Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергетические установки судов различных типов и назначения. Методические рекомендации для выполнения лабораторных работ
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
филиал Федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего образования
«Государственный университет морского и речного флота имени
адмирала С.О. Макарова»
В.А. Зябров, Д.А. Попов, Р.Н. Романов
Энергетические установки судов различных типов и назначения
Методические рекомендации для выполнения практических работ
МГАВТ
Москва, 2019
УДК 621.436
В.А. Зябров, Д.А. Попов, Р.Н. Романов. Энергетические установки
судов различных типов и назначения. Методические рекомендации для
выполнения практических работ. — М.: МГАВТ, 2019. — 44 стр.
В методических рекомендациях для практических работ предлагается
оригинальный метод изложения материала. Структура методических
рекомендаций по дисциплине составлена в соответствии с рабочей программой
дисциплины входящей в состав учебно-методического комплекса дисциплины
«Энергетические установки судов различных типов и назначения» и посвящена
разделам, входящим в рабочую программу: типы судовых энергетических
установок; судовой валопровод; судовые передачи (механические,
электрические, гидравлические и комбинированные); вспомогательные
энергетические установки; расположение механизмов в машинном отделении.
Ценным является то, что в методических рекомендациях для практических
работ даны краткие теоретические и справочно-информационные материалы по
теме каждого занятия.
В методических рекомендациях даны задания и упражнения обучающимся для
самостоятельной работы, а также контрольные вопросы по теме каждого занятия.
Методические рекомендации для выполнения практических работ по
дисциплине «Энергетические установки судов различных типов и назначения»
предназначены для обучающихся по направлению подготовки 26.03.02
«Кораблестроение, океанотехника, системотехника объектов морской
инфраструктуры».
Рецензенты: В.С. Епифанов, к.т.н., доцент
Г.В. Захаров, старший преподаватель
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом МГАВТ.
Рассмотрено и рекомендовано к использованию в учебном процессе на
заседании кафедры СЭУиА (протокол №7 от 18 марта 2019 г.).
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать
материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы.
© МГАВТ, 2019
© Зябров В.А.,2019
© Попов Д.А.,2019
© Романов Р.Н., 2019
3
Содержание
Введение ............................................................................................................... 4
Практическая работа №1. Основные типы современных судовых
энергетических установок и их конструктивные схемы. ........................................ 5
Практическая работа №2. Судовой валопровод. ........................................... 13
Практическая работа №3. Передача мощности от главного двигателя
к движителю. Механическая передача с реверс-редуктором,
гидродинамическая и комбинированная................................................................. 17
Практическая работа №4. Назначение, принцип действия
и классификация судовых котельных установок. .................................................. 24
Практическая работа №5. Типы водоопреснительных установок. .............. 28
Практическая работа №6. Судовая энергетическая
установка теплохода.................................................................................................. 32
Литература ......................................................................................................... 43
4
Введение
Современное судно является сложным инженерно-техническим
сооружением, включающим в себя последние достижения науки и техники.
СЭУ является одним из важнейших комплексов этого сооружения, поскольку
обеспечивает движение судна и снабжает всеми видами энергии, находящихся
на нем потребителей. Выбор типа СЭУ представляет собой одну из наиболее
ответственных задач при разработке проекта нового судна.
К силовой установке любого судна независимо от его назначения
предъявляется ряд следующих общих основных требовании: автоматизация
процессов управления и регулирования, высокая экономичность процесса
превращения тепловой энергии в механическую с использованием наиболее
дешевых сортов топлива и смазки, надежность при высоком моторесурсе,
малые габариты и вес, низкие строительная стоимость и эксплуатационные
расходы.
Определение типа энергетической установки при проектировании судна
предполагает выбор типа и количества движителей и главных двигателей,
способа реверсирования и типа главных передач, принципиальной тепловой
схемы, основных ее параметров, способа обеспечения энергией
вспомогательных механизмов и др. потребителей, а также выбор метода
обслуживания установки и степени ее автоматизации.
При выборе СЭУ необходимо исходить из общих технико-экономических
и эксплуатационных данных.
5
Практическая работа №1. Основные типы современных судовых
1. Гребной винт
2. Валопровод
3. Упорный подшипник
4. Топливный насос
5. Главный двигатель
6. Турбокомпрессор
7. Утилизационный котел
8. Автономный вспомогательный
котел
9. Глушитель шума
10. Искрогаситель
11. Глушитель-искрогаситель ДГ
12. Вспомогательный двигатель
13. Насос пресной воды
14. Насос смазочного масла
15. Охладитель пресной воды
16. Охладитель смазочного масла
17. Насос забортной воды
18. Турбогенератор
19. Электрокомпрессор
20. Баллоны запаса воздуха
21. Циркуляционный насос
22. Вспомогательный конденсатор
23. Теплый ящик
24. Питательный насос
25. Насос забортной воды
26. Воздухоохладитель
27. Маслоохладитель
28. Масляный насос
29. Водоохладитедь
30. Насос пресной воды.
