- •Оглавление
- •Раздел 1. Теория турбинных ступеней.
- •Цель, задачи, предмет изучения и основное содержание дисциплины «стд. Судовые турбомашины», ее роль и место в системе подготовки специалиста в соответствии с требованиями гос впо и кт
- •Назначение паровой турбины( турбомашины) и ее особенности как теплового двигателя. Принцип действия пт
- •Классификация паровых турбин судовых энергетических установок
- •А). Основные уравнения парового потока в турбине
- •1. Геометрические характеристики турбинной ступени
- •2. Понятие об элементарной плоской турбинной ступени. Геометрические характеристики турбинной решетки.
- •3. Преобразование энергии пара в активной и реактивной турбинных ступенях
- •1. Определение скорости выхода пара из каналов направляющего аппарата и рабочей решетки.
- •1.1. Определение скорости выхода пара из каналов рабочей решетки
- •1.3. Понятие о степени реакции
- •2.1 Влияние косого среза на работу решетки
- •2.2. Расход пара через решетку. Определение высоты лопаток
- •1. Физическая сущность потерь кинетической энергии пара
- •2. Аэродинамические характеристики решеток и их определение
- •Б). Влияние числа Маха на потери энергии
- •3. Влияние конструктивных факторов на потери энергии
- •1. Силовое воздействие потока пара на рабочие лопатки
- •2. Работа на окружности турбинной ступени
- •3. Общее выражение для кпд на окружности турбинной ступени
- •1. Определение и состав внутренних потерь
- •2. Общая характеристика потерь на протечки через зазоры
- •3.Потери на протечки через зазоры в реактивной и активной турбинных ступенях
- •1. Внутренние потери энергии в активной турбинной ступени
- •2. Потери энергии от влажности пара и неучтенные потери
- •3. Внутренняя работа и внутренний кпд турбинной ступени
- •1. Применение радиальных турбинных ступеней в турбомашинах
- •2. Кинематика рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •Очевидно, что
- •3. Силовое воздействие потока рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •1. Методы и задачи теплового расчета, исходные данные
- •Давление пара за турбинной ступенью р1.
- •Адиабатный перепад на турбинную ступень:
- •Располагаемый теплоперепад на турбинную ступень
- •Б). Определение формы межлопаточных каналов направляющих решеток
- •3. Оценка основных геометрических размеров ступени
- •1. Расчет направляющего аппарата
- •В). Расчет потерь энергии в направляющей решетке
- •Д). Построение входного треугольника скоростей
- •Особенности расчета рабочих лопаток
- •Б). Определение угла выхода пара из рабочей решетки
- •Д). Расчет потерь энергии в рабочей решетке
- •Расчет внутреннего кпд и внутренней мощности турбинной ступени
- •1. Принцип действия и устройство колес со ступенями скорости
- •2. Треугольники скоростей колеса с двумя ступенями скорости
- •3. Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости
- •1. Работа и кпд на окружности двухвенечного колеса скорости
- •2. Область применения колес со ступенями скорости
- •1. Принципиальное устройство многоступенчатых паровых турбин
- •2. Процесс в диаграмме h-s для многоступенчатой паровой турбины
- •3. Понятие о возвращенном тепле. Связь между кпд многоступенчатой паровой турбины и кпд ее ступеней
- •1. Понятие об использовании выходной энергии мспт
- •2. Коэффициент использования выходной энергии
- •3. Процесс в диаграмме h-s при использовании выходной энергии
- •1. Эффективный кпд гтза и валопровода
- •2. Удельный и секундный расходы пара
- •3. Характеристика многоступенчатой паровой турбины
- •1. Определение осевого усилия, действующего на ротор многоступенчатой паровой турбины
- •2. Принцип действия думмиса и определение диаметра разгрузочного поршня
- •3. Осевые усилия, действующие на ротор многоступенчатой паровой турбины при работе на задний ход
Классификация паровых турбин судовых энергетических установок
Судовая энергетическая установка (СЭУ) в общем случае состоит из трех основных частей: паропроизводящей установки (атомной или котельной), паротурбинной установки (ПТУ) и электроэнергетической установки. Атомная паропроизводящая установка и паровой котел могут одновременно включаться в тепловую схему.
По назначению судовые турбины подразделяются на главные и вспомогательные.В свою очередь главные турбины могут вращать или линию вала в составе ГТЗА или генераторы в составе гребной электрической установки.Вспомогательные турбины являются приводами вспомогательных механизмов (турбогенераторов, насосов, компрессоров , вентиляторов и др.)
Пар (рис.4) из парогенераторов (ПГ) АППУ или из парового котла (КВГ) по паропроводам направляется к паровым турбинам:
турбине переднего хода (ТПХ);
турбине заднего хода (ТЗХ);
турбине электрического генератора (ТГ);
турбине циркуляционного насоса (ТЦН) главного конденсатора;
турбине насосного агрегата КПТН (конденсатно-питательный турбонасос), такой агрегат, как правило, используется на надводных кораблях.
Для регулирования (изменения) количества пара, подаваемого на ТПХ и ТЗХ, используются клапана маневрового устройства (МУ):
ходовой клапан переднего хода (ХК ПХ);
ходовой клапан заднего хода (ХК ЗХ).
