книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

Валогенераторы. В судовых установках применяют следующие способы привода валогенераторов:

—включением вала генератора в систему валопровода;

—посредством зубчатой передачи;

—посредством цепной передачи;

—посредством текстропной передачи.

Недостатками первого способа являются большая масса и раз­ меры генераторов, недостатки второго и третьего способов — вы­ сокая стоимость и шумность. Текстропные передачи малошумны, но не пригодны для передачи больших крутящих моментов. Наиболее удобно осуществить отбор мощности на привод вало­

Испарительные установки

Испарительные установки на судах с ПТУ. Коли­ чество конденсата, возвращаемого в цикл в ПТУ, всегда меньше ко­ личества, необходимого для питания парогенераторов, вследствие утечек пара и воды через неплотности, продувания парогенераторов и других потерь пара. Убыль воды из цикла составляет до 2 % паропроизводительности парогенераторов. Пополнение количества воды в цикле производится дистиллятом, получаемым в испарительных установках.

Испарительные установки используют в качестве греющей, среды пар, обычно отбираемый из промежуточных ступеней главных дви­ гателей, или отработавший пар вспомогательных двигателей. По принципу действия различают испарительные установки поверхност­ ного и бесповерхностного типов.

В испарительных установках поверхностного типа процесс паро­ образования происходит в результате передачи тепла от греющего пара испаряемой воде через поверхность нагрева в самом процессе испарения. Установки бесповерхностного типа работают по прин­ ципу частичного самоиспарения нагретой жидкости при понижении давления над свободной поверхностью до значений ниже, чем соот­ ветствующее фазовому равновесию при данной температуре.

На рис. 173 показана схема одноступенчатой испарительной уста­ новки поверхностного типа. Греющий пар поступает в трубную си­ стему (в виде змеевиков) испарителя /, где конденсируется, а заборт­ ная вода, заполняющая нижнюю часть испарителя, испаряется. Вторичный пар из испарителя направляется в конденсатор 3. Кон­ денсатор прокачивается с помощью насоса 5 забортной водой, не­ обходимое количество которой после конденсатора отбирается через подогреватель 2 на питание испарителя, а избыток направляется за борт. В подогревателе греющей средой является конденсат первич-

260

ного пара испарителя. В конденсаторе поддерживается давление ниже атмосферного, отсос воздуха осуществляется пароструйным эжектором 4. Дистиллят из конденсатора через контрольную ци­ стерну подается насосом 6 в запасную цистерну питательной воды. Для предотвращения чрезмерного повышения концентрации солей в воде предусматривается непрерывное удаление из испарителя рас­ сола насосом 7 (до 80% количества поступающей в него воды). Охла­ ждающей средой в конденсаторе может также служить конденсат из главного конденсатора (см. рис. 12). Это повышает экономичность

Рис. 173. Схема. одноступенчатой испарительной установки поверхностного типа.

энергетической установки в целом, но требует большей поверхности охлаждения конденсатора, так как температура конденсата выше температуры забортной воды.

В двухступенчатых испарительных установках вторичный пар испарителя первой ступени направляется в качестве греющей среды в испаритель второй ступени, а третичный пар из испарителя второй ступени —• в конденсатор. Таким образом достигается увеличение выхода дистиллята на 1 кг первичного греющего пара примерно вдвое. Качество получаемого дистиллята (по солесодержанию) зависит от интенсивности процесса испарения, поэтому в пределах одной сту­ пени разность температур греющего и образующегося пара не

полняют вакуумными, т. е. процесс парообразования в них проис­ ходит при давлениях ниже атмосферного. В этом случае в качестве первичного греющего пара используется пар промежуточного отбора низкого давления.

Одним из недостатков испарительных установок поверхностного типа является накипеобразование на трубках испарителя, что при-

261

водит к снижению производительности установки и требует частых остановок для чистки. В этом отношении установки бесповерхност­ ного типа работают в более выгодных условиях.

На рис. 174 приведена схема испарительной установки бесповерх­ ностного типа.

Нагретая забортная вода из подогревателя / проходит после­ довательно ряд бесповерхностных испарительных камер 8, в которых давления поддерживаются постоянными, уменьшающимися от сту­ пени к ступени. В каждую испарительную камеру вода входит пере­ гретой, вследствие чего часть ее превращается в пар, а оставшаяся

Рис. 174. Схема испарительной установки бесповерхностного типа.

вода принимает температуру, соответствующую насыщению при дав­ лении в данной камере. С такой температурой вода поступает в сле­ дующую испарительную камеру и т. д.

