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
11
1. Контейнер
2. Стержни системы регулирования
3. Ядерный реактор
4. Парогенератор
5. Турбина
6. Редуктор
7. Гребной винт
8. Конденсатор
9. Питательный насос
10. Циркуляционный насос
11. Биологическая защита
Рис. 1.5. Принципиальная схема атомной энергетической установки.
При использовании теплоносителя в качестве рабочего тела установка
выполняется одноконтурной. В зависимости от типа теплоносителя воды или
газа такая установка может быть паротурбинной или газотурбинной.
В реакторах кипящего типа одноконтурных паротурбинных установок
вода превращается в пар, который, пройдя через турбину, сбрасывается в
конденсатор, и оттуда подается насосом в реактор.
В реакторе одноконтурных газотурбинных установок нагнетаемый
компрессором сжатый газ (гелий, азот, углекислый газ) нагревается и поступает
в газовую турбину, откуда направляется через охладитель в компрессор.
В настоящее время судовые АЭУ изготовляются преимущественно с
использованием водо-водяных гетерогенных реакторов, работающих на
тепловых нейтронах. Чтобы регулировать тепловыделение, мощность, в
реакторе необходимо влиять на скорость цепной реакции
Для этой цели служит система регулирования. Основу ее составляют
подвижные стержни 2 (рис. 5), содержащие вещества, активно поглощающие
нейтроны. Для увеличения мощности стержни выдвигают из активной зоны,
для уменьшения — опускают.
В настоящее время построено и находится в эксплуатации небольшое
количество атомных судов.
Увеличение стоимости органического топлива на мировом рынке, а также
потребности в больших мощностях и автономности плавания для
проектируемых судов являются факторами, способствующими развитию и
применению на судах атомных энергетических установок. Одним из этих судов
является ледокол "Арктика" (рис.1.6), мощность энергетической установки
которого составляет 4 8,6 МВт.
12
1. дифферентная цистерна
2. отделение гребных
электродвигателей
3. кормовая электростанция
4. ледовый ящик
5. помещение атомной
паропроизводительной установки
6. отделение главных
турбогенераторов
7. отделение вспомогательных
механизмов
8. провизионные кладовые
9. грузовое помещение
Рис. 1.6 Расположение АЭУ ледокола «Арктика»
Порядок выполнения работы:
1. Изучить основные элементы и устройства, входящие в состав каждой
из изучаемых СЭУ.
2. Выполнить принципиальные схемы рассматриваемых СЭУ, изучить их
принцип действия.
3. Ответить на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы:
1. Для чего предназначен каждый из элементов и устройств, входящий в
состав данной СЭУ?
2. Чем отличается ГТУ открытого цикла от ГТУ закрытого цикла?
3. Почему в камеру сгорания ГТУ подается воздуха в несколько раз
больше, чем теоретически необходимо?
4. Как распределяется мощность, вырабатываемая турбиной между
движителем и компрессором?
5. Что дает использование цикла ГТУ с регенерацией?
6. Почему неэффективно применять паротурбинные установки на речных
и «река-море» судах?
7. За счет чего и где получают тепловую энергию в АЭУ?
8. Что называется активной зоной реактора?
9. Какой реактор называют гетерогенным, какой гомогенным?
10. Каким образом регулируется мощность АЭУ?
11. В каком случае АЭУ называется одноконтурной, в каком -
двухконтурной?
12. Какие достоинства и недостатки имеет каждая из рассмотренных СЭУ?
13
Практическая работа №2. Судовой валопровод.
Цель работы: изучить состав и основные схемы судового валопровода, а
также конструкцию его основных элементов.
Схема валопровода.
Энергия, вырабатываемая главным двигателем, передается движителю
(гребному винту) 1 (рис. 2.1,а) через валопровод, представляющий собой
последовательно соединенный ряд валов, опирающихся на подшипники. При
прямой передаче мощности коленчатый вал реверсивного дизеля 8 соосно
соединяют с упорным 6, промежуточными 4 и гребным валами. Число
промежуточных валов зависит от длины судна и расположения машинного
помещения. На промежуточных валах могут быть смонтированы шкивы для
привода электрогенератора и ленточное тормозное устройство, с помощью
которого при ремонтных работах стопорят валопровод от проворачивания.