31. Опреснитель
энергетических установок и их конструктивные схемы
Цель работы: изучить основные типы судовых энергетических
установок и их конструктивные схемы.
Дизельные энергетические установки
Основные элементы и устройства дизельной энергетической установки
показаны на принципиальной тепловой схеме рис.1.1.
Рис.1.1 Конструктивная схема дизельной энергетической установки.
6
Главная энергетическая установка состоит из главного двигателя 5,
передачи, валопровода 2, упорного подшипника 3. Турбокомпрессор 6
нагнетает воздух в главный двигатель через воздухоохладитель 26, а топливо
подается насосом 4. Охлаждение двигателя пресной водой, проходящей через
опреснитель 31, обеспечивается насосом пресной воды 30, а смазка –
нагнетательным масляным насосом 28. Охлаждение наддувочного воздуха в
воздухоохладителе 26, смазочного масла в маслоохладителе 27 производится
забортной водой, подаваемой насосом 25.
Аналогичным образом, но обычно автономно осуществляется циркуляция
рабочих тел во вспомогательном двигателе 12 с помощью навешанных насосов
пресной воды 13, смазочного масла 14 и забортной воды 17. Охлаждение
пресной воды и масла вспомогательного двигателя происходит в охладителе
пресной воды 15 и смазочного масла 16.
Сжатый воздух для пуска главного двигателя подается из баллонов запаса
20, периодически пополняемых электро-компрессором 19. Выпускные газы ГД
из турбокомпрессора направляются в атмосферу через глушитель 9 или при
достаточно большой мощности ЭУ и значительной потребности в паре могут
использоваться для генерирования пара низких параметров в утилизационном
котле 7. Продукты сгорания вспомогательного котла 8 отводятся в атмосферу
через дымоход, в котором установлен искрогаситель 10, а от вспомогательного
двигателя через глушитель-искрогаситель 11. Питательный насос 24 подает
питательную пресную воду из теплого ящика 23 в утилизационный и
автономный котлы. Из котлов пар поступает ко всем потребителям, в том числе
к турбогенератору 18, откуда отработавший пар сбрасывается во
вспомогательный конденсатор 22, через который циркуляционным насосом 21
прокачивается забортная вода.
Снабжение судна электроэнергией обеспечивает дизель-генератор 12, а на
ходу также турбогенератор 18.
Газотурбинные энергетические установки
Простейшая ГТУ открытого цикла с горением топлива при постоянном
давлении работает следующим образом (рис 1.2). Компрессор 5, приводимый в
действие турбиной 11, через приемную трубу 4 засасывает из атмосферы
воздух, сжимает его до определенного давления, например до 5∙10 кПа, и
непрерывно нагнетает его в камеру сгорания 9. В нее через форсунку 8 с
помощью насоса 3 подается топливо. Образующиеся в процессе сгорания
топлива газы высокой температуры, обычно превышающей 1000 ºС,
направляется в турбину 11, где кинетическая энергия их преобразуется в
механическую работу. По условию прочности отдельных деталей нельзя до-
пустить, чтобы в газовую турбину поступали газы такой высокой температуры.
Поэтому в камеру сгорания подается воздуха в несколько раз больше
теоретически необходимого для сжигания топлива. Потребность большого
избытка воздуха в ГТУ приводит к значительной относительной мощности,
затрачиваемой на его сжатие в компрессоре, который потребляет до 70%
мощности турбины.
7
1. Гребной винт
2. Редуктор
3. Топливный насос
4. Приемная труба
5. Компрессор
6. Соединительная муфта
7. Пусковое устройство
8. Форсунка
9. Камера сгорания
10. Выхлопной трубопровод
11. Турбина
Рис. 1.2. Конструктивная схема простейшей ГТУ открытого цикла.
Сжатый воздух, поступающий из компрессора в камеру сгорания,
разделяется на два потока. Один поток, составляющий 30 ÷ 40%, вводится в
активную зону горения, другой, составляющий 60 ÷ 70%, охлаждает
пламенную трубу, смешивается с продуктами сгорания вне активной зоны
горения и понижают температуру газа до значения, требуемого на входе в
турбину. Выпускные газы по трубопроводу 10 уходят в атмосферу. Развиваемая
турбиной мощность частично затрачивается на привод компрессора и через
редуктор 2 используется для привода гребного винта 1.
Пуск установки производится с помощью пускового устройства 7,
соединенного посредством специальной муфты 6 с ротором компрессора. В
период запуска топливо воспламеняется от электросвечи.