Пар из каждой испарительной камеры (испарителя) отводится в свой конденсатор 2, где, конденсируясь, подогревает воду, идущую на питание испарителей. Конденсат каскадом стекает из одного кон­ денсатора в другой в направлении от первой ступени к последней, отдавая часть своей теплоты поступающей забортной воде. В тепло­ обменнике 5 частично используется теплота рассола, удаляемого на­ сосом 7 за борт из испарителя последней ступени. Дистиллят из конденсатора последней ступени отсасывается дистиллятным насо­ сом 4, а воздух (для поддержания разрежения) — эжектором 3. Насос 6 служит для подачи забортной воды.

Греющей средой в подогревателе служит пар, отбираемый из промежуточной ступени главной турбины. Температура забортной воды после подогревателя составляет 75—80° С, давление в послед­ ней ступени конденсатора 6 — 5 кН/м2 .

262

Перспективность испарительных установок бесповерхностного типа по сравнению с поверхностными обусловлена тем, что вслед­ ствие уменьшения габаритов отдельных элементов, а также удобства агрегатирования можно выполнить установку при меньших габари­ тах и массах с большим числом ступеней испарения и тем самым по­ высить ее экономичность. Кроме того, такие установки характери­ зуются высокой стабильностью режима работы.

Испарительные установки позволяют получать наряду с пита­ тельной водой для парогенераторов также пресную воду для быто­ вых нужд, а после соответствующей обработки — и питьевую воду. В некоторых случаях для получения питьевой воды применяют от­ дельные установки, условно называемые опреснительными. Обычно они работают по такому же принципу, что и испарительная уста­ новка, показанная на рис. 173, но в испарителе давление поддержи­ вается выше атмосферного. При этом температура испарения пре­ вышает 100° С, что способствует уничтожению вредных микроорга­ низмов и исключает необходимость в последующей термической обра­ ботке воды.

Испарительные установки на судах с ДУ. Для пополнения запасов пресной воды на судах с Д У находят применение утилизационные испарительные установки, использующие для парообразования тепло охлаждающей воды главных двигателей. Такие установки выпол­ няют одноступенчатыми, вакуумными. Температура греющей воды 60—80° С, давление в испарителе 8—10 кН/м2 .

§ 47

Гидравлические машины

Машины, рабочие органы которых, взаимодей­ ствуя с потоком жидкости, сообщают ей или получают от нее меха­ ническую энергию, называются гидравлическими.

Гидравлические машины подразделяются на насосы и гидравли­ ческие двигатели. Назначение насосов состоит в сообщении жидкости энергии, используемой для перемещения ее по трубопроводам и эле­ ментам обслуживаемых систем. Гидравлические двигатели служат для преобразования энергии жидкости в механическую работу на валу потребителя энергии. К гидравлическим машинам относятся также гидравлические передачи, сочетающие в себе элементы насоса и двигателя.

На судах широкое применение находят насосы и гидравлические передачи.

Классификация судовых насосов. Судовые насосы обычно клас­ сифицируют по принципу действия и назначению.

По принципу действия насосы подразделяются на объемные, ло­ пастные и струйные.

Объемными называются такие насосы, в которых преобразование энергии осуществляется в процессе вытеснения жидкости из рабочих камер вытеснителями. К насосам объемного типа, применяемым в СЭУ, относятся поршневые и роторные (шестеренные и винтовые).

263

В поршневых насосах вытеснение (нагнетание) жидкости осуществ­ ляется из неподвижных камер (цилиндров) подвижным вытесни­ телем (поршнем), в роторных насосах происходит перенос вытесняе­ мого объема жидкости из приемной камеры насоса в нагнетательную. Лопастными насосами называются такие, в которых преобразование энергии происходит при взаимодействии лопастей вращающегося рабочего колеса с потоком жидкости. При этом кинетическая энергия жидкости превращается в потенциальную в каналах корпуса насоса.

М-

Рис. 175. Схемы поршневых насосов: а—простого действия; б — двойного действия; в—скальчатого.

/ — цилиндр насоса; 2 — нагнетательный клапан; 3 — поршень; 4 — всасывающий клапан.

Струйными называются насосы, в которых кинетическая энергия рабочей жидкости используется для приема и нагнетания перекачи­ ваемой жидкости.

По назначению судовые насосы делятся на насосы, обслуживаю­ щие системы общесудового назначения (пожарную, санитарную, водо­ отливную, балластную и т. п.), и насосы, обслуживающие системы судовых энергетических установок (топливную, масляную, охлажде­ ния, питательную, конденсатную и т. п.).

Схемы устройства и работы насосов объемного типа. На рис. 175, а показана схема поршневого насоса простого действия.