Промежуточные валы опираются на опорные подшипники 3, а гребной вал – на
подшипник дейдвудного устройства 2. Последнее является не только опорой
гребного вала, но и служит для предотвращения проникновения воды в корпус
судна. На крупных судах внешний конец гребного вала (за дейдвудным
устройством) опирается на подшипник, смонтированный в специальном
кронштейне. Радиальные нагрузки и осевые усилия (упор), возникающие при
вращении гребного винта, воспринимаются упорным подшипником 5, корпус
которого жестко прикрепляют к набору судна или встраивают в двигатель, а у
некоторых – в реверс-редуктор.
Рис. 2.1 Валопроводы винтовых судов
14
На речных судах с электрической передачей мощности на гребной винт
коленчатый вал главного дизеля 6 (рис. 2.1, б) соединен с валом генератора 5.
Электрический ток, вырабатываемый генератором, от
электрораспределительного щита 4 поступает к электродвигателю 3, который
через упорный вал 2 обеспечивает вращение гребного вала 1. Конструкция
валопровода при этом значительно упрощается, легче осуществляется также
дистанционное управление энергетической установкой. Однако двойное
преобразование энергии (механической в электрическую и электрической в
механическую) связано с потерей 15÷25% мощности главных дизелей, из-за
чего увеличиваются масса и стоимость установки в целом. Поэтому
валопроводами с электрической передачей мощности оборудуют только
энергетические установки, для которых характерен часто изменяющийся режим
работы дизелей (некоторые пассажирские суда, ледоколы, суда
дноуглубительного флота и т. п.).
Для соединения и разобщения отдельных участков валопровода между
ними устанавливают специальные соединительно-разобщительные муфты 7
(рис. 2.1, а). Их подразделяют на простые (жесткие) и подвижные (упругие).
При использовании простых муфт происходит жесткое соединение двух валов,
при котором исключается перемещение одного вала относительно другого. При
использовании подвижных муфт возможно продольное и радиальное смещения
валов, угловой поворот (излом) осей или смещение и излом последних. Простые
муфты представляют собой два фланца, изготовленных заодно целое с валами
или приваренных к ним. Фланцы крепят соединительными болтами и гайками.
В качестве подвижных широкое распространение на речных судах получили
втулочно-пальцевые муфты. Эластичность валопровода в них достигается
благодаря установке между соединительными болтами и корпусом полумуфт
резиновых или кожанных втулок. Вместо цельных втулок на соединительные
болты муфты может надеваться также комплект резиновых или кожаных колец.
Подшипники валопровода.
Промежуточные валы вращаются в опорных подшипниках. Число их
зависит от длины валопровода. Обычно каждый вал опирается на два
подшипника. В качестве опорных на речных судах применяют, как правило,
шариковые или роликовые подшипники качения, смазываемые пластичными
смазочными материалами.
15
Рис. 2.2 Упорные подшипники скольжения и качения
К упорным относятся подшипники скольжения и качения. Упорный
одногребенчатый подшипник (рис. 2.2, а) состоит из корпуса 7 и крышки 3. По
концам подшипник имеет приливы 2 для опорных вкладышей, воспринимающих
радиальные нагрузки упорного вала 1. Вместе с валом 1 изготовлен гребень 4,
который воспринимает упор винта и передает его через сегменты 5 скобам 6,
вставленным в корпус подшипника и зафиксированным от проворачивания.
Упорные сегменты 5 со стороны гребня имеют баббитовую наплавку и
упираются в скобы через закаленные центры 9. Нижняя часть подшипника
заполняется смазочным маслом, которое охлаждается водой, прокачиваемой по
змеевику 8.
При вращении упорного вала, например, на передний ход смазочное
масло увлекается в полость между гребнем 4 и сегментом 5, образуя масляный
клин а. Под воздействием гидродинамического давления и силы реакции
сегмент поворачивается на некоторый угол по отношению к гребню упорного
вала. Угол наклона сегмента зависит от частоты вращения гребня и составляет
10÷20°. Благодаря наличию масляного клина а предотвращается
соприкосновение гребня с поверхностью сегментов и при смещении точки
приложения силы реакции относительно центра обеспечивается самоустановка
сегментов в зависимости от угловой скорости упорного вала. Широкое
распространение получили упорные подшипники качения: шариковые и
роликовые (рис. 2.2,б). В последних один ряд роликов воспринимает упор винта
при переднем ходе судна, другой – при заднем. Внешняя обойма 6 роликов
крепится в корпусе 8 и крышке 7 подшипника, а внутренняя – на конической
втулке 5. Последняя состоит из двух половин, уложенных в выточку упорного
вала 1. На втулку с обеих сторон навернуты гайки 3 со стопорными шайбами 4.
