Паровая турбина
| Версия 17:25, 28 октября 2014 | Версия 17:30, 28 октября 2014 | |||
| Строка 24: | Строка 24: | |||
| * питательного насоса, подающего питательную воду в парогенератор; | * питательного насоса, подающего питательную воду в парогенератор; | |||
| *регенеративные подогреватели питательной воды низкого и высокого давлений. | *регенеративные подогреватели питательной воды низкого и высокого давлений. | |||
| ? | ||||
| === Активная турбина === | === Активная турбина === | |||
Версия 17:30, 28 октября 2014
Эта статья редактируется участником <Fable_player> в рамках акции «Альфа за статью». Просьба воздержаться от правок.
Содержание
История применения
При современных мощностях того времени паровая машина как главный судовой двигатель уже не могла обеспечить нужную мощность и экономичность, установки получались громоздкими и малоэффективными. Настало время паровой машине передать эстафету турбине и двигателям внутреннего сгорания.
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 судно развило скорость 34,5 узла.
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.
Преимуществом паротурбинных установок является надежность в эксплуатации, способность длительное время работать без обслуживания, меньшая вибрация. В настоящее время паровые турбины используются вкупе с атомной энергетической установкой.
Конструкция
Состав паротурбинной установки
Паротурбинная установка состоит из:
- парогенератора, в котором питательная вода под соответствующим давлением превращается в пар;
- пароперегревателя, 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;
- конденсатора, предназначенного для конденсации отработавшего пара турбины;
- конденсатного насоса, подающего конденсат в систему;
- питательного насоса, подающего питательную воду в парогенератор;
- регенеративные подогреватели питательной воды низкого и высокого давлений.
Активная турбина
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.
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.
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.
Реактивная турбина
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.
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.
Судовая паровая турбина
Главные судовые турбины выполняются конденсационными с выпуском всего отработавшего пара в конденсатор. Современные 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.
Пароводяная циркуляционная система 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
Источники
Литература
- П.Н. Шляхин Паровые и газовые турбины
Ссылки
- https://www.seaships.ru/steamturbine.htm
- 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
Галерея
Турбиния в музее Newcastle's Discovery Museum.
Чертеж "Вандала".
Грузопассажирское судно «Savannah» с атомной энергетической установкой.
Грузопассажирское судно «Otto Hahn» с атомной энергетической установкой .
Советский арктический лихтеровоз «Севморпуть».
Сторожевой корабль дальней морской зоны "Ярослав Мудрый" с ГТД.
Корвет "Сообразительный" с ДВС.
Атомный ракетный крейсер "Петр Великий".
Атомная подводная лодка "Юрий Долгорукий".
Гвардейский ракетный катер "Заречный" с дизель-газотурбинным двигателем.
