''. Турбины также разделяли по назначению: на главные и вспомогательные. Главные были конденсационные с выпуском всего отработавшего пара в конденсатор, они приводили в движение гребной винт непосредственно или через редуктор. Вспомогательные турбины служили приводами различных насосов, генераторов и вентиляторов. Главные турбины были двухкорпусными — низкого и высокого давлений. Каждая турбина состоит из нескольких ступеней (ступень — два ряда смежных лопаток, закрепленных соответственно в корпусе и на барабане), которые могут быть или ступенями скорости или ступенями давления. В корпусе турбины низкого давления находятся лопатки заднего хода. Если [[Navy:Судно|судно]] оснащено гребным винтом с переменным шагом, то нет необходимости ставить турбину низкого давления.  В настоящее время паровые турбины могут использоваться вкупе с [[Navy:Ядерная энергетическая установка|ядерной энергетической установкой]].<br />
+=== Турбина Кертиса ===
+Простейшая одноступенчатая паровая турбина состоит из следующих основных частей: сопла, вала и диска с рабочими лопатками, закрепленными на ободе диска. Вал вместе с диском составляет важнейшую часть турбины и носит название ротора.
 [[Файл:Ступень активной паровой турбины.jpg|thumb|Ступень активной паровой турбины. 1 — направляющие лопатки; 2 — рабочие лопатки; 3 — вал ротора.]]
 Ротор заключен в корпусе турбины. Шейки вала лежат в опорных подшипниках.
 <br /> Расширение пара от начального до конечного давления происходит в одном сопле или группе сопл, закрепленных в корпусе перед рабочими лопатками вращающегося диска. В соплах срабатывается перепад тепла, который затрачивается на получение кинетической энергии паровой струи. <br />
 В процессе расширения скорость пара возрастает. В каналах рабочих лопаток происходит снижение скорости; кинетическая энергия пара снижается. При воздействии струи пара на рабочие лопатки часть его кинетической энергии преобразуется в механическую работу на валу ротора турбины. <br />
-Турбины, в которых весь процесс расширения и,следовательно, ускорения пара идет '''только''' в неподвижных каналах (соплах), а на рабочих лопатках происходит только превращение кинетической энергии в механическую работу без дополнительного расширения паровой струи, называются '''''активными'''''.
+То есть в '''активной''' турбине весь процесс расширения и, следовательно, ускорения пара идет '''только''' в неподвижных каналах (соплах), а на рабочих лопатках происходит только превращение кинетической энергии в механическую работу без дополнительного расширения паровой струи.
-[[Файл:Ступень реактивной паровой турбины.jpg|thumb|Ступень реактивной паровой турбины]]
+[[Файл:Ступень реактивной паровой турбины.jpg|thumb|Ступень реактивной паровой турбины.]]
-== Реактивная турбина ==
-<br /> По иному принципу работает '''''реактивная''''' турбина. Свежий пар к лопаткам турбины поступает из кольцевой камеры подвода пара. В неподвижной корпусе и на внешней стороне вращающегося барабана ротора закреплены соответственно направляющие и рабочие лопатки, образующие камеры для прохода пара. Из камеры пар, протекая через межлопаточные каналы, поступает в выпускной патрубок . Расширение пара происходит во всех межлопастных каналах, как подвижных, так и неподвижных. <br />
+=== Турбина Парсонса ===
+По иному принципу работает турбина Парсонса или '''реактивная''' турбина. Свежий пар к лопаткам турбины поступает из кольцевой камеры подвода пара. В неподвижной корпусе и на внешней стороне вращающегося барабана ротора закреплены соответственно направляющие и рабочие лопатки, образующие камеры для прохода пара. Из камеры пар, протекая через межлопаточные каналы, поступает в выпускной патрубок . Расширение пара происходит во всех межлопастных каналах, как подвижных, так и неподвижных. <br />
 Сначала свежий пар из камеры поступает в каналы первого ряда направляющих лопаток, закрепленных в корпусе. Из каналов неподвижных направляющих лопаток первого ряда пар поступает в каналы первого ряда рабочих лопаток, закрепленных на вращающемся барабане. Из каналов рабочих лопаток первого ряда пар направляется в каналы неподвижных лопаток второго ряда и так далее, проходя последовательно через каналы всех рядов направляющих и рабочих лопаток.  Общий перепад тепла в ступенях распределяется примерно равномерно.
