Реферат на тему
«Технічне використання СЕУ»
В даний час ведуться великі роботи по створенню головних і допоміжних суднових газових турбін. Велика увага, що приділяється газових турбін, пояснюється рядом їх переваг порівняно з іншими судновими двигунами.
До переваг газотурбінних установок (ГТУ) по порівнянні »з дизельними відносяться:
здійснення безперервного і постійного робочого процесу, що дозволяє застосовувати високі швидкості як робочого середовища, так і робочих органів для підвищення економічності;
відсутність поршнів і кривошипно-шатунного механізму, а також тертя в робочих частинах (за винятком тертя в підшипниках валу),
простота пристрою і обслуговування;
можливість отримання великої потужності на валу (до 30 000 кВт),
менші розміри і маса при однаковій потужності;
можливість спалювання в камерах згоряння більш дешевих важких сортів палива;
менша витрата на змащення (приблизно в 30-40 разів) і ремонт;
зручність автоматизації та дистанційного керування;
відносно невеликий обслуговуючий персонал у зв'язку зі скороченням трудомісткості технічного обслуговування на 25-30% в порівнянні з трудомісткістю технічного обслуговування ДЕУ.
У порівнянні з паротурбінними установками ГТУ мають наступні переваги:
відсутність парових котлів і складного котельного обладнання (системи, насоси, вентилятори);
відсутність конденсаторів і пов'язаних з ними систем;
кращі маневрені і пускові якості;
менші розміри і маса при однаковій потужності;
низький тиск робочого середовища в циклі, а отже, більша
безпеку при випадковому пошкодженні трубопроводу;
висока маневреність, швидкий пуск і малий час набору повної потужності (пуск і вихід на частоту обертання холостого ходу протягом 1 хв; час набору повної потужності 2-3 хв).
Застосування ГТУ дозволяє значно збільшити вантажопідйомність і дальність плавання судна. При серійному виробництві вартість виготовлення ГТУ, амортизаційні відрахування та експлуатаційні витрати значно менше, ніж відповідні показники паротурбінних і дизельних установок.
Перспективність ГТУ як суднового двигуна в значній мірі визначається можливістю досягти високої економічності при подальшому вдосконаленні проточної частини турбін та компресорів, особливо у зв'язку зі створенням, жаростійких матеріалів. При температурі 900-950 ° С економічність ГТУ буде вище, ніж більшості побудованих ПТУ, а при температурі 1200 ° С вона може перевершувати економічність ДВЗ.
Газотурбінні установки великої потужності перспективні для ряду суден нових типів, характерними особливостями яких є велика потужність енергетичних установок при обмеженнях по висоті і довжині машинних відділень. При сучасному рівні техніки ГТУ вже можна вважати вельми перспективним двигуном судна.
Запаси палива органічного походження обмежені, тому в даний час назріла необхідність у використанні енергії інших видів. Особливо перспективно отримання теплової енергії в результаті ланцюгової реакції розподілу ядер таких хімічних елементів, як уран і деяких інших.
Економічність ГТУ можна помітно підвищити, якщо відпрацьовані гази з високою температурою направити в казан, а отримується в ньому пар використовувати для побутових, технологічних потреб (наприклад, обігрів танків на танкерах), вироблення електроенергії в утилізаційному турбогенераторі або для отримання додаткової потужності, що передається паровою турбіною гребному гвинту. У перших трьох випадках ступінь утилізації теплоти відхідних газів обмежується потребами в електроенергії або Паре.
При використанні додаткової утилізації паровою турбіною ступінь утилізації теплоти може бути істотно збільшена, оскільки додаткова потужність, що отримується в паровій частини установки, не має обмежень з точки зору її використання. Така установка (рис. 1) отримала назву газопаротурбінної (МПТУ).