Гайки 3 фиксируют внутреннюю обойму роликов от осевых смещений. С
торцовых сторон во избежание утечек масла вдоль вала 1 установлены
уплотнительные войлочные кольца 2.
Дейдвудное устройство. Опорой гребного вала служит дейдвудное
устройство (рис. 2.3), которое представляет собой дейдвудную трубу 3,
16
закрепленную между переборкой 5 и наружной обшивкой корпуса судна
(ахтерштевнем) 2. В дейдвудной трубе размещают втулку 4 с
антифрикционным покрытием, которая является опорой гребного вала 1.
Рис.2.3 Дейдвудное устройство
Вследствие контакта с забортной водой гребные валы подвергаются
коррозии и усиленному изнашиванию, поэтому для повышения срока службы на
их рабочие шейки напрессовывают тонкостенные втулки (рубашки) из бронзы
или нержавеющей стали. В качестве антифрикционных покрытий дейдвудных
труб используют бакаут (особую породу тропического дерева), искусственный
древесный пластик (лигнофоль, текстолит) и чаще всего вулканизированную
резину. На внутренней поверхности резиновых покрытий делают продольные
канавки для протока воды.
Для смазывания дейдвудной втулки воду подают из системы охлаждения
дизеля через кран 7. Проникновению забортной воды от дейдвудного устройства
в корпус судна препятствует сальниковое уплотнение 6 с нажимной стальной
втулкой 9 и набивкой 8 из пеньки, резины и других материалов.
Порядок выполнения работы:
1. Изучить назначение, состав и принципы действия элементов, входящих
в состав валопровода.
2. Выполнить принципиальные схемы валопроводов, упорных
подшипников и дейдвудного устройства, составив к каждой схеме
спецификацию согласно описанию.
3. Ответить на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы:
1. Какие элементы входят в состав судового валопровода?
2. Для чего предназначен упорный подшипник?
3. Для чего предназначено дейдвудное устройство?
4. Где может располагаться упорный подшипник?
5. Какие устройства применяются для соединения валов?
17
Практическая работа №3. Передача мощности от главного двигателя
к движителю. Механическая передача с реверс-редуктором,
гидродинамическая и комбинированная.
Цель работы: изучить способы передачи мощность от главного
двигателя к движителю, а так же конструкцию и принцип действия судовых
передач.
Механическая передача с реверс-редуктором.
Для изменения направления вращения гребного винта при нереверсивном
дизеле между маховиком и упорным подшипником валопровода устанавливают
реверсивные муфты или реверс-редуктор. Реверсивные муфты используют
только на судах с главными дизелями М401. Большинство нереверсивных
дизелей комплектуют реверс-редукторами. При включении в схему передачи
реверс-редуктора оси валопровода и коленчатого вала не совпадают и дизели в
этом случае монтируют на более высоком фундаменте. С помощью реверс-
редукторов можно отсоединить валопровод от коленчатого вала на момент
пуска и разогрева дизеля, уменьшить угловую скорость и изменить
направление вращения гребного вита относительно коленчатого вала дизеля.
Передачи состоят из редукторной и реверсивной частей. В редукторную часть
входят две шестеренные передачи для переднего и заднего ходов, а в
реверсивную – дисковые или конусные фрикционные муфты.
Рис. 3.1. Схемы реверс-редукторов.
Редукторная часть реверс-редуктора с одинарными дисковыми муфтами
(рис. 3.1, а) состоит из вала 7 заднего хода с передаточными шестернями 8, 9,
10 и пустотелого вала 5 переднего хода с шестернями 6, 11. Реверсивная часть
имеет диски переднего 4 и заднего 2 ходов, посаженные на шлицы
соответственно на валах 5 и 7, и нажимной диск 3. Фрикционная облицовка
дисков выполнена из асбокаучука. Барабан 1 реверс-редуктора жестко соединен
с коленчатым валом дизеля. Диски и барабан образуют непостоянно замкнутую
муфту, смонтированную в общем корпусе с редуктором. Когда рычаг
управления реверс-редуктора установлен в положение «Стоп», нажимной диск
3 занимает нейтральное положение между дисками переднего и заднего ходов и
при вращении барабана 1 дизель работает на холостом ходу. При переключении
рукоятки управления на передний ход нажимной диск 3 смещается вправо до
сцепления с диском 4 переднего хода. Барабан 1, вращаясь вместе с валом
18
дизеля, приводит в движение пустотелый вал 5 и через шестерни 6, 11 ведомый
вал 12. Последний вращает гребной винт в направлении, обратном вращению
коленчатого вала дизеля, и с меньшей частотой, значение которой определяется
передаточным отношением шестерен 6, 11. При работе реверс-редуктора на
передний ход шестерни 10, 9, 8 и вал 7 с диском 2 вращаются вхолостую.