В ГТУ закрытого цикла (рис. 1.3) в рабочем процессе участвует одно
рабочее тело, совершающее кругооборот в изолированном от атмосферы
замкнутом тракте. Рабочее тело воздух или какой либо инертный газ сжимается
в компрессоре 4 и направляется через нагреватель 6, который повышает его
температуру при постоянном давлении до 650÷750 ºС, в турбину 3. Здесь
рабочее тело расширяется до давления, близкого к давлению перед
компрессором. Далее оно охлаждается забортной водой в охладителе 5 до
начальной температуры цикла. Мощность турбины расходуется на привод
компрессора и через редуктор 2 используется для привода гребного винта 1. В
качестве нагревателя в обычных ГТУ применяют воздушный котел,
работающий на органическом топливе, в ядерных ГТУ - ядерный реактор.
8
1. Гребной винт
2. Редуктор
3. Турбина
4. Компрессор
5. Охладитель
6. Нагреватель
Рис. 1.3. Принципиальная схема ГТУ закрытого цикла
Паротурбинные энергетические установки.
В паротурбинной установке рабочее тело непрерывно циркулирует по
замкнутому контуру, претерпевая циклическое изменение своего состояния,
вода — пар — вода и т.д.
Вода за счет тепловой энергии топлива в паровом котле,
превращающейся в пар заданных давления и температуры, большая часть
которого поступает в главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА) 5 (рис. 1.4),
остальная часть направляется к вспомогательному турбоагрегату.
9
Рис. 1.4. Принципиальная схема судовой паротурбинной установки.
1. паровой котел.
2. паропровод насыщенного пара.
3. паропровод перегретого пара.
4. вспомогательный турбоагрегат.
5. главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА).
6. вспомогательный конденсатор.
7. главный конденсатор.
8. конденсатный насос.
9. конденсатный насос.
10. смесительный подогреватель питательной
воды (деаэратор).
11. подвод греющего пара.
12. питательный насос.
13. подогреватель питательной воды.
14. подогреватель питательной воды.
15. топливный насос.
16. расходная топливная цистерна.
17. топливные фильтры.
18. подогреватель топлива.
19. вентилятор котельный.
20. газоход.
Отработавший в ГТЗА пар поступает в главный конденсатор 7, где
конденсируется и насосом 8 в виде конденсата (воды) нагнетается в
подогреватель питательной воды (ППВ)10. Сюда же насосом 9 подается
конденсат от вспомогательного конденсатора 6, а также греющий пар от
отборов ГТЗА. Вода в ППВ 10 смешивается с паром и нагревается до
температуры кипения. Растворенные в ней газы удаляются в атмосферу, т.е.
смесительный подогреватель 10 служит также деаэратором питательной воды.
Из подогревателя – деаэратора 10 питательным насосом 12 вода нагнетается в
паровой котел (через ППВ 13 и 14, обогреваемые паром из отборов ГТЗА). В
котле теплота, выделившаяся при сжигании органического топлива, передается
от дымовых газов воде и пару. Топливо в топку котла 1 подается из расходной
топливной цистерны 16 насосом 15 через фильтры 17 и подогреватель топлива
18. Туда же вентилятором 19 и из атмосферы подается воздух, а образующиеся
при сгорании топлива дымовые газы отводятся в дымовую трубу.
10
Атомные энергетические установки
В атомных энергетических установках тепловую энергию получают в
ядерном реакторе за счет энергии, освобождающейся при делении ядер
расщепляющихся элементов.
В качестве топлива в энергетических установках ядерными реакторами
используется искусственно обогащенный уран. Теплота из реактора отводится
теплоносителем, циркулирующим по замкнутому контуру, с помощью
циркуляционного насоса. Теплоносителем может быть вода, органические
жидкости, газы, жидкие металлы.
В судовых установках теплоносителем и замедлителем нейтронов
является вода, поэтому реакторы обычно называются водо-водяными. Кроме
воды, роль выполняют жидкие металлы, газы и органические жидкости.
На рис.5 представлена принципиальная схема АЭУ, наиболее широко
применяемая на судах.
Принцип действия судовой атомной энергетической установки
заключается в следующем.
В ядерном реакторе 3, заключенном в контейнер 1, осуществляется
самоподдерживающаяся цепная реакция с преобразованием освобождающейся
при этом энергии в теплоту.
Замкнутая теплопередающая система, в которой с помощью
циркуляционного насоса 10 циркулирует теплоноситель, называется первым
контуром. Теплоноситель проходит через парогенератор 4, где отдает теплоту
жидкости второго тепловоспринимающего контура.
Комплекс, состоящий из реактора, парогенератора, вспомогательного
оборудования и систем первого контура, заключается в биологическую защиту
11, поглощающую все вредные излучения до уровней, безопасных для
человека.
Образующийся в парогенераторе пар направляется в турбину 5, которая
через редуктор 6 вращает гребной винт 7. Из конденсатора 8 конденсат
питательным насосом 9 вновь направляется в парогенератор.
Атомная энергетическая установка, работающая по такой схеме,
называется двухконтурной (рис. 1.5).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]