 <br />
-== Судовая паровая турбина ==
-[[Файл:Судовая паровая турбина.jpg|thumb| Судовая паровая турбина]]
-Современные паровые турбины обычно двухкорпусные- низкого и высокого давлений. Каждая турбина состоит из нескольких ступеней (ступень- это два смежных ряда лопаток, закрепленных соответственно в корпусе и на барабане), которые могут быть или ступенями скорости или ступенями давления. В корпусе турбины низкого давления находятся лопатки заднего хода. Если судно оснащено гребным винтом с переменным шагом, то нет необходимости ставить турбину низкого давления. Также в машинных отделениях судов могут быть установлены вспомогательные турбины, которые служат приводами различных генераторов, насосов и вентиляторов. У турбины имеются клапаны заднего и переднего хода, подшипники, поддерживающие вал и редуктор, который связывает вал турбины и гребной винт. Стрелкой показан подвод свежего пара.
-[[Файл:Схема пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки.jpg|thumb|Схема пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки]]<br />
 == Пароводяная циркуляционная система судовой паротурбинной установки ==
+[[Файл:Схема пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки.jpg|thumb|Схема пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки.]]
 На схеме '''Пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки''' топливо поступает в парогенератор, где вступает  в реакцию окисления с кислородом воздуха. Горячие продукты сгорания конвекцией и излучением нагревает питательную воду в трубках, превращая ее в пар. Получившийся пар высокого давления поступает в турбину, где приводит в движение ротор турбины, а через редуктор приводится в движение и гребной вал. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе. Охлаждающей средой в конденсаторе служит морская вода, которая подается циркуляционными насосами. Охлажденный до нужной температуры конденсат с помощью конденсатного насоса закачивается в подогреватель низкого давления. Греющей средой в нем служит часть пара, отобранного из турбины. Подогретый до нужной температуры конденсат закачивается питательным насосом обратно в парогенератор, замыкая цикл.<br />
-== Применение ==
-Турбина в качестве главного двигателя первый раз была использована на судне "[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%8F Turbinia]". Корабль имел [https://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 водоизмещение] 45 тонн и был спущен на воду в Англии конструктором [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D1%81%D0%BE%D0%BD%D1%81,_%D0%A7%D0%B0%D1%80%D0%BB%D0%B7_%D0%90%D0%BB%D0%B4%D0%B6%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%BD Чарлзом Парсонсом]. <br />
-Многоступенчатая паротурбинная установка включала в себя паровые котлы и три турбины, соединенных напрямую с гребным валом. Каждый гребной вал имел три винта. Общая мощность турбин составляла 2000 л.с. при 200 оборотов в минуту. В ходе проведения ходовых испытаний в 1896 году судно развило скорость 34,5 [https://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%A3%D0%B7%D0%B5%D0%BB узла].<br />
-[[Файл:Турбиния.jpg|thumb| Турбоход "Turbinia" на испытаниях]]
-Турбинные силовые двигатели начали устанавливать на линкоры и броненосцы, а по прошествии времени почти на все пассажирские суда. Паротурбинные установки надежны в эксплуатации, способны длительное время работать без обслуживания, отличаются меньшей вибрацией.
