Размещение гту на судне

Принципы передачи мощности ГТУ на движитель судна схожи с принципами передачи мощности от дизельных энергетических установок. Передача мощности от ГТД может производиться через механическую, гидравлическую, электрическую передачи, либо комбинированную передачу, сочетающую в себе вышеперечисленные типы главных передач. При этом обязательным элементом ГТУ является редуктор, понижающий частоту вращения ротора пропульсивной турбины до оптимальной частоты вращения движителя.

Наибольшее распространение получили механические передачи мощности от ГТД на движитель судна. Несколько реже используются электрические передачи, когда в состав установки входит один или несколько ГТД, работающих на электрогенераторы (главные газотурбогенераторы – ГГТГ), и гребные электродвигатели переменного или постоянного тока.

Принципы размещения ГТУ на судне аналогичны принципам размещения дизельных установок. В машинном отделении находится один (для одновального судна) ГТД, размещаемый в диаметральной плоскости, или два (для двухвального судна) ГТД, размещаемых побортно. Здесь же находятся редукторы, главные упорные подшипники, оборудование систем, обслуживающих работу ГТУ, воздушные шахты и газоходы, пост дистанционного управления установкой.

Часто ГТД используется в комбинированных энергетических установках в качестве форсажного (ускорительного) двигателя. Схемы размещения и передачи мощности от ГТД, входящих в состав комбинированных установок, будут рассмотрены в разделе, посвященном комбинированным установкам.

В особую группу следует выделить ГТУ, предназначенные для привода двух потребителей мощности. Наличие двух потребителей мощности характерно для судов на воздушной подушке. Одним из них является движитель – как правило, воздушный винт; вторым – турбонагнетатель, подающий воздух в полость воздушной подушки.

Мощность от одного ГТД на два потребителя может передаваться двумя различными способами:

- с помощью механической передачи;

- с помощью газовой передачи.

В ГТУ с механической передачей мощности от ГТД на потребители (рис. 81), мощность, полученная на валу пропульсивной турбины, через угловую редукторную передачу разделяется на два потока, направляющихся к воздушному винту и к нагнетателю воздуха. В этом случае ГТД размещается над палубой СВП в специальном обтекателе, установленном на стойке двигателя. Воздушный винт является главным движителем СВП.

Конструктивная схема ГТУ с газовой передачей мощности от ГТД на два потребителя показана на рис. 82. В такой установке газотурбинный двигатель вырабатывает газодинамическую энергию − поток газов, который по газоходу поступает на две последовательно расположенные свободные силовые газовые турбины: сначала на турбину, приводящую в действие турбонагнетатель воздушной подушки, затем на турбину привода воздушного винта. Силовые турбины через редукторы передают вращающий момент на потребители энергии.

К числу ГТУ, имеющих характерные особенности, можно отнести установки для судов на подводных крыльях (СПК). Особенности обусловлены тем, что при движении в неводоизмещающем режиме корпус СПК поднимается над уровнем воды, и между днищем и поверхностью воды создается пространство высотой до нескольких метров (для крупных СПК – до 3 ÷ 4 метров). При такой большой высоте подъема корпуса над поверхностью воды чрезвычайно затруднена передача мощности от ГТД, расположенных в корпусе, к гребным винтам, расположенным ниже поверхности воды. Применение наклонных гребных валов не дает удовлетворительного решения из-за большого угла наклона к горизонту и уменьшения КПД движителей, работающих в косом потоке воды. Указанные особенности приводят к необходимости применения специального типа передачи типа «колонка» (рис. 83).

Колонка включает в себя два зубчатых угловых редуктора с вертикальным передаточным валом между ними. Верхний редуктор располагается в корпусе судна на выходном валу ГТД, нижний размещается в герметичной, полностью погруженной обтекаемой гондоле, расположенной в плоскости кормовых подводных крыльев СПК.

КОТЛОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Судовой котлотурбинной энергетической установкой – КТЭУ называется комплекс технических средств, предназначенных для выработки пара заданных параметров и преобразования энергии пара в механическую, электрическую и другие виды энергии для обеспечения движения и маневрирования судна, а также выполнения им других задач, характерных для данного класса судна.

Судовые котлотурбинные энергетические установки являются наиболее сложными среди всего многообразия других видов энергетических установок. По сложности и разветвленности систем с ними могут сравниться только ядерные энергетические установки. В свою очередь ядерные энергетические установки, в которых главным двигателем является паровая турбина, по своей сути аналогичны котлотурбинным, но в качестве генерирующей части для выработки пара в них используется не паровой котел, а ядерный реактор и парогенераторы.

В отличие от рассмотренных ранее дизельных и газотурбинных энергетических установок, в которых генерирующая и исполнительная части объединены в одном агрегате, все КТЭУ имеют раздельные генерирующую и исполнительную части. В качестве генерирующей части в КТЭУ используется котельная установка, предназначенная для выработки перегретого пара заданных параметров. В качестве исполнительной части используется паротурбинная установка, предназначенная для преобразования потенциальной энергии пара в механическую энергию вращения линии вала судна.

