Величко С.В. Устройство и живучесть корабля

Подождите немного. Документ загружается.

Помещения корабля в зависимости от размещенных в них

элементов ЭУ подразделяются на отделения (отсеки):

реакторный (Р), котельный (К), турбинный (машинный - М),

дизельный и электромоторный. На некоторых кораблях паровые

котлы и турбины размещаются в одном отсеке (отделении),

который в этом случае называется машинно-котельным

отделением (МК.О).

Энергетическая установка состоит из генераторов

электрической энергии, распределительных и защитных

устройств, средств канализации электроэнергии и контрольно-

измерительных приборов (КИП).

В качестве приводов генераторов могут быть

использованы турбины (турбогенератор - ТГ) или дизели

(дизель-генератор - ДГ). ТГ и ДГ вместе с распределительными,

защитными устройствами и КИП размещаются, как правило, в

отдельных помещениях, называемых электростанциями.

Вспомогательная установка состоит, как правило, из

парового котла небольшой производительности с

обслуживающими его механизмами, стояночного турбо- или

дизель-генератора, вспомогательного конденсатора.

К независимым механизмам, обслуживающим работу

главной установки, относятся турбо- и электровентиляторы,

осуществляющие вентилирование машинных и котельных

отделений, электростанций, а также испарительные установки,

восполняющие утечку питательной воды за счет получения ее из

забортной воды.

К механизмам общекорабельного назначения относятся

пожарные турбо- и электронасосы, компрессоры воздуха

высокого давления (ВВД) и т. д.

Общие тактико-технические требования, наиболее полно

характеризующие энергетические установки кораблей:

мощность, маневренность, эксплуатационная надежность,

моторесурс, скрытность действия, массовые, габаритные и

экономические показатели, а также безопасность эксплуатации и

удобство обслуживания.

3.2. СХЕМЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Составные части и принцип действия ядерной

энергетической установки по сравнению с другими

энергетическими установками ЯЭУ значительно увеличивает

боевую эффективность кораблей, так как имеют ряд достоинств:

обеспечивают практически неограниченную дальность плавания,

не требуют больших запасов топлива, воздуха для своей работы.

В то же время ЯЭУ имеют высокую стоимость, большие

массы и габариты (из-за необходимости применения тяжелой

биологической защиты).

В ЯЭУ получение тепловой энергии осуществляется в

ядерном реакторе (ЯР) (рис. 3.1), где происходит управляемая

цепная реакция деления ядер изотопов урана.

Рис. 3.1. Структурная схема ядерной энергетической установки:

1 - ядерный реактор; 2 - баллон со сжатым газом; 3 -

компенсатор объема; 4 - парогенератор; 5 - турбина; 6 - главный

редуктор; 7 - главный упорный подшипник; 8 - главный

конденсатор; 9 - питательный насос; 10 - деаэратор; 11 - фильтр;

12 - холодильник; 13 - главный циркуляционный насос; 14 -

биологическая защита

Выделенная тепловая энергия преобразуется в

механическую по определенному циклу. В ЯР нагревается

циркулирующий здесь теплоноситель (вода, жидкий металл, газ

и т. п.), который переносит тепло из ЯР в парогенератор (ПГ),

где отдает его рабочему телу второго контура, а затем главным

циркуляционным насосом (ГЦН) снова подается для нагревания

в ЯР. Наибольшее распространение получили ЯЭУ с

дистиллированной водой в качестве теплоносителя. В ЯР вода

нагревается до температуры, величина которой превышает

температуру кипения. Для удержания воды в жидком состоянии

внутри замкнутого контура, образованного ЯР, ПГ, ГЦН и

трубопроводами создается высокое давление при помощи

компенсатора объема (КО) и баллона с инертным газом.

Ядерный реактор, трубопроводы, парогенератор,

компенсатор объема и обеспечивающие их работу механизмы,

агрегаты, приборы и устройства составляют

паропроизводительную установку (ППУ), или 1 контур. Так как

все элементы ППУ во время работы ЯР радиоактивны, они

размещаются внутри биологической защиты в герметичном

помещении - реакторном отделении. Часть (1 - 2% общего

количества) теплоносителя непрерывно очищается в фильтре от

радиоактивных ионов и снова подается в ЯР.

Нагретый в ЯР теплоноситель, поступая в ПГ, циркулирует

там внутри трубок, нагревая их стенки. Снаружи трубок

находится питательная вода, которая, нагреваясь, превращается в

пар. Пар направляется в турбину. На ее лопатках энергия пара

преобразуется в механическую работу на валу. Эта работа через

главный редуктор по гребному валу передается на вращение

гребного винта. Возникающий при этом упор воздействует на

главный упорный подшипник (ГУП) и обеспечивает движение

корабля.

Отработавший в турбине пар поступает в главный

конденсатор, где конденсируется, а затем фильтруется, и с

помощью питательного насоса снова направляется в

парогенератор.

Вторая часть ЯЭУ, где преобразуется тепловая энергия

пара в механическую энергию, состоящая из паровой турбины,

главного редуктора, упорного подшипника, главного

конденсатора, питательного насоса, других механизмов,

аппаратов и приборов, обеспечивающих их работу, составляют

паротурбинную энергетическую установку, или 2-й контур.