Если нажимной диск 3 ввести в сцепление с диском 2, то через вал 7,
шестерни 8, 9, 10 и вал 12 гребной винт будет вращаться с меньшей частотой в
том же направлении, что и коленчатый вал дизеля, обеспечивая задний ход
судна. Шестерни 11, 6, вал 5 переднего хода и соединенный с ним диск 4 будут
вращаться вхолостую. Переключение реверс-редуктора с переднего хода на
задний и наоборот производят при частоте вращения коленчатого вала 600 –
800 об/мин с
выдержкой в нейтральном положении, необходимой для
остановки ведомого вала.
Реверс-редукторы с одинарными дисковыми муфтами сцепления
используют в установках небольшой мощности с дизелями 6ЧСП 15/18, 6ЧСП
12/14, ЧСП 10,5/13. Реверс-редукторы, передающие большие вращающие мо-
менты, имеют или блочные фрикционные, или конусные муфты сцепления.
Конусная муфта сцепления (рис. 3.1, б) соединена с ведущим валом 1, на
котором свободно сидят шестерни переднего 2 и заднего 6 ходов. На холостом
ходу ведущий вал 1 вращается вместе с муфтой сцепления 4, ведомый вал
неподвижен. Для переднего хода судна муфта трения 3, закрепленная шлицами
на ступице шестерни 2, входит в сцепление с двусторонней конусной муфтой 4.
Ведомый вал 9 через шестерни 2 и 10 вращается в направлении, обратном
коленчатому валу. При включении муфты 5 ведущий 1 и ведомый 9 валы через
зубчатые передачи 6, 7, 8 вращаются в одну и ту же сторону, обеспечивая
задний ход судна. Шестерни заднего или соответственно переднего хода при
включении передачи переднего или заднего хода вращаются вхолостую.
У дизелей 6ЧСП 27,5/36 с блочными фрикционными муфтами сцепления
ведущий вал жестко связан с барабаном, на шлицах которого смонтировано
несколько ведущих фрикционных дисков переднего и заднего ходов. Такие же
диски (ведомые) насажены на шлицах ступиц шестерен переднего и заднего
ходов. Механизм переключения у такого редуктора выполнен в виде двух
гидроцилиндров, смонтированных в барабане. При подаче масла в тот или
другой гидроцилиндр насосом, приводимым в действие от ведущего вала
реверс-редуктора, диски трения входят в сцепление, и при этом начинают
вращаться шестерни переднего или заднего ходов.
В последнее время получают распространение планетарные реверсредукторы. Соосные ведущий 1 и ведомый 16 валы такого редуктора (рис. 3.1,
в) соединены планетарной передачей, т. е. шестернями с параллельными и
подвижными осями вращения. С помощью реверс-редуктора обеспечивается
холостой ход дизеля, задний ход судна и две скорости (порожнем и буксирную)
на передний ход. Ведущий вал редуктора жестко связан с шестерней 17,
входящей в зацепление с шестерней 14. Последняя закреплена на втулке 19
вместе с промежуточной шестерней 20. Шестерни 11, 8 и 5 закреплены на
общей втулке 21, причем первые две из них находятся в зацеплении с
шестернями 14, 20 и шестернями-ободом 10, 7, имеющими внутренние зубцы.
19
Ободы 13, 4 шестерен 10, 7 являются одновременно и тормозными шкивами.
