Классификация турбомашин и область применения

Судовые турбины классифицируют по следующим признакам:

1. По роду рабочей среды различают турбины паровые и газовые. В паровых турбинах рабочим телом является водяной пар, в газовых - смесь продуктов сгорания с избыточным воздухом или нейтральный газ, например, гелий;

2. По назначению турбины разделяются на главные и вспомогательные. Главными называются турбины, вырабатывающие механическую энергию в соответствии с назначением судна. Все остальные турбины называются вспомогательными;

3. По числу ступеней турбины разделяются на одно- и многоступенчатые. Одноступенчатые турбины используются при срабатывании небольшого перепада энтальпий (до 210 кДж/кг). Главные и вспомогательные судовые паровые турбины являются преимущественно многоступенчатыми;

4. По характеру движения рабочей среды в проточной части на осевые и радиальные. Радиальные, в свою очередь, подразделяются на центробежные, если рабочее тело движется от оси вращения к периферии и центростремительные, если рабочее тело движется от периферии к оси вращения. Недостатком радиальных турбин является ограниченная агрегатная мощность, не превышающая 7-15 кВт;

5. Турбина является частью судового турбоагрегата, в который, кроме нее входят зубчатая передача, конденсатор - в паровом турбоагрегате, турбокомпрессоры и камеры сгорания - газотурбинном. В зависимости от числа турбин, входящих в паровой турбоагрегат, различают одно- и многокорпусные турбоагрегаты. В однокорпусном агрегате одна турбина, в многокорпусном две или три. Однокорпусные турбоагрегаты применяют, если число ступеней в турбине не превышает 10-12 активных или 20-25 реактивных. При большом числе ступеней применяют многокорпусные турбоагрегаты;

6. По способу передачи мощности исполнительному механизму различают турбоагрегаты с зубчатой, электрической и прямой передачей. Наибольшее распространение имеет зубчатая передача, КПД которой достигает 97-98%. Электропередача используется на судах специального назначения: ледоколах, пассажирских судах. Прямая передача возможна, если приводной механизм (электрогенератор, компрессор, вентилятор и др.) допускает высокую частоту вращения;

7. Паровые турбины в зависимости от начального состояния пара разделяют на турбины перегретого пара и влажнопаровые. В первых турбинах большинство ступеней работает в области перегретого пара, во вторых - в области влажного пара. Более высокий КПД имеют турбины перегретого пара, поэтому они получили наибольшее распространение. Влажно-паровые турбины используют в установках с ядерным топливом. Они работают на слабоперегретом или сухом насыщенном паре.

Паровые турбины разделяют на конденсационные и противодавленческие. В конденсационных турбинах отработавший пар отводится в конденсатор, в котором поддерживается давление ниже атмосферного (0,0049-0,0098 МПа), давление отработавшего пара в противодавленческих турбинах выше атмосферного. На судах, в основном, применяются конденсационные турбины;

8. По расположению оси ротора различают турбины горизонтальные и вертикальные. В судовых установках в основном используют горизонтальные турбины, удобные в обслуживании и ремонте. Вертикальные турбины занимают небольшую площадь машинного отделения, поэтому они предпочтительны для судов специального назначения в качестве привода вспомогательных механизмов.

В практике компрессоростроения приняты следующие основные признаки классификации:

1. По принципу действия компрессоры разделяют на лопаточные и компрессоры объёмного действия. В лопаточных компрессорах повышение давления осуществляется увеличением кинетической энергии сжимаемой среды за счет энергии двигателя с последующим преобразованием кинетической энергии в потенциальную. В компрессорах объёмного действия давление повышается путем уменьшения объёма, занимаемого газом, вследствие перемещения вытеснителя в цилиндре (поршневые, роторные компрессоры) .

В дальнейшем будем рассматривать только лопаточные компрессоры;

2. Лопаточные компрессоры в зависимости от характера движения газа в проточной части могут быть осевыми и центробежными. Кроме того, бывают компрессоры диагональные и комбинированные;

3. В зависимости от подачи различают компрессоры с малой (G<10 кг/с), средней (G=10-30 кг/с) и большой (G>30 кг/с) подачей. Судовые центробежные компрессоры относятся в основном к машинам с малой и средней подачей, а осевые - к машинам с большой подачей;

4. По степени повышения давления компрессорные машины разделяются на вентиляторы (π_к<1,1), нагнетатели π_к =1,1 - 3,0) и компрессоры (π_к >3).

Лопаточные компрессоры могут быть классифицированы и по другим признакам, аналогичным тем, по которым классифицируют турбины.

Кинематическая особенность турбины состоит в получении непрерывного вращательного движения ротора непосредственно в результате вращения лопаток силой давления рабочего тела. Поэтому турбина не нуждается в кривошипно-шатунном механизме и других преобразователях прямолинейно-возвратного движения во вращательное. Это является преимуществом турбин по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания,

Рабочий процесс в турбине совершается в полостях, всегда открытых для рабочего тела, которое течет непрерывно от входного до выходного сечения турбины. Поэтому непрерывность рабочего процесса является важной особенностью турбин. В связи с высокими скоростями рабочего тела турбина способна развивать очень высокие мощности в умеренных габаритах. Поэтому турбинные установки имеют более низкие массогабаритные показатели по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания. Однако экономичность турбинных установок ниже, чем дизельных установок. Это сдерживает широкое применение турбинных установок на судах.

Турбинные установки используются на судах оснащенных ядерными энергетическими установками, в корабельной энергетике. На судах промыслового флота турбины используются в качестве вспомогательных двигателей (например, в турбонаддувочных агрегатах ДВС).