Составные части и принцип действия котлотурбинной

энергетической установки

Котлотурбинной энергетической установкой (КТЭУ)

называется энергетическая установка на органическом топливе, в

состав которой входят:

- главная котельная установка, обеспечивающая паром

паротурбинную установку и бытовые нужды личного состава на

ходу корабля;

- паротурбинная установка, преобразующая тепловую

энергию пара в механическую работу для вращения

валопроводов с гребными винтами;

- главная конденсационная установка, которая служит для

конденсации пара, поступающего от главных турбин,

вспомогательных турбомеханизмов и теплообменных аппаратов;

- валопроводы и гребные винты, создающие упор для

обеспечения движения корабля;

- вспомогательные механизмы, трубопроводы и аппараты,

обслуживающие КТУ.

Главные котлы, турбины и конденсаторы с

обслуживающими их механизмами и системами, валопроводы с

гребными винтами объединены в две турбокотельные группы,

каждая из которых размещена в своем машинно-котельном

отделении (МКО), составляя машинно-котельную установку

(МКУ).

В состав каждой турбокотельной группы входят:

паротурбинная установка (ПТУ), котельная установка (КУ),

включающая в себя два главных паровых котла и

обслуживающие их вспомогательные механизмы, системы и

аппараты, валопровод с гребным

винтом.

Структурная тепловая схема КТУ изображена на рис. 3.2.

Она представляет собой круговой замкнутый процесс движения

пара и конденсата. В КТУ рабочим телом является водяной пар,

полученный из воды, с определенными требованиями по

чистоте.

От главных паровых котлов (ГПК) отбирается перегретый

пар давлением до Рп=6,5 МПа. Перегретый пар через

быстрозапорный главный стопорный клапан 6 парового котла 8

поступает в главный и вспомогательный паропроводы.

Рис. 3.2. Структурная схема КТУ:

1 - гребной винт; 2 - главный упорный подшипник: 3 - редуктор;

4 - паровая турбина; 5 - маневровое устройство; 6 -

быстрозапорный клапан; 7 - главный стопорный клапан: 8 -

главный паровой котел; 9 - топливный насос; 10 - компрессор; 11

- питательный насос: 12 - бустерный насос; 13 - деаэратор; 14 -

конденсатный насос; 15 - главный конденсатор; 16 -

циркуляционный насос

Пар, проходя через быстрозапорный клапан 6, по главному

паропроводу поступает к органам управления и паровой турбине

4 переднего хода или маневровому устройству 5 и от него к

паровой турбине заднего хода.

По вспомогательному паропроводу перегретый пар

поступает к части паровых турбин вспомогательных

механизмов. Насыщенный пар от стопорного клапана

насыщенного пара поступает по трубопроводу к механизмам,

теплообменным аппаратам и системам (отопление, паротушение,

свисток и сирена и т. д.), работающим на насыщенном паре.

Процесс превращения потенциальной энергии пара в

механическую энергию осуществляется в паровых турбинах и

вспомогательных турбомеханизмах. Отработавший пар от

паровых турбин поступает в главный конденсатор 15, а от

вспомогательных механизмов (ВМ) - в трубопровод

отработавшего пара. Из трубопровода отработавший пар

поступает через автоматический клапан в 1 деаэратор 13, на

испарительную установку, уплотнение турбин и

турбогенераторов, теплообменные аппараты.

Избыток отработавшего пара в трубопроводе сбрасывается

в главный конденсатор, а недостаток восполняется из

трубопровода насыщенного пара через автоматический клапан.

В главном конденсаторе отработавший пар омывает

охлаждающие трубки, внутри которых прокачивается забортная

вода, охлаждается и конденсируется.

Конденсат из нижней части главного конденсатора

откачивается конденсатным насосом 14 и подается по

трубопроводу в деаэратор 13. В деаэраторе конденсат

подогревается и разбрызгивается, в результате чего из него

выделяется воздух, содержащий кислород, что способствует

уменьшению коррозии внутренних поверхностей котлов и т. п.

Подогретый и деаэрованный конденсат из деаэратора

откачивается бустерным насосом 12, который повышает

давление конденсата и подает его питательному насосу II.

Питательный насос повышает давление конденсата до величины,

превышающей давление пара в главном котле, и по

трубопроводу нагнетает его в паровой котел. В главном паровом

котле конденсат (теперь котельная вода) испаряется за счет

теплоты топлива, сжигаемого в топке котла, и превращается в

пар. Затем замкнутый круговой процесс движения пара и

конденсата повторяется.

Поддержание необходимого уровня конденсата в главном

конденсаторе и деаэраторе обеспечивается автоматически

специальными регуляторами уровня.

Пополнение утечек конденсата из системы через

неплотности арматуры, фланцевые соединения и т. п.

осуществляется автоматически из уравнительной цистерны в

главный конденсатор. В уравнительную цистерну конденсат

(котельная вода) подается из запасных цистерн, расход воды в

которых пополняется испарительными установками.

