книги из ГПНТБ / Богомолов В.С. Комбинированные парогазовые установки

Ленинградское высшее военно-морское инженерное учидище

Б. С. БОГОМОЛОВ

КОМБИНИРОВАННЫЕ ПАРОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

Ленинград

1969

В в е д е н и е

Паротурбинные установки, используемые в качестве глав­ ных двигателей на военных кораблях с водоизмещением от

D = (1000-5-3000) т и выше, имеют высокую надежность, про­ веренную длительным опытом эксплуатации. Эти установки позволяют получать практически любую агрегатную мощность, необходимую для современных кораблей (эта мощность огра­ ничивается прочностными характеристиками движителей и валопроводов). Так, у авианосца "Энтепрайз" [3] агрегатная мощность составляет 80000 л. с. Недостатками паросиловых установок считают их невысокую экономичность и большой вес.

В последнее время экономичность ffflCJ. существенно воз­ росла за счет повышения параметров пара и некоторых спе­ циальных конструктивных решений.

Так, в мировой практике известны примеры ПСУ для судов морского флота [8] с удельным расходом топлива 181 г/л. с. час.

Улучшение весовых характеристик судовых ПСУ и габарит­ ных характеристик котлов показаны на рис. 1,а,<Г [8].

Существуют автоматизированные ПСУ [8] , управление которыми осуществляется с мостика.

Указанное увеличение экономичности ПСУ достигнуто для режима полной боевой скорости (ПБС), однако на режимах уменьшенных нагрузок к. п. д. ПСУ сильно падает. Для уве­ личения экономичности корабельных паросиловых установок (КПСУ) на частичных нагрузках неоднократно предпринимались

3

попытки использовать специальные маршевые главные турбины и вспомогательные механизмы. Эта идея предлагалась еще

С. 0. Макаровым [I] , который считал, что .'.'.Самое правиль­ ное решение вопроса заключается в том, чтобы малый ход получать вспомогательными машинами, приводящими в движе­ ние винты, разобщенные от главных машин". (С. 0. Макаров. Рассуждение по вопросам морской тактики. Воениздат, 1947, стр. 16). С. 0. Макаров фактически предлагал создать ме­ ханически комбинированную установку.

Рис. I, а ) удельные весовые показатели паротурбин­ ных установок! &) габаритное сопоставление высоконапор­ ного (затемнен) и обычного котлов средней паропроизводи-

имевший в составе трехвальной паросиловой установки спе­ циальную паровую машину (на среднем валу).

Для повышения экономичности КПСУ на режимах частичных нагрузок в настоящее время, как известно, широко исполь­ зуются так называемые ступени экономического хода, что хо­ тя и позволяет повысить к. п. д. турбин на этих нагрузках, ко применение таких ступеней связано с появлением допол­ нительных потерь на полной боевой скорости и усложнением конструкций турбин.

Этой же цели, т. е. повышению экономичности ПСУ на малых ходах, служит и применение таких установок, где ре­ гулирование мощности турбин достигается с помощью ступен­ чатых, скользящих и так называемых "полускользящих" (ступенчато-скользящих) параметров пара.

Н

В последнем случае на режимах частичных нагрузок ус­ тановка работает с пониженными параметрами пара, что, естественно, приводит к заметному уменьшению к. п. д. установки. Наиболее подходящим методом решения задачи по­ вышения экономичности установок на режимах частичных на­ грузок является использование для этих режимов специально спроектированной установки, т. е. фактически реализация идеи, высказывавшейся еще С. 0. Макаровым.

Итак, применение комбинированных установок вызвано стремлением повысить их к. п. д. на режимах уменьшенных (частичных) нагрузок.

Преимущества и недостатки всережимных корабельных энергетических установок показаны в табл. I [7] .

Т а б л и ц а !