Рис. 1. Схема газопаротурбінної установки
Робочий процес в паровій турбіні на режимах часткової потужності значно відрізняється від робочого процесу на режимі повної потужності. Це пояснюється тим, що проточна частина всіх ступенів турбіни, крім першої (регулювальної), залишається незмінною при зменшенні витрат G c пари в одиницю часу - секунду.
Ефективна потужність (у кВт) парової турбіни залежить ог трьох величин:
N е = G c H a oe,
де G c - витрата пари через турбіну в одиницю часу, кг / с;
H а - Адіабатний перепад ентальпій, кДж / кг;
oe - ефективний к. п. д. турбіни.
Змінюючи всі величини одночасно або тільки деякі з них, можна змінювати потужність, що розвивається турбіною. Але очевидно, що для зниження потужності найбільш вигідно зменшити тільки витрата пари в одиницю часу, залишаючи постійними Адіабатний перепад ентальпій і к. п. д.
Існують наступні способи регулювання потужності: якісне, або дросельне; кількісне; змішане, або кількісно-якісне.
Якісна (дросельне) регулювання. Це найпростіший спосіб регулювання потужності парової турбіни. Він полягає у зміні відкриття клапана, встановленого перед турбіною; маневрового перед головною, дросельного - перед допоміжною. При повній потужності клапан відкритий повністю. Для зменшення потужності його прикривають. Внаслідок цього в зазорі між клапанної тарілкою і гніздом відбувається процес дроселювання пари й тиск його за клапаном падає, тобто спільно зі зменшенням витрати пари змінюється і якість його, від чого цей спосіб регулювання і отримав свою назву якісне, або дросельне. При якісному регулюванні значно знижується економічність турбіни.
Зазвичай прагнуть регулювати маневровий клапан так, щоб зміна потужності ГТЗА було прямо пропорційно куті повороту маховика, за допомогою якого керують клапаном.
Кількісне регулювання. Здійснюється зміною числа повністю відкритих соплових клапанів, при цьому вимірюється число працюючих сопел, а отже, і витрата пари. Очевидно, що такий спосіб регулювання може здійснюватися тільки тоді, коли першою - регулювальної - щаблем турбіни є активна щабель, при цьому якість пари, тобто його параметри, перед рештою у відкритому стані соплами першого ступеня залишається постійним. Втрати енергії пари виключаються, і турбіна працює економічно.
Змішане регулювання. Кількісне регулювання в чистому вигляді можна здійснити тільки на певних режимах роботи турбіни, а кількість режимів залежить від числа груп сопел (від 2 до 6). На всіх проміжних режимах доводиться застосовувати змішане регулювання, що полягає в тому, що в першу чергу проводиться кількісне регулювання, а потім на додаток до нього здійснюється якісне шляхом прикриття маневрового клапана (або одного з соплових клапанів).
Вплив зміни основних параметрів пари на тепловій процес в турбіні. Розглянемо, як впливає на тепловий процес зміна витрати пари. При роботі багатоступінчастої турбіни з частковим навантаженням загальна витрата пари на турбіну зменшується. При цьому навантаження ступенів турбіни перерозподіляється. Тиск у камері першої (регулювальної) ступені падає, ця ступінь при незмінних початкові параметри пари переробляє більший перепад ентальпій і працює з перевантаженням. Абсолютна швидкість пара з х на виході з сопел регулювальної ступені зі зменшенням тиску в камері ступені збільшується. У той же час частота обертання турбіни зменшується із зменшенням потужності, а отже, падає окружна швидкість і змінюється характеристика u / с 1. Внаслідок цього к. п. д. регулювальної ступені значно знижується. Те ж відбувається і у всіх інших щаблях, окрім останньої. К. п. д. всій турбіни знижується, а отже, питома витрата пари зростає.
На режимі малої потужності вхідна швидкість з 1 значно збільшується, а окружна швидкість сильно зменшується, тому трикутники швидкостей щаблі деформуються, паровий потік надходить на робочий вінець з ударом в увігнуті поверхні лопаток, що додатково знижує к. п. д. щаблі.