-== Использование других судовых энергетических двигателей ==
+== Сравнение с другими энергетическими установками ==
-Но время, как и технологии, не стояли на месте. Стремительное развитие двигателей внутреннего сгорания, использование и освоение новых видов топлива постепенно отодвинуло паровую турбину на второй план.  В настоящее время паротурбинная силовая установка вытеснена '''двигателями внутреннего сгорания''', '''газовыми турбинами''' и судами с '''ядерной энергетической установкой'''. <br />
-=== Газовая турбина ===
-Газотурбоход- тип [https://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%A1%D1%83%D0%B4%D0%BD%D0%BE судна], использующих в качестве силовой установки газотурбинный двигатель. Газовая турбина является своего рода эквивалентом паровой турбины, работающей без отдельно установленного парового котла. В газовой турбине рабочими телами являются горячие продукты сгорания. Воздух поступает в компрессор, где сжимается в несколько раз (степень сжатия 15-20%) и подается во встроенную камеру сгорания. В качестве топлива в газовой турбине обычно используется соляровое масло, "флотский" мазут и другие виды дешевого топлива.
-[[Файл:Газовая турбина.jpg|thumb| Газовая турбина]]
-Образующиеся при сгорания горячие газы с температурой 600-800 °С поступают на лопатки турбины, приводя их в движение.
-Кинетическая энергия движения горячих газов преобразуется в механическую энергию на валу, который через редуктор управляет гребным винтом. Отработавшие продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.
-Основные преимущества газовой турбины- это малое габариты и вес, простота обслуживания и практически безотказная работа. В отличии от паровой установки, не требуется установка парового котла, больших паропроводов, системы охлаждения конденсата. В газовой турбине расход воды практически нулевой. Вода используется только на охлаждение подшипников турбины. К недостаткам можно отнести повышенный шум при работе, низкий КПД и единичную мощность, большой расход топлива <br />
+{| class="wikitable sortable"
-[[Файл:Газотурбоход.jpg|thumb| "Павлин Виноградов"]]
+|-
-В 1961 году был спущен на воду газотурбоход "Павлин Виноградов". Его силовая установка включала в себя четыре генератора газа, вырабатывающих газ для турбины мощностью 3800 л.с.. [https://Navy:%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 Водоизмещение] судна составляло 9080 тонн, скорость - 15,6 [https://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%A3%D0%B7%D0%B5%D0%BB узла]. Газотурбинные двигатели устанавливают в основном на кораблях военно-морских сил.
+! Судовой двигатель !! КПД !! Условия эксплуатации !! Вид топлива !! Безопасность персонала !! Экологический эффект !! Время пуска !! Размеры !!  Материалы изготовления
+|-
+| [[Navy:Паровая_машина|Паровая машина]] || 8%-15% || Простота обслуживания || Практически любой вид топлива || Высокая безопасность || Выброс токсичных газов в атмосферу || От получаса до нескольких часов || Громоздкая, большое число вспомогательного оборудования || Высокопрочные материалы для цилиндров, движущихся частей
+|-
+| Паровая турбина || 30%-35% || Повышенное обслуживание при номинальном режиме работы || Уголь, мазут || Относительная опасность из-за работы с рабочей средой высоких параметров  || Выброс токсичных газов в атмосферу, слив горячей заборной воды  || От получаса до нескольких часов || Громоздкая, большое число вспомогательного оборудования || Жаропрочные, термостойкие материалы для турбины и основного оборудования
+|-
+| [[Navy:Газовая_турбина|Газовая турбина]] || 25%-30% || Минимальное обслуживания, повышенная надежность работы || Газ, мазут || Высокая безопасность при номинальном режиме работы || Выброс в атмосферу токсичных газов с достаточно высокой температурой || 15-30 минут || Компактность, отсутствие большого числа вспомогательного оборудования || Термически устойчивые материалы для лопаток первых ступеней турбины
+|-
+| [[Navy:Двигатель внутреннего сгорания|Двигатель внутреннего сгорания]] || 30%-36% || Повышенная шумность, наличие прямолинейно-возвратного движения рабочих частей|| Мазут, дизельное топливо || Низкая опасность для персонала || Токсичность отработавших газов повышена  || Практически мгновенно || Громоздкая (при повышенной мощности), отсутствие большого числа вспомогательного оборудования || Высокопрочные материалы для цилиндров, движущихся частей