В цилиндре тем или иным способом (например, кривошипношатунным механизмом) поршень может перемещаться из одного край­ него положения в другое. При перемещении вправо в цилиндре образуется разрежение, вследствие чего жидкость под атмосферным давлением через открываемый ею всасывающий клапан поступает

264

в цилиндрТак как в процессе всасывания давление жидкости в по­ лости нагнетания выше, чем в цилиндре, то нагнетательный клапан закрыт.

При обратном ходе поршня под давлением жидкости в цилиндре всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан откры­ вается, вследствие чего жидкость из цилиндра насоса перекачивается в нагнетательный трубопровод.

Если описанный процесс происходит в двух полостях, — по обе стороны поршня, — то такой насос называется насосом двойного действия (рис. 175, б). Объем жидкости, перекачиваемой насосом двойного действия, при одинаковых размерах цилиндра и ходе поршня почти вдвое больше, чем объем жидкости, перекачиваемой насосом простого действия.

3

а

Разновидностью поршневых насосов являются скальчатые (плун­ жерные) насосы, схема которых приведена на рис. 175, в.

Достоинства поршневых насосов — большая высота всасывания, надежность действия и способность преодолевать высокие противо­ давления. Недостатки поршневых насосов — неравномерность по­ дачи жидкости в трубопровод, относительная сложность привода и сравнительно невысокая частота вращения. Эти особенности поршне­ вых насосов обусловливают целесообразные области их использова­ ния: в качестве зачистных топливных насосов, топливоперекачивающих насосов, топливных насосов высокого давления дизелей, насосных элементов масляных лубрикаторов, насосов рулевых устройств и т. п.

Схема шестеренного насоса показана на рис. 176. В корпусе на­ соса 1 заключены находящиеся в зацеплении две шестерни: одна из

265

зуется разрежение, так как жидкость, заполняющая впадины ше­ стерен, переносится ими в полость нагнетания Ь, где создается по­ вышенное давление. Зубья шестерен, находящиеся в зацеплении, от­ деляют полость всасывания от полости нагнетания.

Конструктивно шестеренные насосы могут различаться типом зубьев (прямозубые, косозубые, с шевронным зубом), числом сту­ пеней давления (одно- и многоступенчатые), числом потоков жидкости (одно- и многопоточные), но принцип их действия остается неизмен­ ным-

Достоинство шестеренных насосов — возможность непосред­ ственного привода их от быстроходного (электрического) двигателя, что позволяет уменьшить габарит, массу и стоимость насосов при высокой надежности действия. Основные недостатки насосов — чув­ ствительность к механическим примесям и агрессивным средам, пло­ хая работа при перекачке маловязких жидкостей (вода) и высоко­ вязких жидкостей, например парафинистых мазутов. В Д У и ГТУ шестеренные насосы применяют в масляных системах, в качестве топливоподкачивающих насосов и т. п.

Схема винтового насоса показана на рис. 177. В корпусе насоса 1 расположены находящиеся в зацеплении винты, из которых винт 2 ведущий, а винты 3 ведомые. Ведущий винт приводится во враще­ ние от двигателя, а ведомые винты — от ведущего винта. При вра­ щении винтов в приемной камере а образуется разрежение, вслед­ ствие чего перекачиваемая жидкость поступает к насосу, а в нагне­ тательной камере b создается повышенное давление, что заставляет жидкость перемещаться по напорному трубопроводу.

Винтовые насосы, как и шестеренные, применяют для перекачки 'чистых жидкостей, обладающих смазывающими свойствами (масля­ нистостью). В отличие от шестеренных насосов винтовые насосы по­ дают жидкость более равномерно и с меньшим шумом. Их можно ис­ пользовать для перекачки больших количеств топлива и масла при

Винтовые насосы могут различаться конструктивно количеством винтов (двух- и многовинтовые), формой профиля зуба в торцевом сечении (циклоидальный и др.) и числом параллельных потоков жид­ кости в насосе (одно- и двухпоточные).

Недостаток винтовых насосов — высокая стоимость, в основном из-за стоимости винтов с нарезкой сложного профиля.

Схемы устройства и работы лопастных насосов. Схема центро­ бежного насоса показана на рис. 178, а. Рабочим органом насоса является колесо 3, насаженное на вал 4, приводимый во вращение двигателем. Рабочее колесо состоит из диска, на котором располо­ жены лопатки. При вращении колеса в корпусе /, заполненном пере­ качиваемой жидкостью, лопатки оказывают силовое воздействие на жидкость и преобразуют механическую энергию двигателя в ки­ нетическую энергию жидкости. Обтекая лопатки, жидкость движется

266

ной патрубок 5- По мере увеличения сечения патрубка скорость пере­ качиваемой жидкости уменьшается, давление ее увеличивается, вследствие чего жидкость поступает в напорный трубопровод си­ стемы, обслуживаемой насосом. На установившемся режиме работы рабочее колесо насоса вращается с постоянной угловой скоростью, вследствие чего подача жидкости в систему осуществляется равно­ мерно с постоянным давлением.