При кількісному регулюванні і при збільшенні витрати пари тиск пари за регулювальної ступенем (у порівнянні з тиском пари на розрахунковому режимі повного ходу) підвищується, отже, спрацьовує в цьому ступені перепад ентальпій зменшується.
При якісному регулюванні (шляхом дроселювання пари) при впуску в турбіну пара сумарний Адіабатний перепад ентальпій в ній зменшується головним чином внаслідок зменшення перепаду ентальпій в останньому щаблі, що ще більше збільшує питому витрату пари і знижує економічність турбіни.
Перерозподіл перепадів ентальпій в ступенях турбіни при зміні витрати пари супроводжується зміною реактивності. При зменшенні витрати пари реактивність ступенів збільшується, що приводить до зростання навантаження на завзятий підшипник.
Завод-виробник зазвичай гарантує щодо тривалу роботу турбоагрегату при перевантаженні на 10-15%. При цьому турбіна працює з досить високою економічністю.
Суднові холодильні установки, як і енергетичні, на відміну від стаціонарних мають ряд особливостей щодо загального розташування охолоджуваних приміщень, розміщення устаткування і вибору його типу.
При проектуванні і будівництві стаціонарних холодильників бажано надавати їм форму куба, щоб при найбільшій ємності отримати мінімальну величину зовнішніх огороджувальних поверхонь. На суднах загальне розташування охолоджуваних вантажних приміщень, співвідношення їх розмірів і форма залежать від співвідношення розмірів корпусу судна і його форми, які визначаються морехідні якості судна, необхідною міцністю корпусу, його живучістю, районом плавання і багатьма іншими факторами. І все-таки при проектуванні вантажних рефрижераторних суден слід по можливості прагнути до найбільш вигідному співвідношенню між обсягом вантажних приміщень і розмірами огороджувальних поверхонь.
На суднах, де виробляють термічну обробку вантажу, витрата холоду через зовнішні огородження в порівнянні з витратою холоду на охолодження і особливо заморожування порівняно малий, тому висловлені вище міркування мають менше значення. У цьому випадку при виборі загального розташування вантажних охолоджуваних приміщень слід рахуватися з потоковість технологічного процесу і вантажних операцій, вироблених на судні.
Крім того, при виборі системи набору слід уникати застосування високих сталевих елементів набору, що створюють, незважаючи на ізоляцію, вельми значний теплопритоку в охолоджувані приміщення. З цієї точки зору для рефрижераторних суден найбільш доцільна поперечна система набору.
Що стосується провізіонних камер, то їх загальне розташування, а також система їх набору особливого значення не мають, оскільки витрата холоду на них невеликий. У цьому випадку беруть до уваги тільки зручність користування ними.
Сталеве судно, розділене на відсіки поперечними і поздовжніми перегородками і проміжними палубами, являє собою розгалужену теплопровідних систему, всередині якої знаходяться приміщення з дуже високою температурою і джерелами тепла (машинні і котельні відділення, електростанції, акумуляторні і т. д.). Очевидно, що охолоджувані приміщення незалежно від їх призначення необхідно розташовувати далі від цих джерел тепла.
Іншою особливістю судновий Холодильній установки на відміну від стаціонарної є підвищені вимоги до надійності та безпеки її роботи, які визначаються Правилами Регістру, а також Правилами класифікаційних товариств інших країн.
Конструкція окремих механізмів, апаратів і інших елементів суднової холодильної установки, їх розміщення і кріплення повинні забезпечувати надійну і безперебійну роботу установки в умовах шторму, крену і диференту. Ця вимога важливо ще й тому, що до деяких елементів установки немає доступу для огляду і ремонту в разі їх виходу з ладу під час рейсу (наприклад, до охолоджувальним батарей і повітропроводу, розташованим в трюмах). У зв'язку з цим Правила Регістру передбачають підвищені пробні тиску при випробуванні окремих елементів установки і трубопроводів на міцність і щільність.
