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

Рис. 9. Схема общего расположения установки правого борта двухвальной комбинированной установки: а ) газотур­ бинная установка; 8 ) редукторная установка; в) паротур­ бинная установка; г ) котельная установка; I - гребной вал правого борта; 2 - помещение поста управления газо­ турбинной установкой; 3 - всасывающий воздухопровод; 4 - глушители; 5 - вход воздуха; 6 - кормовая труба; 7 - отвод выхлопных газов; 8 - паропровод турбины заднего хода; 9 - вторая палуба; 10помещение главного поста управления

установкой; IIфорсунка; 12 - подача воздуха от котель­ ного вентилятора к котлу; 13 - носовая дымовая труба; 14 - котельные дымоходы; 15 - экономайзер: 16 - котел правого борта; 17 - главный паропровод; 18 - аварийный

пост управления; 19 - паровые турбины: 20 - главный редук­ тор; 21 - газотурбинные агрегаты 6-6.

Рис. 10. Схема размещения комбинированной установки с совмещенными газоходами: I - котел; 2- турбины ОУ;

3 - форсажные ГТД; 4 - редуктор; 5 - прием воздуха; 6 - выхлоп; 7 - деаэратор; 8 - п/льт управления.

За к л ю ч е н и е

Квоенным кораблям предъявляются все более высокие требования в отношении увеличения скорости хода, дально­ сти плавания, улучшения защиты, мореходности и увеличе­ ния автономности. Это обстоятельство приводит к непрерыв­ ному росту водоизмещения кораблей почти всех классов, причем доля водоизмещения, отводимого на установку и запа­ сы топлива, уменьшается,что, в свою очередь, не позволяет увеличивать скорость полного хода соответственно увеличе­

нию водоизмещения кораблей [7].

Для кораблей сравнительно небольшого водоизмещения проб­ лема создания экономичной установки большой мощности и малого веса является юдной из

важнейших [7] .

Изменение характеристик ко­ раблей ПЛО иностранных флотов, показанное на рис. II, дает предсталение о направлениях изменения и некоторых характеристик энер­

гетических установок.

В решении указанной пробле­ мы важное место должно быть от­ ведено созданию комбинированных установок.

При достаточно высокой эко­ характеристик противолономичности на спецификационных

22

Так, на фрегате “Трайбл" 5 удалось добиться умень­ шения веса ЮГ и топлива (по сравнению с ПСУ) на 25$ при росте мощности на 11$.

При длительном плавании корабля на уменьшенных ходах эффективность КУ становится еще большей.

Рис. 12. Зависимость сум­ марного веса двухвальных КУ эскадренных миноносцев от мощности установки.

I - КТУ; 2 - КТУ с высо­ конапорным котлом; 3 - КЭУ типа

Термодинамически комбинированные парогазовые установки

Термодинамически комбинированные установки состоят из разнородных двигателей, связанных по рабочему процес­ су, т. е. имеющих связь циклов изменения состояния рабо­ чего тела, происходящих в каждом из двигателей.

Комбинирование циклов разнотипных установок дает воз­ можность увеличить экономичность комбинированной установ­ ки путем расширения диапазона между верхним и нижним темпе­ ратурными уровнями рабочего тела.

В паросиловых установках повышение экономичности до­ стигается повышением начальных параметров пара, регене­ ративным подогревом питательной воды и промежуточным пе­ регревом пара.

Так , для стационарных ПСУ повышение параметров пара от 35 ата 450°С до 90 ата 535°С; от 90 ата 535°С до

130 ата 565/565°С и от 130 ата 5б5/565°С до 240 ата

23

585/585°С соответственно обеспечивает экономию топлива

10; 5 и 2,5%.

Дальнейшее повышение начальных параметров пара дает сравнительно незначительную экономию топлива при больших начальных капиталовложениях.

Существенным преимуществом паросиловых установок яв­ ляется тот факт, что нижний температурный предел цикла близок к температуре окружающей среды.

По указанным причинам термодинамический к. п. д. цикла получается довольно высокий.

Для того чтобы судить о возможных предельных значе­ ниях к. п. д. корабельных паросиловых установок отметим, что современные стационарные паросиловые установки боль­ шой мощности на критические параметры пара имеют к. п. д. (нетто) 38-39%.

