время экономичность установок с ДВС выше, чем газотурбинных. С совершен­ствованием жаростойких материалов и систем искусственного охлаждения ло­паток и дисков турбин экономичность ГТУ будет возрастать.

4. Ядерные энергетические установки (яэу)

Принципиальная схема ЯЭУ

Ядерная энергетическая установка работает на энергии ядерных превра­щений, например, изотопов урана. В ЯЭУ энергия ядерного топлива (сочетание изотопов урана ²³⁵U, ²³⁸U и тория ²³²Th), освободившаяся в результате цепной ядерной реакции деления тяжелых ядер, превращается в теплоту. Этот процесс происходит в ядерном реакторе.

Существуют одноконтурные, двухконтурные и трехконтурные паропро­изводящие установки, но основное применение в современной энергетике на­шли двухконтурные ЯЭУ (рис. 4.4).

а б

7

6

Рис. 4.4. Схема двухконтурной ядерной энергетической установки: а - первый контур; б - второй контур; 1 - биологическая защита; 2 - реактор; 3 - насос; 4 - парогенератор; 5 - водяной насос; 6 - конденсатор; 7 - паровая турбина

В реакторе осуществляется деление ядер урана. Теплоноситель, омываю­щий тепловые элементы, облучается нейтронами и становится радиоактивным, поэтому направляется не в турбину, а в промежуточный теплообменник (паро­генератор), где передает свою теплоту рабочему телу (обычной воде и водяно­му пару) второго контура, после чего с помощью насоса вновь возвращается в реактор. Часть установки, расположенной в первом контуре, вследствие своей большой радиоактивности, отделяется от второго контура биологической защи­той. Водяной пар второго контура, образованный в парогенераторе, поступает в турбину, которая, вращаясь, совершает полезную работу.

Затем пар поступает в конденсатор, где конденсируется и водяным насо­сом опять подается в парогенератор.

В качестве теплоносителей первого контура применяются жидкие метал­лы и их сплавы (натрий, калий, висмут и т.д.), газы (гелий, азот, углекислый газ) или вода.

Преимущества и недостатки ЯЭУ

235

Преимущества. При делении 1 кг U выделяется энергия, равная 20 млн кВт-ч, т.е. примерно в 2,5 млн раз больше, чем при сжигании 2 кг ка­менного угля с теплотой сгорания 29 300 кДж/кг, и приблизительно равна энер­гии, получаемой при сжигании 1400 т мазута.

Таким образом, судно или корабль с ЯЭУ имеет практически неограни­ченный район плавания, для работы установки не требуется атмосферный воз­дух, без которого не обходится ни одна другая СЭУ. Данное обстоятельство особенно важно для подводных лодок.

Недостатки. Необходимость биологической защиты от радиоактивного излучения, что значительно утяжеляет установку, а также высокая стоимость ядерного горючего.

5. Главные и вспомогательные котлы

Типы котлов

На морских судах с главными паротурбинными энергетическими уста­новками паровые котлы предназначены для получения пара, необходимого для работы главных паровых турбин и вспомогательных потребителей. Эти котлы называются главными.

Совокупность котельного агрегата и вспомогательных устройств и меха­низмов, необходимых для производства пара или горячей воды, называется ко­тельной установкой.

Для обеспечения хозяйственно-бытовых нужд судна (отопление, прачеч­ная, душевые, камбуз и пр.), а также для работы подогревателей различного на­значения требуется пар низких параметров или горячая вода. Для удовлетворе­ния этих нужд используются вспомогательные котлы.

Котлы, которые предназначены только для нагрева воды (без генерации пара) называют водогрейными.

На судах с паротурбинными установками все потребности в паре во мно­гих случаях обеспечиваются главными котлами. На судах с дизельными и газо­турбинными установками общесудовые потребности в паре при ходовом режи­ме часто обеспечиваются утилизационными котлами, использующими тепло отработавших газов дизелей или газовых турбин.

Принцип работы водотрубного котла

Вода (и образующийся пар) в судовом котле нагревается от дымовых га­зов, которые образуются при сгорании топлива. Таким образом, в котле обме- нива-ются теплотой две среды: вода и дымовые газы.

Современные котлы по относительному движению сред могут быть раз­делены на водотрубные и газотрубные (огнетрубные).

В водотрубных котлах внутри труб (находящихся в котле) движется вода или пароводяная смесь, а нагретые дымовые газы омывают трубы снаружи. В газотрубных котлах, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода ок­ружает трубы с наружной стороны. Рассмотрим принцип работы водотрубного котла, схема которого изображена на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Принципиальная схема водотрубного котла:

1 - верхний пароводяной коллектор; 2 - конвективный пучок труб;

3 - нижний водяной коллектор; 4 - трубы экрана; 5 - форсунка;

6 - необогреваемые спускные трубы;

^- направление движения дымовых газов;

►- направление движения воды и пара в трубах

Водотрубный котел состоит из цилиндрических барабанов, или коллекто­ров, которые соединены трубками небольшого диаметра (29-57 мм), заполнен­ными водой.

С помощью форсунки в топку котла непрерывно поступает и распылива- ется топливо, которое воспламеняется и образует факел.

Продукты сгорания (дымовые газы) омывают трубы конвективного пучка и нагревают находящуюся в них воду. Трубы экрана нагреваются в основном от теплового излучения факела. Спускные трубы практически не обогреваются, так как находятся достаточно далеко от факела; также они могут быть отгоро­жены от пламени специальными заслонками.

Циркуляция воды в трубах происходит вследствие разности удельного веса в обогреваемых трубах и необогреваемых. Удельный вес воды в обогре­ваемых трубах значительно снижается благодаря наличию в ней пузырьков об­разующегося водяного пара, вода здесь поднимается вверх, в то время как в не-

обогреваемых трубах опускается вниз. Таким образом, вода и пар циркулируют в котле естественным путем (котел с естественной циркуляцией). Питательная вода поступает в верхний пароводяной коллектор и начинает циркуляцию, опускаясь в нижний водяной коллектор по необогреваемым спускным трубам. Образующийся пар по трубам конвективного пучка и экрана возвращается в коллектор и направляется потребителю.

В некоторых случаях применяется принудительная циркуляция с помо­щью специальных циркуляционных насосов.