+|-
+| [[Navy:Ядерная энергетическая установка|Ядерная энергетическая установка]] || 35%-40% || Постоянный контроль процесса || Ядерное топливо (уран-235, плутоний и т.д.)|| Высокая опасность из-за радиоактивного излучения || Загрязнение отходами отработанного радиоактивного топлива || Несколько дней при пуске из холодного состояния, из горячего состояния - минуты  || Громоздкая, большое число вспомогательного оборудования || Высокопрочные и дорогие материалы для защиты персонала
+|}
-=== Двигатель внутреннего сгорания ===
+=== Примечание к таблице ===
-Свыше 50% мирового тоннажа - это теплоходы. Это объясняется, прежде всего высокой экономичностью и возможностью создания двигателей с диапазоном мощности от 100 до 300000 л.с.<br />
+Продолжительное время пуска паровой турбины объясняется необходимостью прогрева как самой турбины, так и парогенератора со всеми необходимыми паропроводами. Все это занимает много времени.<br />
-В 1896 году свой двигатель внутреннего сгорания запатентовал немецкий инженер [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B7%D0%B5%D0%BB%D1%8C,_%D0%A0%D1%83%D0%B4%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%84 Рудольф Дизель], а в 1904 году двигатель был установлен на судне «[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D0%BB_(%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BA%D0%B5%D1%80) Вандал]», построенном в 1903 году. В 60-х годах одновременно с появлением винтов регулируемого шага  решилась проблема реверсирования. Дизельные силовые установки стали применять изначально на небольших судах , траулерах и буксирах, а затем и на больших коммерческих кораблях.
-[[Файл:Вандал.jpg|thumb| Первый теплоход "Вандал"]]
-Двигатели внутреннего сгорания могут быть четырехтактными или двухтактными. Другой принцип классификации - по оборотам в минуту. Малооборотные с частотой вращения 100-150 оборотов в минуту приводят в движение судовой движитель. У среднеоборотных частота вращения 300-600 оборотов в минуту. Эти двигатели приводят в движение движитель через редуктор.
-Мощность может быть увеличена наддувом (подача большого количества воздуха с целью заполнения всего объема цилиндра) без увеличения его размеров и частоты вращения. Наддув осуществляется за счет сжатия воздуха перед цилиндром. В четырехтактных судовых дизельных установках воздух сжимается центробежным компрессором. Приводом компрессора служит газовая турбина, работающая на отработавших газах дизеля.
-<br /><br />
-[[Файл:Двс.jpg|thumb| Двигатель внутреннего сгорания]]
-В четырехтактном двигателе при первом такте поршень движется в направлении коленчатого вала. Возникает разрежение и воздух через открытый всасывающий клапан поступает в цилиндр. В двигателе без наддува давление всасываемого воздуха атмосферное. Во время второго такта воздух перед поршнем подвергается сжатию. Его температура и давление увеличиваются.
-Топливо впрыскивается незадолго до момента, когда поршень достигнет верхнего положения. Впрыснутое и тщательно распыленное топливо в сжатом воздухе нагревается, испаряется и вместе с воздухом образует горячую самовоспламеняющуюся смесь. Третий такт - рабочий такт. Во время процесса сгорания топлива образуются горячие газы, которые вызывают увеличивая давление над поршнем двигают его вниз и производят механическую работу. Во время четвертого такта открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят наружу.<br />
-Дизели имеют преимущество над паровыми двигателями на небольших судах благодаря своей компактности; кроме того, они легче при одинаковой мощности. Дизели расходуют меньше топлива, но само топливо дороже. Дизельные двигатели запускаются гораздо быстрее: их не надо предварительно разогревать.
+Эксплуатация газовой турбины значительно проще чем паровой, т.к. вода не используется как рабочее тело цикла. Следовательно, нет необходимости в конденсаторе, питательном, конденсатном и циркуляционном насосах, трубопроводах. <br />
-=== Ядерная энергетическая установка ===
+Относительная безопасность эксплуатации паровой и газовой турбин достигается заключением в отдельный корпус всех движущихся частей.