Принципиальная схема КТЭУ (один из возможных вариантов) показана на рис. 1. Из расходной топливной цистерны топливным насосом жидкое топливо (мазут) подается на подогрев в нефтеподогреватель. Подогретое топливо через регулятор горения поступает в топку парового котла и распыливается в ней топливными форсунками. Сюда же, в топку котла, котельным вентилятором подается воздух, необходимый для сжигания топлива. При сжигании топлива в топке котла образуется большой объем горячих газов, омывающих при своем движении по газоходам расположенные там трубные поверхности нагрева котла: испарительную, пароперегревательную, экономайзерную и воздухоподогреватель. Поток горячих газов передает свою тепловую энергию нагреваемым средам: воде, пару и воздуху. Насыщенный пар, образующийся в испарительной части, проходит через пароперегреватель, в котором происходит повышение его температуры. Из котла перегретый пар отбирается через главный стопорный клапан, и по главному паропроводу подается в маневровое устройство главной паровой турбины. В маневровом устройстве, в зависимости от заданного режима движения судна, осуществляется распределение пара в сопловые аппараты турбины переднего хода через быстрозапорный клапан переднего хода, или в турбину заднего хода через маневровый клапан заднего хода. В паровой турбине происходит преобразование потенциальной энергии пара: сначала в сопловом аппарате в кинетическую энергию движущейся струи, а затем в каналах, образованных рабочими лопатками, в механическую энергию вращения ротора турбины. Крутящий момент ротора турбины через редукторную передачу передается на линию вала судна. Отработавший в турбине пар поступает в главный конденсатор, где при соприкосновении с трубками, прокачиваемыми забортной водой, охлаждается и конденсируется. Образовавшийся конденсат стекает в нижнюю часть главного конденсатора – конденсатосборник, и забирается оттуда конденсатным насосом. В главном конденсаторе, для обеспечения как можно большей степени расширения пара и улучшения условий работы последних ступеней турбины, поддерживается вакуум. Вакуум создается за счет значительного уменьшения объема пара при его конденсации в воду, и поддерживается работой пароструйного эжектора. Конденсатный насос через ионообменный фильтр, обеспечивающий снижение концентрации растворенных в воде солей, подает конденсат в водоподогреватель – деаэратор. В деаэраторе происходит предварительный подогрев питательной воды паром и удаление из нее растворенных газов. Подогретая и очищенная от растворенных солей и газов питательная вода забирается из деаэратора питательным насосом и через регулятор питания поступает в паровой котел.

Помимо главного цикла, описанного выше, пар в КТЭУ может подаваться на турбоприводы вспомогательных механизмов ГЭУ, различного рода теплообменники (водо-, масло-, нефтеподогреватели), пароструйные эжекторы, пароэжекторные или турбокомпрессорные холодильные машины, водоопреснительные установки, бытовые нужды судна (паровое отопление, прачечные, гладильные и сушильные помещения, камбузное оборудование), приводы палубных механизмов (паровые лебедки, шпили, брашпили) и другое механическое оборудование. Отработавший пар или конденсат от всех общесудовых потребителей пара возвращается обратно в цикл КТЭУ. Так как не исключена возможность загрязнения этого конденсата горюче-смазочными материалами или солями, то он сначала сбрасывается в цистерну «грязных» конденсатов, а далее, в зависимости от степени загрязнения, направляется в главный конденсатор или сливается в трюм. Неизбежные при работе КТЭУ протечки и потери воды и пара пополняются из расходной цистерны питательной воды, которая в свою очередь подпитывается водой, вырабатываемой в водоопреснительных установках.

Особенностью котлотурбинной установки, отличающей ее от рассмотренных ранее дизельных и газотурбинных энергетических установок, является тот факт, что процессы, образующие термодинамический цикл, происходят в разных частях (механизмах и теплообменных аппаратах) установки.

Рис. 1. Принципиальная схема котлотурбинной энергетической установки.   – главный паровой котел; – турбовентилятор котельный; – экономайзер; – воздух; – дымовые газы; – воздухоподогреватель; – регулятор питания котла; – главный стопорный клапан; – регулятор горения; – топливный фильтр; – быстрозапорный топливный клапан; – нефтеподогреватель; – греющий пар; – конденсат греющего пара; – топливные насосы; – расходная топливная цистерна; – регулятор давления; – маневровое устройство; – маневровый клапан заднего хода; – быстрозапорный клапан переднего хода; – сопловые клапаны переднего хода; – сопловый аппарат; – главный турбозубчатый агрегат; – турбина высокого давления; – турбина низкого давления; – турбина заднего хода; – редуктор; – главный упорный подшипник; – главный конденсатор; – турбоциркуляционный насос; – конденсатный насос; – пароструйный эжектор; – ионообменный фильтр; – деаэратор; – питательный насос; – конденсатоотводчики; – расходная масляная цистерна; – масляный фильтр; – масляные насосы; – маслоохладитель; – турбоприводы ВМ машинного и котельного отделений; – теплообменные аппараты; – общесудовые системы.

Цикл котлотурбинной энергетической установки (применительно к схеме, изображенной на рис. 1) состоит из следующих термодинамических процессов (рис. 2):

		–	адиабатное расширение пара в паровой турбине;
		–	изотермический процесс конденсации пара в главном конденсаторе;
		–	сжатие конденсата в конденсатном насосе;
		–	изобарный подогрев конденсата в водоподогревателе (деаэраторе);
		–	сжатие подогретой питательной воды в питательном насосе;
		–	изобарный подогрев питательной воды в экономайзере котла;
		–	изобарный подогрев питательной воды до температуры насыщения в испарительной части котла;
		–	испарение котловой воды в испарительной части котла;
		–	изобарный перегрев пара в пароперегревателе котла;

В зависимости от состава главных и вспомогательных механизмов, типа тепловой схемы, способа подогрева питательной воды, числа ступеней подогрева питательной воды, использования принципа промежуточного перегрева пара и других факторов, вид термодинамического цикла и процессы, из которых он состоит, могут в некоторой степени меняться.

Более подробно тепловые схемы КТЭУ и особенности их термодинамических циклов будут рассмотрены в разделе «Тепловые схемы КТЭУ».