Правила Регістру передбачають значне резервування механізмів, що входять до складу холодильної установки. Електроенергія для механізмів холодильної установки повинна подаватися не менш ніж від двох генераторів, а потужність кожного з генераторів - бути достатньою для роботи установки на повну продуктивність. Таке нераціональне з точки зору стаціонарної практики резервування виправдано світовим досвідом експлуатації рефрижераторного флоту; відомі випадки псування (з-за неправильного вибору холодопродуктивності і поганий експлуатації установки) великих партій вантажу; збитки в цьому випадку перевищували вартість судів, які здійснювали перевезення. У морських умовах при повному або навіть частковому виході холодильної установки з ладу переміщення вантажу на самому судні або перевантаження на інше судно, особливо при автономному плаванні, практично неможливі. Виняток становлять невеликі рефрижераторні суду, що базуються в море на плавучі бази і не віддаляються від них на великі відстані (наприклад, малі та середні траулери).
До судновий холодильній установці незалежно від її типу і призначення пред'являються наступні загальні вимоги: малі вагогабаритні показники, простота пристрою, "низька початкова вартість і малі експлуатаційні витрати, зокрема витрати електроенергії.
Холодильні установки отримують відповідний клас Регістру або іншого класифікаційного товариства, якщо вони розраховані, побудовані та змонтовані на судні відповідно до Правил цих товариств.
Обов'язковому нагляду Регістру підлягають і не класифікуються холодильні установки, якщо в системі знаходиться більше 300 кг холодильного агента.
Кондиціювання повітря здійснюється з метою підтримки в приміщеннях найбільш сприятливих для людини так званих комфортних умов. Ці умови в першу чергу визначаються температурою і вологістю повітря в поєднанні з його швидкістю руху, а також певним хімічним складом повітря і очищенням його від шкідливих домішок. Кондиціювання повітря є розвитком техніки опалення та вентиляції службових (машинні відділення, кермові рубки, камбузи, госпіталі і т. д.) і побутових (каюти, кают-компанії, салони, кінотеатри) приміщень. Дуже істотний, а іноді й вирішальне значення має кондиціонування повітря в приміщеннях, де розташовані різні обчислювальні прилади, тому що точність результатів обчислень багато в чому залежить від сталості температури і вологості повітря в цих приміщеннях. У деяких приладах здійснюється безпосереднє охолодження окремих деталей.
При кондиціонуванні повітря в зимовий час року виробляються його підігрів і зволоження, а в літній - охолодження і осушення. Для цього на судах використовуються холодильні машини, які в техніці кондиціонування повітря відіграють велику роль. Продуктивність холодильних машин, встановлених на деяких судах для кондиціонування повітря, перевищує 1 млн. ккал / год.
Слід сказати, що використання холодильних машин на судах не обмежується перерахованими областями їх застосування. У деяких випадках холодильні машини використовуються для охолодження питної води, вантажних танків бензіновозов та спиртовози, для створення штучних ковзанок на великих пасажирських лайнерах і інших цілей.
Перспективне використання холодильних машин для опріснення забортної води шляхом виморожування з неї кристалів прісного льоду.
Для отримання прісної води, а також опалювання приміщень вельми ефективне застосування на деяких судах холодильних машин, що працюють за циклом теплового насоса, так як в цьому випадку кількість тепла, що видається машиною, в кілька разів більше теплового еквівалента затрачуваної електроенергії.
В останні роки ведуться дослідження з використання холодильних машин у складі суднових енергетичних установок для підвищення їх потужності та економічності. Тут намічаються два шляхи.
Перший шлях - використання отбросного тепла для охолодження трюмів і отримання холоду для систем кондиціонування повітря за допомогою, так званих, тепловикористовуючих холодильних машин, а також для отримання додаткової енергії в прямих циклах, де робочим справою є холодильні агенти.
