Назначение, классификация и состав энергетических установок.

СЭУ – это сложный комплекс машин, механизмов и систем, который предназначен для преобразования химической или ядерной энергии топлива в механическую энергию вращения генератора или винта.

При преобразовании химической или ядерной энергии происходит многократное преобразование энергии:

Рис. 1. Процесс преобразования энергии.

Эффективный КПД:

η_l = 0,32 – 0,34 для ПТУ

η_l = 0,40 – 0,45 на СЭС

η_l = 0,38 – 0,42 для ГТУ с ТУК

η_l = 0,47 – 0,50 для ДВС

η_l = 0,22 – 0,24 для ЯЭУ

КПД установки зависит от параметров рабочего тела и от числа ступеней преобразования.

Тепловой КПД:

Давление и температура перегретого пара на тепловых ЭС:

Давление в конденсаторе:

Рис. 2. Принципиальная тепловая схема ПТУ.

1 – парогенератор

2 – пароперегреватель

3 –генератор электрического тока

4 – турбина

5 – конденсатор турбогенератора

6 – конденсатный насос

7 – ионообменные фильтры

8 – главная турбина

9 – редуктор

10 – линия вала

11 – ГУП

12 – корпус судна

13 – дейдвудный подшипник

14 – движитель (гребной винт)

15 – ГК

16 - конденсатный насос

17 – питательный насос

на схеме показаны только специальные элементы.

В судовых турбинах, работающих на органическом топливе:

ДВС:

Температура в цилиндре при сжигании топлива до 2000⁰С, на выхлопе 450⁰С. Следовательно, в больших установках за ДВС ставят котел для последующего использования высокой температуры (например, для подогрева пара).

Представление о составе СЭУ, входящих в нее элементов, взаимосвязи СЭУ с судном можно получить из рис. 3.

В состав СЭУ входят главные и вспомогательные энергетические комплексы и установки.

ГЭУ – та часть СЭУ, которая обеспечивает движение судна. Эту часть также называют пропульсивной установкой. Элементы СЭУ, входящие в состав ГЭУ, называются главными.

Вспомогательные ЭУ представляют собой комплексы, предназначенные для удовлетворения энергетических потребностей и обеспечения заданного функционирования ГЭУ и общесудовых потребителей, связанных и несвязанных с движением судна.

ЭУ кроме того обслуживает ряд систем: топливная, масляная, система охлаждения основного оборудования, конденсатно-питательная система, система главного и вспомогательного пара, воздуха высокого и среднего давления.

Рис. 3. Схема основных элементов СЭУ.

Рабочие процессы в СЭУ изображают в виде тепловых диаграмм (см. рис. 4).

Рис. 4. Цикл Ренкина для ПТУ (круговая диаграмма для идеального процесса без потерь).

1-2 – процесс расширения пара в турбине.

2-3 – процесс конденсации пара в конденсаторе

3-3^΄ - сжатие или повышение давления в питательном насосе

3^΄-4-5-1 – увеличение потенциальной энергии, температуры рабочего тела в парогенераторе

3^΄-4 – подогрев воды до температуры кипения (экономайзерный участок)

4-5 – процесс испарения воды при кипении

5-1 – перегрев пара в пароперегревателе.

х – степень сухости.

На выходе из турбины получаем влажный пар.

Рис. 5. Тепловая схема процесса, изображенного на диаграмме.

Т – паровая турбина

Р – редуктор

Кн – конденсатор

ПК – паровой котел

ВМ – вспомогательные механизмы (турбогенератор, грузовые насосы и т.д.)

Н – питательный насос.

З.в. – забортная вода.

Установка работает по закрытому циклу. Перегретый пар с давлением р₁ и температурой Т₁ поступает в турбину, расширяется в ней (теоретически – по изоэнтропийному процессу 1-2, в действительности – по политропному процессу 1-2д). Полученная механическая энергия от вала турбины через редуктор предается на гребной винт, упор которого воспринимается ГУП для движения судна. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, где при постоянном давлении р₂ конденсируется. Конденсат (питательная вода) насосом из конденсатора подается в паровой котел.