-Продвижение современной науки в освоении атомной энергетики позволило использовать на флоте новый вид топлива - ядерное. В 1956 году в был спущен на воду первый атомоход «[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%BD_(%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BB%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BB) Ленин]». Лучшие суда этого типа могут брать топлива не более чем на 40 суток плавания, ядерное горючее позволяет атомоходу пребывать во льдах Арктики без пополнения запасов топлива более года.
-На сегодняшний день построено большое количество атомоходов - это и ледоколы, [https://wiki.wargaming.net/ru/%D0%90%D0%B2%D0%B8%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B5%D1%86 авианосцы] и даже [https://wiki.wargaming.net/ru/Navy:%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BA%D0%B0 подводные лодки]. Мощность силовой установки может достигать 60000 л. с.
+== Литература ==
+* П.Н. Шляхин Паровые и газовые турбины
-К энергетической установке судна с атомным двигателем относятся реактор, парогенератор и турбинная установка, приводящая в движение судовой движитель. Реактор - это установка для получения ядерных цепных реакций, во время которых возникает энергия, преобразуемая далее в механическую.
+== Ссылки ==
-[[Файл:Ядерный реактор.jpg|thumb| Судовая паровая турбина]]
+* https://www.seaships.ru/steamturbine.htm
-Известно, что энергия, выделяемая при использовании 1 кг урана, примерно равна энергии, получаемой при сгорании 1500 тонн мазута. Сердцем ядерной установки является реактор: в нем осуществляется управляемая ядерная реакция, в результате которой образуется тепло, отводимое с помощью теплоносителя - воды. Радиоактивная вода-теплоноситель перекачивается в парогенератор, где за счет ее тепла происходит образование пара из не радиоактивной воды. Пар направляется на диски турбин, которые приводят во вращение турбогенераторы, работающие на гребные электродвигатели, а последние вращают гребные винты. Отработавший пар направляется в конденсатор, где он снова превращается в воду и нагнетается в парогенератор. Принцип действия атомной энергетической установки показан на рисунке 9.
+* https://www.seaships.ru/steammachine.htm
+* https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/transport_i_svyaz/SUDOVIE_ENERGETICHESKIE_USTANOVKI_I_DVIZHITELI.html?page=0,0#part-1
+* https://korabley.net/news/sudovye_silovye_i_ehnergeticheskie_ustanovki/2009-09-15-360
+* https://korabley.net/news/sudovye_silovye_i_ehnergeticheskie_ustanovki/2010-05-31-577
+[[Категория:Словарь морских терминов]]</noinclude>
-Большое внимание уделяется безопасности эксплуатации ядерной установки, так как находящиеся на судне люди в какой-то мере подвержены опасности радиоактивного облучения, поэтому ядерный реактор изолирован от окружающей среды защитным экраном, не пропускающим вредные радиоактивные лучи. Обычно применяются двойные экраны. Первичный экран окружает реактор и изготовляется из свинцовых пластин с полиэтиленовым покрытием и из бетона. Вторичный экран окружает парогенератор и заключает внутри себя весь первый контур высокого давления. Этот экран в основном изготовляют из бетона толщиной от 500 мм до 1095 мм, а также из свинцовых пластин толщиной 200 мал и полиэтилена толщиной 100 мм. Оба экрана требуют много места и имеют очень большую массу. Наличие таких экранов является большим недостатком атомных энергетических установок. Расположение атомной энергетической установки на судна показано на рисунке 10. Другим, еще более существенным недостатком, является, несмотря на все защитные меры, опасность заражения окружающей среды как во время нормального функционирования энергетической установки вследствие отходов использованного топлива, выпуска трюмной воды из реакторного отсека и т. д., так и во время случайных аварий судна и атомной энергетической установки.
-Судовые ядерные реакторы.
-Основными элементами ядерного реактора являются стержни с делящимся веществом (ТВЭЛы), управляющие стержни, охладитель (теплоноситель), замедлитель и отражатель. Эти элементы заключены в герметичный корпус и расположены так, чтобы обеспечить управляемую ядерную реакцию и отвод выделяющегося тепла.