Приведенное выше замечание показывает практические возможности повышения экономичности паросиловых устано­ вок.

Достоинствами газотурбинных установок (ГТУ) по срав­ нению с ПСУ является их простота, быстрый пуск, отсутствие сложного котельного агрегата и незначительный расход охлаждающей воды.

Большинство ГТУ работает по схеме со сгоранием топли­ ва при постоянном давлении.

24

Идеальный цикл (процессы приняты обратимыми, степень регенерации считается равной единице) ГТУ в диаграмме T-s

показан на рис. 14.

Потеря тепла с уходящими газами составляет сравнитель­ но большую величину, эквивалентную площади 1—5—5^—1 -I.

Термический к. п. д. цикла определяется соотношением температур перед газовой турбиной и после нее и растет с увеличением степени сжатия в компрессоре (видно из TS

диаграммы).

Величина температуры Т3 ограничивается свойствами ма­ териалов проточной части газовой турбины.

Приближение процессов 2-3 к изотермическому (к циклу Карно) требует рационализировать систему охлаждения ро­ торов газовых турбин или усложнить их схему за счет уве­ личения числа подводов и отводов тепла из цикла с повы­ шением рабочего давления газов до 100-120 ата [4] .

Из-за высокого уровня отвода тепла из цикла газотур­ бинные установки уступают паросиловым по своей экономич­

ности [4] .

Таким образом у ПСУ важное преимущество в том, что нижний температурный предел близок к температуре охлаж­ дающей воды, а у ГТУ преимущество в том, что может быть достигнут большой верхний температурный уровень цикла*

Соответственно недостатком ПСУ является ограниченный верхний температурный предел, а у ГТУ - высокий нижний температурный уровень цикла.

Термодинамическое сочетание газового и паросилового цикла с использованием тепла уходящих из газовой турбины газов в паросиловой части цикла позволяет сочетать в ком­ бинированной установке преимущества раздельных циклов за счет устранения их недостатков.

Этот принцип и применяется в парогазовом цикле, в котором удается уменьшить ограничения по верхнему темпе­ ратурному уровню (для ПСУ) и резко снизить нижний темпе­ ратурный уровень (для ГТУ).

25

Принципиальная схема установки, работающей по парога­ зовому циклу, показана на рис. 15.

Рис. 15.Принципиальная схема установки,работающей

по парогазовому циклу: I - компрессор; 2 - газовая турбина БД; 3 - камера сгорания парогенератора;^ - газовая турби­ на НД; 5 - экономайзер; 6 - дополнительная камера сгорания

Газовая ступень работает по открытому циклу.

На диаграмме Т- s паровой и газовый циклы изображены ус­ ловно.Раздельное рассмотрение циклов газового и паросилово­ го возможно для котлов обычного типа,так как взаимное влия­ ние температуры уходящих газов и температуры подогрева пи­ тательной воды у них проявляется слабо и мало влияет на к. п. д. котла.

Следует иметь в виду, что относительная полезная рабо­ та газовой ступени с ростом коэффициента избытка воздуха растет а к.п.д. котла падает.Как показывают исследования [i],оптимальное значение к.п.д.котла,соответствующее наи­ большему к.п.д. установки,будет при умеренных параметрах пара и допустимой температуре газаtb= 650-750°С в пределах оС— 2,5тЗ,0. Приращение термического к.п.д. растет с уве­ личением относительной полезной работы газовой ступени и с уменьшением термического к.п.д.паросилового цикла при раздельном рассмотрении циклов.

Отличие паросилового цикла такой установки от рассмот­ ренных ранее тепловых схем заключается в том, что подогрев воды осуществляется не в водоподогревателе, а в экономай­ зере (по линиит-п).

0-3 - изобранный отвод тепла в конвентивных пучках;

При одинаковых параметрах пара и при параметрах газа перед газовой ступенью t3 = 700°С и в = 5 экономичность парогазовой установки во всем диапазоне нагрузок в среднем на 10% выше экономичности установки с высоконапорными котлами при практически равноценных весовых показателях.

В некоторых КПСУ имеем частный случай термодинамиче­ ски комбинированной установки, когда вся мощность газовой

27