Одноступенчатые центробежные насосы используют для пере­ качки жидкости при сравнительно небольших противодавлениях — порядка 0,3—0,4 МН/м2 . Если же требуется преодоление больших

г)

]

J 1 с

п • Я Р

f 1 f

сопротивлений, то применяют многоступенчатые насосы, в которых перекачиваемая жидкость последовательно перетекает из одного колеса в другое (рис. 178, б). Если колеса соединить параллельно, то при том же давлении будет увеличено количество перекачиваемой жидкости (рис. 178, в). В судовых установках одноступенчатые на­ сосы используют в качестве насосов в системах охлаждения дизелей, многоступенчатые—в системах противопожарной, конденсатно-пи­ тательной и т. п.

Достоинства центробежных насосов — возможность непосред­ ственного соединения их с высокооборотными двигателями, равно­ мерность подачи, нечувствительность к механическим примесям в перекачиваемой жидкости, широкий диапазон производительности. Недостатки центробежных насосов: не обладают самовсасыванием, не приспособлены для подачи малых количеств жидкости при высо­ ком противодавлении. Центробежные насосы широко используют в энергетических установках.

267

Другой разновидностью лопастных насосов являются осевые (про­ пеллерные) насосы (рис. 178, г). В осевых насосах поток жидкости перемещается не радиально, а в осевом направлении. Вследствие этого исключается работа центробежных сил, а приращение давления происходит исключительно за счет использования диффузорного эффекта, т. е. в результате преобразования кинетической энергии жидкости в потенциальную. Осевые насосы используют в тех слу­ чаях, когда нужно перекачивать большое количество жидкости при малых противодавлениях—порядка 0,05—0,15 МН/м2 (например,

для прокачки главных конденсаторов в паро­ турбинных установках).

Кроме чисто радиальных (центробежных) и осевых (пропеллерных) насосов применяют насосы промежуточного типа: - центробеж­ ные с лопатками двоякой кривизны и полу­ осевые. В первом случае жидкость в рабочем колесе вначале движется вдоль оси, а за­ тем, следуя кривизне лопатки, постепенно изменяет направление на радиальное. Во втором случае жидкость имеет общее направ­ ление движения, наклоненное к оси насоса.

Основные параметры, характеризующие работу насосов. К основным параметрам относятся производительность, полное дав­ ление, мощность, к. п. д. и частота враще­ ния.

Производительностью насоса называется количество жидкости, перемещаемое в еди­ ницу времени. Производительность может

быть выражена в объемных единицах, например в кубических метрах в секунду, либо в массовых, например в килограммах в секунду. Соотношение между объемной V и массовой W производительностями

W = pV,

где р — плотность жидкости.

Полным давлением насоса называется приращение энергии 1 м 3 перекачиваемой жидкости при прохождении ее через насос. В соот­ ветствии с обозначениями на рис. 179 энергия жидкости в килоньюто-

268

Полное давление является суммой статической и динамической со­ ставляющих.

Статической составляющей полного давления насоса называется

Динамической составляющей называется приращение удельной

Насосы приводятся в действие двигателями (обычно электриче­ скими). Однако не вся потребляемая насосом мощность используется полезно, т. е. на приращение энергии жидкости в насосе. Часть ее расходуется на преодоление вредных сопротивлений при течении жидкости в каналах рабочего колеса, часть ее расходуется непро­ дуктивно из-за перетекания некоторого объема жидкости из'полости нагнетания обратно в полость всасывания. Кроме того, часть энергии двигателя вообще не передается перекачиваемой жидкости из-за потерь в подшипниках и сальниках насоса. Таким образом, полезно использованная насосом мощность Nn меньше потребляемой им от двигателя N на величину гидравлических iVr п , объемных N0 и меха­ нических потерь NM:

соса т]н учитывает все упомянутые выше потери.

Насосы характеризуются не только полезной и потребляемой мощностью, но и гидравлической мощностью Nr, под которой пони­ мают мощность, переданную двигателем жидкости. В соответствии с этим

7Vr = /Vn + A/r .n + 7V0.

Отношение полезной мощности к сумме полезной мощности и гидрав­ лических потерь

^ п + ^ г . п Л н ' Г

называется гидравлическим к. п. д. насоса. Отношение

269