Другий шлях - охолодження повітря, що подається для спалювання палива в двигунах внутрішнього згоряння (ДВЗ) і газотурбінних установках (ГТУ). Так, випробування дизеля Д-50 показали, що при охолодженні наддувочного повітря, що має тиск 2 кг / см 2, до 5 е З потужність підвищилася з 1200 до 1800 е.. л. с. Ефективність застосування холодильних машин для цих цілей значно зростає, якщо холодильні машини працюють за рахунок тепла відпрацьованих газів.
Наведеними прикладами не вичерпуються всі можливості використання холодильних машин на судах. Розвиваючись газова промисловість вимагає перевезення зріджених газів (пропану, бутану, метану і т.д.), що вигідніше здійснювати без надлишкового тиску в ємностях, а для цього необхідно охолодження газу до досить низьких температур, приблизно до -160 ° С. У цьому випадку використовують каскадні холодильні машини, які, незважаючи на значні габарити і вага, виправдовують себе, так як перевезення газу під високим тиском вимагає сталевих танків з великою товщиною стінок. Крім того, завдяки штучному охолодженню значно скорочуються втрати газу.
На сучасних судах управління комплексами ГД - ВФШ і ГД-ВРШ здійснюється з рульової рубки за допомогою систем ДАУ.
Основною метою ДАУ є зменшення трудовитрат суднової команди з управління судном і підвищення безпеки мореплавання шляхом підвищення безпечної експлуатації ГД при маневруванні, виконання операцій з управління ГД в оптимальній послідовності, що дає можливість збільшити точність і швидкість виконання маневрів, мінімального завантаження операторів (штурмана) на містку і звільнення вахтового механіка від постійного перебування біля посту управління ГД.
Досвід експлуатації систем ДАУ на суднах транспортного морського флоту визначив ряд найбільш надійних і перспективних систем, що об'єднуються за основними ознаками. За робочої середовищі системи можуть бути електропневматичними (або суто електричними), переважно електронно-пневматичними, з логічною частиною, що виконується на елементах мікроелектроніки. Принцип включення в комплекс управління ГД - підключення паралельно систем дистанційного (місцевого) управління. Головний орган управління поєднується з машинним телеграфом.
Системи повинні бути гнучкими за структурою і універсальними за обсягом виконуваних функцій. За характером управління ГД можуть бути передбачені наступні програми: нормальна, маневрова, екстрена (аварійні) і розігрівання.
Найбільш досконалі системи ДАУ забезпечують:
- Необхідне доповнення блокувань систем дистанційного (місцевого) управління ГД;
- Статичну помилку підтримки заданого швидкісного режиму не більше ± 1,5% від номінальної частоти обертання ГД;
- Просте перемикання управління від системи ДАУ на дистанційне (місцевий) за час не більше 10 с;
- Роботу ГД поза зонами критичної частоти обертання, запобігаючи перевантаження, а у разі перевищення допустимого часу роботи в цих зонах здійснюючи сигналізацію;
- Аварійну зупинку ГД з рульової рубки за допомогою пристроїв, що живляться від незалежного джерела енергії (у деяких системах передбачається контроль справності електрично »ланцюгів цих пристроїв);
- Резервування основних виконавчих ланцюгів;
- Виконання останньої поданої команди, перериваючи виконання попередньої;
- Збереження заданого режиму роботи ДД (консерватизм системи ДАУ) у разі зникнення живлення, обривах в ланцюгах датчиків-частоти обертання ГД, команд і зворотного зв'язку по уставці регулятора швидкості;
- Автоматичний перехід на резервне живлення при припиненні основного;
- Повторні автоматичні спроби пуску (у межах трьох спроб);
- Обмеження тривалості кожної спроби пуску і загального часу всіх спроб;
- Обмеження максимальної пусковий паливоподачі в залежності від умов роботи ГД та обраної програми управління;
- Автоматичне введення установок частоти обертання початку контрпуска при реверсі ГД в залежності від інерції судна (за частотою обертання гребного гвинта, що працює в турбінному режимі);
- Ручну корекцію з рульової рубки частоти обертання вала ГД, якщо рукоятка машинного телеграфу має фіксовані положення, що відповідають заданим командам;
- Захист ГД з його зупинкою або зниженням навантаження при граничних відхиленнях критичних параметрів: тисків мастила і охолоджуючих середовищ ГД;
- Зняття захисту ГД в аварійних ситуаціях;
- Розвинену командно-виконавчу та аварійно-попереджувальну сигналізацію в рульовій рубці і машинному відділенні.
