Парогенератор ( паровой котел )

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Что в машинном отделении?

Пароход – это судно, где в качестве главного двигателя установлена паровая машина. И движущая сила создается энергией пара. Судно, в котором установлена паровая турбина, называется турбоходом. Суда с дизельными двигателями, в которых тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу, называются теплоходами. Суда с газовыми турбинами называются газотурбоходами. Атомоходами называются суда, имеющие атомные реакторы. Есть также дизель-электроходы и турбоэлектроходы, что означает: главный двигатель или турбина – вращает электрогенератор , вырабатывающий электроэнергию, которая питает электрические двигатели, вращающие винты.

Что же отличает суда с различными типами главных энергетических установок? Почему на одних судах устанавливают дизели , а на других турбины? На все эти вопросы отвечает инженер-судомеханик.

Паровые двигатели

В старых энергетических установках с поршневыми машинами и с современными паровыми турбинами, в качестве рабочего тела используется водяной пар. Упрощенная схема такой установки показана на рис. 1. Полученный в парогенераторе (паровом котле) пар по трубопроводу поступает в турбину.

Рис. 6.1. – парогенератор (колел); 2 -паровая турбина; 3 – зубчатая передача; 4 – гребной винт; 5 – конденсатор; 6 – конденсатный насос; 7, 9 – подогреватели от источников утилизации тепла;

Пар создается в парогенераторе (котле). В турбине или в паровом двигателе тепловая энергия пара преобразуется в механическую работу. Отработанный пар поступает в конденсатор, в котором пар охлаждается морской водой и и выпадает в осадок в виде конденсата. Конденсат забирается конденсатными насосами и через подогреватели попадает в обратно в котел.

Парогенератор ( паровой котел )

Парогенератор предназначен для получения пара, который используется для питания двигателей и для других нужд судна (отопление подготовка топлива).

Рис.6.2. Конструкция простейшего парового генератора (котла) 1 – барабан котла; 2 – водотрубная часть; 3 – водомерное стекло; 4 – перегреватель; 5 – труба для подачи воды в котел; 6 – поддувало; 7 – предохранительный клапан; 8 – заслонка.

Рис.6.3. Форсунка для питания жидким топливом. Рис.6.3. Схема циркуляции воды в парогенераторе

Парогенератор (рис. 1) состоит из топки и собственно котла. Раньше в топках сжигались дрова и уголь на колосниковых решетках. Сейчас используется жидкое топливо, которое сжигается в распыленном состоянии. Распыление топлива осуществляется с помощью форсунок рис 2. Пар или сжатых воздух, вырываясь из узкого отверстия, засасывает сжатый жидкое топливо и разбрызгивает его.

Котел состоит из барабана 1 (барабанов) и труб 2, через стенки которых теплота от горячих газов передается воде. Во многих паровых котлах подвергается перегреванию в особых змеевиках, которые называются пароперегревателями, 4 омываемых горячими газами. При этом он из насыщенного делается ненасыщенным. Этим достигается уменьшение конденсации пара и увеличение к.п.д. котла.

На котле имеются манометр для наблюдения за давлением пара и предохранительный клапан, выпускающий пар в случае, если давление его превысит допустимую величину. На днище барабана имеются приспособления для наблюдения за уровнем воды в котле (водомерное стекло 3). Если уровень воды опуститься настолько, что пламя будет нагревать стены котла в тех местах. Где они не соприкасаются с водой, то возможен взрыв котла.

Энергия горячих топочных газов передается воде в котле не целиком. Часть ее рассеивается в котельной, часть уносится газами в дымовую трубу. Кроме того, значительную потерю может дать неполное сгорания топлива.

Паровая машина

Из котла пар по трубопроводу поступает в паровую машину или турбину. Рассмотрим сначала паровую машину.

Сегодня встретить паровую машину можно достаточно редко. Принцип действия поршневой машины показан на рис. 1. Рабочий пар подается в паровой цилиндр через парораспределительный золотник. В цилиндре пар расширяется и давит на поршень, заставляя его двигаться вниз. Когда поршень достиг своей нижней точки, парораспределительный золотник меняет свое положение, свежий пар подается под поршень, в то время как пар, заполнивший ранее цилиндр над поршнем, вытесняется. Теперь поршень движется в противоположном направлении. Таким образом, поршень совершает во время работы движение вверх и вниз, поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи кривошипно-шатунного механизма. Кривошипно-шатунный механизм состоит из поршня, шатуна и коленчатого вала.

Следующим этапом в повышении энергетической эффективности паровых двигателей явилось создание машины многоступенчатого расширения. На рис. Показана машина трехступенчатого расширения. Сначала свежий пар поступает в цилиндр высокого давления, здесь он понижает свое давление и поступает в цилиндр среднего давления. В этом цилиндре он также понижает свое давление и затем поступает в цилиндр низкого давления

Рис.

Рис.6.4. Паровая машина 1 – цилиндр низкого давления; 2 – распределительный золотник; 3 – 4 – шатун ; 5 – коленчатый вал.

Рис.6.5. Паровая машина трехкратного расширения

Рис. Схема прохождения пара в паровой машине трехкратного расширения: 1 – вход пара; 2 – цилиндр высокого давления; 3 – цилиндр среднего давления; 4 – цилиндр низкого давления; 5 – выход пара.

Паровые турбины

Турбина состоит из стального цилиндра, внутри которого располагается вал с-с с укрепленными на нем рабочими колесами. На рабочих колесах находятся особые изогнутые лопатки. Между рабочими колесами размещаются сопла или направляющие лопатки. Пар, вырываясь из промежутков между направляющими лопатками, попадает на лопатки рабочего колеса. Рабочее колесо при этом вращается, производя работу. Причиной вращения колеса в паровой турбине является реакция струи пара. Внутри турбины пар расширяется и охлаждается. Входя в турбину по узкому паропроводу он выходит из нее по очень широкой трубе. Отметим что турбина может вращаться только в одном направлении и скорость ее вращения не может меняться в широких пределах.

Рис.6.6. Схема устройства паровой турбины. Расположение на валу СС турбины лопаток а – направляющих, б – рабочих.

Рис.6.7. Лопатки на рабочем колесе турбины

Рис.6.8. Модель иллюстрирующая работу турбины – насадка на чайника позволяет увеличивать скорость пара а значит силу движущую силу турбины