Основные преимущества и недостатки всережимных энергетических установок (осредненные показатели)

ности

5

Данные в этой таблице оереднены по известным харак­ теристикам установок каждого типа, удельный вес показан с учетом всего оборудования энергетической установки, включая независимые механизмы и пр. , а удельный расход топлива учитывает расход энергии на все общекорабельные нужды.

Таким образом, необходимо иметь установку, состоящую из двух автономных частей, причем на малых нагрузках ра­ ботает установка, специально спроектированная для этой

6

цели, а для создания режимов больших нагрузок, включая и режим полной боевой скорости, подключается так называемая форсажная установка.

Если корабельная установка состоит из двух установок, работающих на один вал, рабочий процесс которых между со­

н о в к о й .

Исторически случилось так, что на военных кораблях, сравнительно большого водоизмещения вначале появились так называемые дизельпаротурбинные комбинированные установки.

Примером такой установки может служить установка быв­ шего легкого крейсера немецкого флота, схема расположения

которой показана на рис. 2.

Рис. 2. Комбинированная дизель-паротурбинная уста­

жением оборудования. В ее составе использованы разнород­ ные двигатели, работающие на свои валопроводы.

Так, дизельная установка работает на средний вал, а паротурбинные установки работают на бортовые валы. При работе бортовых установок средний вал отключается.

Суммарный вес такой комбинированной установки вместе с запасами топлива (300 т дизельного топлива и 1150 т ма-

7

зута) при прочих равных условиях оказался меньше чисто паротурбинной установки. При последовательной работе ди­ зельной и паротурбинной установок дальность плавания ко­ рабля оказалась равной 5500 мжхяж.

Как видно из рис» 2, рассмотренная установка не совсем соответствует принятому определению для механически ком­ бинированной установки. Выполнение дизельной установки, работающей на самостоятельный вал, объясняется тем, что для создания большой мощности было необходимо объединить работу нескольких двигателей на один вал через свой ре­ дуктор. Такие конструктивные решения по размещению комби­ нированных установок могут найти применение и в будущем.

Механически комбинированные парогазотурбинные установки

Сочетание характеристик паротурбинной и газотурбинной установок дает возможность получить комбинированную уста­ новку, имеющую достаточно высокую экономичность как на режиме полной боевой скорости,так и на режимах частичных нагрузок.

Учитывая, что основное время эксплуатации кораблей приходится на режимы боевой экономической скорости, то для обеспечения этих режимов наиболее подходящей будет паротурбинная установка, обладающая высокой надежностью действия и большим моторесурсом.

Для обеспечения режимов волной боевой скорости к ра­ ботающей основной установке (ОУ) (паротурбинной) под­ ключается так называемая форсажная установка (ФУ), в ка­ честве которой удобно использовать легкую газотурбинную установку. Недостаточный моторесурс газотурбинной уста­ новки не будет заметно снижать моторесурс комбинирован­ ной энергетической установки (КУ), учитывая небольшое время использования кораблей на режимах полной боевой скорости.

8

Среди построенных кораблей с КУ существуют различные схемы размещения установок, варианты которых определялись требованиями, предъявлявшимися к кораблям, и наличием ос­ военного энергетического оборудования.

Одной их вероятных схем [2] КУ может быть схема, раз­ мещение которой показано на рис. 3.

Рис. 3. Схема размещения комбинированной парогазо­ турбинной установки: I - ГТУ; 2 - паровая турбина; 3 - ко­

тел; 4 - редуктор; 5 - муфта

На указанной схеме общей передачей в КУ служит редук­ тор. Учитывая высокий к. п. д. этой передачи, его даль­ нейшее использование в КУ наиболее вероятно.

Мощность КУ и ее составных частей

Мощность КУ NgKyопределяется (как и для любой всережимной установки) с помощью буксировочной кривой корабля

выше соображениям будем считать, что ОУ обеспечивает режим боевой экономической скорости (БЭС) и безопасность плава­ ния корабля в соответствии с требованиями морской практи­ ки [9] (т. е. возможность немедленно развить "самый полный ход").

9