Оси 12 и 15 шестерен скреплены с диском 18, жестко связанным с ведомым
валом 16. Шестерня 5 входит в зацепление с шестерней 22, закрепленной на
ступице шкива 2, свободно сидящего на ведущем вале 1. Рукоятка
управляющего золотника реверс-редуктора имеет четыре положения: «Стоп»,
«Свободный ход» (первая скорость), «Буксирный ход» (вторая скорость) и
«Задний ход». При положении «Стоп» тормоза 3,6 и 9. отжаты, т.е. ободы 4, 13
и шкив 2 не застопорены. Шестерня 17 ведущего вала через шестерню 14
вращает втулку 19 и шестерню 20. Через втулку 19 вращение передается
шестерням 11, 8, втулке 21 и шестерне 5. Так как вращение ведомого вала 16
встречает значительное сопротивление, то диск 18 остается неподвижным.
Шестерни 10, 8, 5 вращают вхолостую ободы 13, 4 и шкив 2.
Для включения первой скорости переднего хода тормозом 9 стопорится
обод 13. Поскольку шестерня 10 застопорена, планетарная шестерня 11 начнет
обкатываться по ней, вращая вместе с осью 12 диск 18 и ведомый вал 16. Обод
4 и шкив 2 при этом вращаются вхолостую. Шестерни 10 и 7 имеют различные
диаметры и различное число зубьев, поэтому при застопоривании обода 4
планетарная шестерня 8 будет обегать шестерню 7 и вращать оси 12, 15, диск
18 и ведомый вал 16 с другой (второй) скоростью.
При перестановке рукоятки управления реверс-редуктора в положение
«Задний ход» тормоз 3 стопорит шкив 2. Шестерня 5 обкатывает шестерню 22 и
вращает ось 12, диск 18 и ведомый вал 16 в обратном направлении. Ободы 4, 13
при этом вращаются вхолостую. Реверс-редукторы могут включаться на
соответствующий ход с поста управления в машинном помещении и с поста в
рубке.
Гидродинамические передачи.
На судах применяются гидродинамические передачи с
гидротрансформаторами (гидродинамическими преобразователями
вращающего момента). Они предназначены для улучшения тяговых
характеристик пропульсивного комплекса и в отдельных случаях – для
обеспечения реверса гребного вала.
Рис. 3.2. Схема простейшего гидротрансформатора.
20
Простейший гидротрансформатор (рис. 3.2) состоит из насосного колеса
1
2
1
2
М
М
i
N
N
гт
тгп
..
гредобщ
ii
n
n
i
1
2
3, соединенного с ведущим валом 5; турбинного колеса 1, закрепленного на
ведомом валу 6, и неподвижного направляющего аппарата 4, жестко
соединенного с корпусом.
Направляющий аппарат устанавливают на входе рабочей жидкости в
насос, иногда ставят два направляющих аппарата, один из которых перед
насосом, а другой – перед турбиной. В последнем случае может быть обеспечен
реверс ведомого вала. Герметичность гидротрансформатора обеспечивают
уплотнениями в кожухе 2. Наличие направляющего аппарата существенно
изменяет процесс передачи вращающего момента гидротрансформатором по
сравнению с гидромуфтой.
При вращении ведущего вала насосное колесо подает жидкость в
неподвижный направляющий аппарат, под воздействием лопаток которого
происходит увеличение момента количества движения рабочей жидкости. При
этом жидкость поступает в турбинное колесо, где ее кинетическая энергия
преобразуется в механическую энергию вращения ведомого вала, в результате
чего M2>M
аппарата можно получить M2=3M
. Соответствующим профилированием лопаток направляющего
1
. В зависимости от условий плавания и
1
нагрузки движителя передаточное отношение гидротрансформатора iг может
изменяться при практически постоянных частоте вращения и вращающем
моменте двигателя в пределах от 0 до 1,
Механический КПД гидротрансформатора:
Полный КПД гидротрансформатора:
где:
- КПД, учитывающий объемные потери в гидротрансформаторе.
В СЭУ гидротрансформаторы самостоятельно используют редко из-за
сравнительно малого КПД (0,84-0,91) и низкой редукционной способности
(Ir=0,25-0,30) при высоких КПД. При небольших значениях передаточного
отношения КПД передачи резко снижается. Обычно гидротрансформаторы
входят в состав гидропередач, выполняемых по разным схемам: с
гидротрансформатором переднего и заднего ходов; с гидромуфтой переднего
хода и гидротрансформатором заднего хода; с гидротрансформатором
переднего и заднего ходов и гидромуфтой переднего хода.
Комбинированная передача.
Гидродинамические передачи в целях уменьшения их габаритов в
большинстве случаев используют совместно с зубчатой передачей. Общее
передаточное отношение такой передачи:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]