-Горючим может быть уран-235, плутоний либо их смесь; эти элементы могут быть химически связаны с иными элементами, быть в жидкой или твердой фазе. Для охлаждения реактора используется тяжелая или легкая вода, жидкие металлы, органические соединения или газы. Теплоноситель может быть использован для передачи тепла другому рабочему телу и производства пара, а может использоваться непосредственно для вращения турбины. Замедлитель служит для уменьшения скорости образующихся нейтронов до значения, наиболее эффективного для реакции деления. Отражатель возвращает в активную зону нейтроны. Замедлителем и отражателем обычно служат тяжелая и легкая вода, жидкие металлы, графит и бериллий.
+<!-- Начало служебного блока. Не редактировать! -->	{{#seo:|title=	Паровая турбина — это силовой двигатель.	|titlemode=replace|description=	Паровая турбина — это силовой двигатель, в котором потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая в свою очередь преобразуется в механическую энергию вращения вала. 	}}	[[Категория:Оптима]]	<!-- Конец служебного блока -->
-На всех военно-морских судах, на первом атомном ледоколе «Ленин», на первом грузо-пассажирском судне «Саванна» стоят энергетические установки, выполненные по двухконтурной схеме. В первичном контуре такого реактора вода находится под давлением до 13 МПа и поэтому не вскипает при температуре 270° С, обычной для тракта охлаждения реактора. Вода, нагретая в первичном контуре, служит теплоносителем для производства пара во вторичном контуре.В первичном контуре могут использоваться и жидкие металлы. Такая схема применена на подводной лодке ВМС США «Си Вулф», где теплоносителем является смесь жидкого натрия с жидким калием. Давление в системе такой схемы сравнительно невелико. Это же преимущество можно реализовать, используя в качестве теплоносителя парафинообразные органические вещества – дифенилы и трифенилы. В первом случае недостатком является проблема коррозии, а во втором – образование смолистых отложений.
-Существуют одноконтурные схемы, в которых рабочее тело, нагретое в реакторе, циркулирует между ним и главным двигателем. По одноконтурной схеме работают газоохлаждаемые реакторы. Рабочим телом служит газ, например, гелий, который нагревается в реакторе, а затем вращает газовую турбину.
-Защита.
-Ее главная функция – обеспечить защиту экипажа и оборудования от излучения, испускаемого реактором и другими элементами, имеющими контакт с радиоактивными веществами. Это излучение делится на две категории: нейтроны, выделяющиеся при делении ядер, и гамма-излучение, возникающее в активной зоне и в активированных материалах.
-В общем случае на судах имеются две защитные оболочки. Первая расположена непосредственно вокруг корпуса реактора. Вторичная (биологическая) защита охватывает парогенераторное оборудование, систему очистки и емкости для отходов. Первичная защита поглощает большую часть нейтронов и гамма-излучение реактора. Это снижает радиоактивность вспомогательного оборудования реактора.
-Первичная защита может представлять собой двухоболочечный герметичный резервуар с пространством между оболочками, заполненным водой, и наружным свинцовым экраном толщиной от 2 до 10 см. Вода поглощает большую часть нейтронов, а гамма-излучение частично поглощается стенками корпуса, водой и свинцом.
-Основная функция вторичной защиты – снизить излучение радиоактивного изотопа азота 16N, который образуется в теплоносителе, прошедшем через реактор. Для вторичной защиты используются емкости с водой, бетон, свинец и полиэтилен.
-Экономичность судов с атомными энергетическими установками.
-Для боевых кораблей стоимость постройки и эксплуатационные расходы имеют меньшее значение, чем преимущества почти неограниченной дальности плавания, большей энерговооруженности и скорости кораблей, компактности установки и сокращения обслуживающего персонала. Эти достоинства атомных энергетических установок обусловили их широкое применение на подводных лодках. Оправданно и применение энергии атома на ледоколах.
-== Источники ==
-* П.Н. Шляхин Паровые и газовые турбины
-* https://www.seaships.ru/steamturbine.htm
-* https://www.seaships.ru/steammachine.htm

Игры

Навигация

Инструменты