Если ХК ПХ (ХК ЗХ) закрыть, то пар на турбину поступать не будет. В этом случае пар, вырабатываемый АППУ, через открытый клапан травления (КТ) и дроссельно-увлажнительное устройство (ДУУ) направляется (сбрасывается) на главный конденсатор (ГК), служащий для конденсации пара. Чтобы в этом случае исключить повреждение элементов ГК, давление и температура свежего пара понижаются в ДУУ.
Пар, поступивший в турбину, преобразует за две стадии свою энергию в механическую работу вращения ротора турбины (на первой стадии происходит преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую энергию парового потока, на второй стадии - кинетической энергии потока пара в механическую работу вращения ротора турбины).
Вращающий момент, развиваемый турбиной, через редуктор (Р), который служит для уменьшения угловой частоты вращения линии вала, передается к гребному винту (ГрВ).
Упор, создаваемый гребным винтом при его вращении в морской воде, передается корпусу корабля через жестко закрепленный на нем главный упорный подшипник (ГУП), чем обеспечивается заданная скорость и маневрирование корабля.
Отработавший в турбине пар направляется в ГК. Относительно пара холодная вода прокачивается через трубки конденсатор ТЦН или проходит самопротоком, отбирает тепло от пара, поступающего в конденсатор, в результате пар конденсируется. В процессе конденсации пара происходит резкое уменьшение его удельного объема (1 кг пара при давлении 0.1 кгс/см2 занимает объем около 14 м2, а при конденсации займет только 0.001 м2), что приводит к разряжению (вакууму) в ГК и содействует более эффективному использованию потенциальной энергии пара. Следовательно, специальных устройств для создания вакуума в ГК не требуется, а поступающий в него из-за неплотностей воздух удаляется из ГК главным эжектором (ГЭЖ). Образовавшийся при конденсации пара конденсат откачивается конденсатным насосом (КН) и через обессоливающий ионообменный фильтр (ФИ) подается во всасывающий патрубок питательного насоса (ПН). Из напорной магистрали ПН конденсат через подогреватель питательной воды (ППВ) подается:
к ПГ через дроссельный (ДК) и питательный (ПК) клапаны;
к паровому котлу.
Агрегат, состоящий из паровой турбины, конденсатора, редуктора и МУ, называют турбозубчатым агрегатом (ТЗА).
Турбозубчатый агрегат, передающий вращающий момент на гребной винт, называют главным турбозубчатым агрегатом (ГТЗА).
В качестве обычного турбозубчатого агрегата может рассматриваться ТЗА турбогенератора (ТГ), обеспечивающий вращение и работу электрического генератора (ЭГ), который входит в состав ПТУ.
Впуск пара в турбину ТГ осуществляется последовательно через стопорный клапан (СК) и систему парораспределения. Стопорный клапан в нормальных условиях работы ТГ полностью открыт на всех режимах, а пар поступает в турбину через шесть ходовых клапанов (ХК) системы парораспределения турбины 1. В случае аварийной ситуации СК мгновенно закрывается, прекращая поступление пара в турбину. Одновременно открываются четыре клапана травления (КТ) системы парораспределения турбины 2, обеспечивая сброс пара через ДУУ на конденсатор (К) турбогенератора.
Пар, поступивший в турбину, преобразует свою энергию в механическую работу вращения ротора турбины. Вращающий момент, развиваемый турбиной, передается генератору, который преобразовывает его в электрическую энергию.
Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор, холодная вода прокачивается через конденсатор электроциркуляционным насосом (ЭЦН), отбирает тепло от пара, в результате пар конденсируется.
При выведенном из действия ГТЗА (турбогенераторный режим) образовавшийся конденсат откачивается электроконденсатным насосом (ЭКН) и через обессоливающий ионообменный фильтр (ФИ) подается во всасывающий патрубок электропитательного насоса (ЭПН). Из напорной магистрали ЭПН конденсат через подогреватель питательной воды подается:
к ПГ через дроссельный и питательный клапаны;
к паровому котлу.
При работающем ГТЗА образовавшийся конденсат из конденсатора ТГ откачивается ЭКН в главный конденсатор.
Так как турбина является нереверсивным двигателем (вращение турбины осуществляется только в одном направлении), то для обеспечения движения корабля задним ходом, кроме турбины переднего хода, корабельный ГТЗА снабжается турбиной заднего хода. Турбины расположены на одном валу и находятся в общем корпусе.
Таким образом, любой корабельный турбозубчатый агрегат, является неотъемлемой частью паротурбинной установки (ПТУ), предназначается для выполнения следующих основных функций:
преобразование в главной турбине (ТПХ или ТЗХ) энергии пара в механическую работу с целью обеспечения заданной скорости переднего или заднего хода корабля и его маневра (выполняет ГТЗА);
преобразование в турбине электрического генератора энергии пара в механическую работу с целью получения в электрическом генераторе электрической энергии для нужд личного состава, АЭУ и корабля в целом (выполняет турбогенератор);
преобразование во вспомогательных турбинах энергии пара в механическую работу с целью обработки рабочих сред (выполняют ТЦН, КПТН, ТНА и т.д.).