В зависимости от параметров и количества пара,

поступающего для работы паротурбинной установки,

изменяются величина вращающего момента на гребном валу и

упор гребного винта.

Валопровод (рис. 3.3) предназначен для передачи

вращения от ГТЗА гребному винту и для передачи упора

гребного винта корпусу корабля через упорный подшипник.

Количество вало-проводов определяется количеством ГТЗА.

Валопроводы имеют уклон в корму, так как носовые части

линий валов расположены у оси редуктора ГТЗА, а гребные

винты должны быть погружены в воду как можно глубже. Кроме

того, линии валов имеют развал, т. е. их кормовые концы

разнесены по ширине корабля для удобства размещения гребных

винтов.

Валопровод состоит из следующих основных узлов:

гребного вала с гребным винтом, промежуточных валов,

опорных подшипников, вспомогательного упорного

подшипника, переборочных сальников, дейдвудной трубы с

сальником, кронштейна с втулкой, системы охлаждения

подшипников.

Составные части и принцип действия газотурбинных

установок

Газотурбинные энергетические установки (ГТЭУ)

применяются на кораблях в качестве главных и форсажных.

Рис. 3.3. Схема валопровода:

1 - гребной винт; 2 - кронштейн для поддержания гребного вала;

3 - гребной вал; 4 - наружный дейдвудный сальник; 5 -

дейдвудный вал; 6 - внутренний дейдвудный сальник; 7 -

опорный вал; 8 - опорный подшипник: 9 - упорный вал; 10 -

упорный подшипник

По сравнению с котлотурбинными газотурбинные

установки имеют более высокий КПД, но значительно меньший

моторесурс.

ГТЭУ состоит из главных турбозубчатых агрегатов

(ГТЗА), систем, их обслуживающих, и валопроводов.

ГТЗА включают в себя один или несколько газотурбинных

двигателей и зубчатую передачу (главный редуктор).

Газотурбинный двигатель (ГТД) - это тепловой двигатель

ротативного типа, в котором тепловая энергия предварительно

сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу

на валу газовой турбины. На кораблях устанавливаются ГТД

открытого типа (рабочий процесс начинается и заканчивается в

атмосфере).

Работу ГТЭУ обеспечивают: корабельная топливная и

масляная системы и система сжатого воздуха, системы,

непосредственно входящие в состав газотурбинного двигателя

(топливная, масляная, управления и защиты, охлаждения,

суфлирования (отвод паров и масла), дренажная, сжатого

воздуха).

Принцип действия ГТЭУ (рис. 3.4): от пускового

электродвигателя 4 в действие приводится компрессор 6,

который засасывает атмосферный воздух, сжимает его и

направляет в камеру сгорания 3, куда подается топливо,

подогретое до 120 - 140° С. Топливо распыляется в камере

сгорания с помощью форсунки с механическим распылом

центробежного типа. Распыленное топливо перемешивается с

воздухом, образуя горючую смесь, которая воспламеняется с

помощью электросвечи.

Газы из камеры сгорания поступают в проточную часть

газовой турбины 5, где расширяются и совершают работу. Как

только газовая турбина начинает работать, пусковой

электродвигатель отключается и дальнейшая работа компрессора

осуществляется за счет газовой турбины.

Для улучшения процесса сгорания и повышения

экономичности воздух после компрессора подогревается в

регенераторе 2 теплом отработавших газов. Газовая турбина

через редуктор 1 передает усилие винту.

Составные части и принцип действия дизельной

энергетической установки

Энергетическая установка с двигателями внутреннего

сгорания (ДВС) на надводных кораблях состоит из следующих

основных частей: двигателей внутреннего сгорания,

вспомогательных механизмов, систем и устройств.

Двигатель внутреннего сгорания - это тепловой двигатель,

внутри которого происходит сжигание топлива и преобразование

части выделившегося тепла в механическую работу. Дизель - это

двигатель внутреннего сгорания с воспламенением топлива от

сжатия.

Дизельные энергетические установки (ДЭУ)

устанавливаются на кораблях малого и среднего водоизмещения.

ДЭУ обладают малыми весовыми и габаритными показателями,

высокой экономичностью в широком диапазоне нагрузок,

хорошими маневренными качествами, практически немедленной

готовностью к действию.

К недостаткам ДЭУ относятся: сравнительно небольшая

агрегатная мощность, повышенная шумность и вибрация при

работе.

Рис. 3.4. Схема газотурбинной установки открытого типа:

1 - редуктор; 2 - регенератор; 3 - камера сгорания; 4 - пусковой

электродвигатель;

5 - газовая турбина; 6 - компрессор

На кораблях устанавливаются как четырехтактные, так и

двухтактные двигатели внутреннего сгорания. В четырехтактных

двигателях рабочий цикл осуществляется за четыре хода (такта)

поршня или два оборота коленчатого вала, а в двухтактных

двигателях рабочий цикл совершается за два хода поршня или за

один оборот коленчатого вала.

Наиболее широкое применение на кораблях получили

ДЭУ, работающие на тяжелом топливе (дизельном топливе).

Работу дизеля обеспечивают системы: топливная, смазки,

охлаждения, пуска, воздухоснабжения и газовыпуска.