Системи ДАУ реверсивних ГД з прямою передачею потужності на. ВФШ дозволяють впливом на один орган управління (рукоятку машинного телеграфу рульової рубки судна) автоматично проводити операції з пуску, зупинці, реверсування і зміни частоти обертання двигуна.
Ряд додаткових органів дозволяє переходити з дистанційного управління на ручне і назад, перемикати програми, управління, проводити аварійну зупинку ГД.
Незалежно від роду застосовуваної робочого середовища структурно таку систему (рис. 2) можна розділити на три основні канали: управління реверсом, пуском і частотою обертання.
Впливом на відповідні органи пульта управління і; сигналізації ПУС в залежності від умов роботи судна вибирається необхідна програма управління ГД. Сигнали датчика команд ДК, що приводиться в дію за допомогою рукоятки машинного телеграфу МТ, безпосередньо надходять в канали управління реверсом і частотою обертання (паливоподачею). За сигналами дискретних (позиційних) датчиків ДПД1 і ДПД2 здійснюється контроль положення органів реверсу і тяги ТНВД. Датчик частоти обертання ДЧВ виробляє сигнал про частоту обертання колінчастого вала ГД, що надходить у канал управління пуском. У системах без навішеній на двигун всережимного регулятора цей сигнал надходить також у канал управління частотою обертання. У залежності від властивостей пускореверсівной системи даного двигуна проводиться вибір певного алгоритму функціонування та налаштування системи ДАУ. Цей алгоритм реалізується подачею команд у певній послідовності і на певному рівні параметрів як в канали системи ДАУ, так і на органи штатної системи управління ГД.
Особливостями пускової і реверсивної системи двигуни визначається послідовність проходження сигналів на клапан керування пуском КУП, звільнення і рух тяги ТНВД.
Рис. 2. Структурна схема ДАУ реверсивного дизеля
У більшості відомих систем ДАУ висновок ГД на задану частоту обертання проводиться через всережимний регулятор, включений за всережимний схемою. Цей же регулятор потім стабілізує задану частоту обертання при зміні зовнішніх умов плавання. Проте у ряді електронно-пневматичних систем ДАУ функції регулятора виконують електричні пристрої. Логічна частина пристроїв зі зворотним зв'язком від ДЧВ управляє виконавчим механізмом, який безпосередньо впливає на тягу ТНВД.
У сучасних системах ДАУ є пристрої захисту ГД від перевантаження, працюючи за принципом обмеження навантаження за заданою або справжньої (фактичної) частоті обертання валу. Ці пристрої можуть діяти як через навішені на ГД регулятор, так і через електронний, вбудований в систему ДАУ. Краще застосовувати пристроїв обмеження навантаження за справжньою частоті обертання валу двигуна. Тоді зі зростанням навантаження за сигналами від аналогових датчиків частоти обертання ДЧВ і положення ДПА тяги ТНВД відбувається зниження уставки завдання регулятора за законом закладеної обмежувальної характеристики.
Література
І.В. Вознізкій «Суднові двигуни внутрішнього згоряння», М., Транспорт, 1979, 413 стор
В.С. Онасенко «Автоматизація суднових енергетичних установок», М., Транспорт, 1981,270 стор
А.М. Манькова «Суднові пароенергетіческіе установки», М., Транспорт, 1989,237 стор
А. П. Добровольський «Суднові холодильні машини і установки", Ленінград, Суднобудування, 1969, 252 стор