Современное состояние судового и энергетического турбиностроения.

Введение

Роль турбин в судовых и корабельных паро и газотурбинных установках.

Турбина (турбомашина) представляет собой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия рабочего тела преобразуется в механическую работу(энергию) вращения ротора. Это вращение осуществляется непрерывно в процессе преобразования энергии и может непосредственно передаваться к движителю(например, генератору или винту).

 

Краткая историческая справка.

Первые паровые турбины были построены в 1806…1813 г.г. Поликарпом Залесовым на Суздальском заводе. В 1815…1825 годах механики из Нижнего Тагила отец и сын Черепановы сделали попытку применить паровую турбину в качестве двигателя для паровоза. Пионерами турбостроения являются русские ученые и инженеры С.А. Бурачек, А.И. Шпаковский, П.Д. Кузьминский.

В технически приемлемом виде первая паровая турбина появилась в XIX веке почти одновременно в Швеции и Англии.

Паровая турбина получила более широкое развитие тогда, когда она была объединена с электрическим генератором. В развитии турбины на этом пути большое значение имели работы английского инженера Чарльза Парсонса. В 1884 году он создал реактивную многоступенчатую паровую турбину для привода электрического генератора.

Далее развитие паровых турбин пошло по пути повышения экономичности и снижения расходов.

Первое практическое применение в качестве корабельного двигателя паровая турбина получила на надводных кораблях. Уже в 1894 г.

В 1900…1903 гг. была сконструирована и выпущена на Санкт-Петербургском металлическом заводе первая отечественная турбина мощностью 200 квт.

Важнейшим событием в развитии отечественного турбостроения явилось проектирование и строительство турбин для эскадренного миноносца "Новик" в 1910…1912 годах, главная энергетическая установка которого состояла из трех турбин общей мощностью 32400 л.с.

Все это в значительной мере оказало существенное влияние на развитие судовых энергетических установок Проектирование и строительство АЛ «Ленин» в 1956-59 гг. потребовало создания таких судовых ЯЭУ, которые по своим качественным показателям существенно превосходили бы КТЭУ.

При этом требовалось обеспечить более высокую по сравнению с установками второго поколения безопасность, надежность, ремонтопригодность, маневренность(«Ямал», «50 лет Победы»)рис 1.

Создание атомных ледоколов обеспечило им практически неограниченных продолжительности плавания в широтах Арктики

Рис 1. Атомный ледокол «50 лет Победы»

Современное состояние судового и энергетического турбиностроения.

Достижения фундаментальной науки и развитие техники позволяли в различные периоды ставить перед энергомашиностроителями ряд принципиально новых, соответствующих времени задач, решение которых существенно повышало боевые и эксплуатационные возможности кораблей Военно-Морского Флота РФ и ВМС зарубежных государств.

Основные научные проблемы, целенаправленно решавшиеся в интересах как отечественного, так и мирового кораблестроения в прошлом столетии применительно к корабельной энергетике, были связаны с созданием сначала корабельных паросиловых, затем, последовательно, дизельных, газотурбинных и атомных энергетических установок.

Последними кораблями отечественного ВМФ с котлотурбинными ЭУ стали корабли постройки 70-80-х гг. (ЭМ "Современный" проекта 956, ТАВКР "Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов" проекта 1143.5) рис. 2 и 3. Для этих кораблей были созданы высоконапорные котлы КВГ-З и КВГ-4, а для резервной котельной установки корабля "Адмирал Нахимов" проекта 1144 - котел КВГ-2.

 

Рис. 2 Эскадренный миноносец «Современный» проекта 956

Рис. 3 ТАВКР "Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов" проекта 1143.5

Основными преимуществами газотурбинных двигателей (ГТД) являются: высокая экономичность (на нагрузках близких к номинальной), большие агрегатные мощности при малых массе и габаритах (энергоемкость ГТД составляет 1-3 МВт/м³, 1-2 МВт/т), высокая маневренность и готовность к действию (приготовление к действия - 10-15 минут, время запуска – 120-180 секунд), приспособленность к автоматизации, высокая надежность, относительная простота конструкции и обслуживания, высокая технологичность, возможность агрегатного ремонта и др.

Эти преимущества позволили газотурбинным энергетическим установкам (ГТЭУ) занять достойное место в корабельной энергетике военных флотов различных стран мира. Примерное распределение типов главных энергетических установок (ГЭУ) на кораблях ВМФ РФ отражено на рисунке 4.

Рис. 4 Типы энергетических установок кораблей Российского ВМФ

Особое место в развитии ГТЭУ имеет создание таких установок для кораблей на подводных крыльях и на воздушной подушке. В свое время были созданы и проверены в эксплуатации газотурбинные установки для пяти проектов кораблей и судов на подводных крыльях (КПК) водоизмещением от 100 до 1100 т. На КПК были применены базовые двигатели облегченной конструкции и легкие редукторы по схемам, требуемым для конкретных кораблей. Новым решением в газотурбинных установках для КПК является создание угловой редукторной передачи единичной мощностью до 20000 л.с. с погружением нижнего редуктора до 12 м. Такая передача применялась в двух вариантах – со стационарным положением нижнего редуктора и с разворотом его на 180 градусов в неработающем состоянии. В ВМФ были созданы МПК проекта «Сокол-2» с ГТЭУ М16 + М10 х 2. Для пассажирского судна «Циклон» была создана ГТЭУ М37 (рис 5).

Рис 5 пассажирского судна «Циклон»

 

Задачи курса

Цель выполнения проекта:

- закрепление теоретических знаний;

- формирование навыков применения полученных знаний для решения прикладных задач проектирования ГК и её элементов;

- подготовка к выполнению дипломного проекта;

- подготовка к самостоятельной работе по избранной специальности;

- развитие творческих способностей студентов.

При выполнении курсового проекта по дисциплине «СЭУ: ПТУ» студенты применяют знания, полученные не только при изучении данного курса лекций, но и таких курсов, как «Теоретические основы судовой энергетики», «Теплообменное оборудование», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов» и др.

 

Раздел 1. Судовые турбины