ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

 

Нижний Новгород

2012
Федеральное агенство морского и речного транспорта

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волжская государственная академия водного транспорта»

 

 

Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок

 

 

Ю. В. Варечкин, М.Ю.Храмов

 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

 

Учебное пособие для студентов очного и заочного обучения  специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

 

 Нижний Новгород

Издательство ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

2012

УДК 629.12-135

В18

 

Варечкин, Ю. В.

Эксплуатация судовых турбомашин: учеб. пособие /Ю.В. Варечкин, М.Ю. Храмов. - Н.Новгород : Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2012. – 104с.

 

Рассмотрены различные схемы паровых и газовых установок. Приведено описание принципа их действия и конструкции, а также устройство основных деталей турбин и компрессоров. Описаны системы: топливная, смазывания, охлаждения, управления и защиты. Даны основы технической эксплуатации судовых паровых и газовых установок.

 

Для студентов очного и заочного обучения специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок».

 

Рецензент - доц., к.т.н. В.И. Беспалов.

 

Работа рекомендована к изданию кафедрой эксплуатации судовых энергетических установок (протокол № 13 от 5.05.2011г.).

Введение

На современных судах мирового флота в качестве главных двигателей преимущественно устанавливаются двигатели внутреннего сгорания, но наряду с ними устанавливаются паровые и газовые турбины, отвечающие требованиям новой техники и экономичности для больших мощностей.

Турбина (от латинского turbo «вихрь») представляет собой ротационный тепловой двигатель лопаточного типа. Действие турбины основано на преобразовании тепловой (потенциальной) энергии пара (газа) в кинетическую, с последующим преобразованием энергии в механическую энергию вращающего вала.

Лопаточные двигатели по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания обладают рядом существенных преимуществ. К их числу относятся: непрерывность и устойчивость рабочего процесса, уравновешенность, практически неограниченная мощность, высокая надежность, простота обслуживания, более низкий удельный вес и малые габариты, по сравнению с дизелями аналогичной мощности.

Рабочий процесс турбин характерен постоянством тепловых явлений - теплопередачи и теплового режима в рабочих органах и полостях, что способствует долговечности работы турбин без вскрытия.

Судовой механик работающий на судне с главными двигателями, паровыми или газовыми турбинами, должен разбираться в вопросах рабочего процесса, конструкциях турбин и знать особенности их технической эксплуатации.

 

Судовые паротурбинные установки (ПТУ)

Классификация ПТУ

Судовые паротурбинные установки классифицируются по нескольким признакам.

1. По назначению:

- главные турбины, обеспечивающие судну движение на передний и задний ход;

-турбины вспомогательных механизмов - электрогенераторов, насосов.

2. По числу корпусов: одно- и многокорпусные;

3. По давлению пара, подводимого к турбине: турбины высокого (7,85 МПа), среднего (не более 4,1 МПа), и низкого (ниже 2,8 МПа) давления.

4. По давлению пара на выходе из турбины:

- конденсационные, в которых пар расширяется до давлении ниже атмосферного,

- с противодавлением, давление отработавшего пара которых выше атмосферного.

5. По способу преобразования энергии пара:

- активные, если расширения пара происходит только в сопловых аппаратах турбины;

- реактивные, если располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию примерно поровну в сопловых и рабочих аппаратах;

- комбинированные активно-реактивные турбины;

6.По числу потоков пара;

- однопроточные;

- двухпроточные, когда поток пара после входа в турбину идет в двух противоположных направлениях.

7. По направлению движения пара:

- осевые, если движение пара направлено вдоль оси турбины;

- радиальные, если он движется в плоскости перпендикулярной к оси турбины.

8. По расположению оси турбины:

- горизонтальные (главные и вспомогательные);

- вертикальные (вспомогательные).

9. По способу передачи мощности:

- прямодействующие (с прямой передачей на дополнительный механизм);

- с передачей мощности через зубчатую, гидравлическую или  электрическую передачи.

10. По направлению вращения:

- реверсивные турбоагрегаты, используемые в качестве главных, обратное направление вращения обеспечивается специальной турбиной заднего хода (ТЗХ);

- нереверсивные турбины для главных двигателей, когда реверс судна обеспечивается электрической передачей или винтом регулируемого шага (ВРЩ), а также для вспомогательных механизмов.

 

Принцип действия ПТУ

На Рис. 1 представлена схема паротурбинной установки.

Рис. 1. Схема паротурбинной установки 1- гребной винт, 2- редуктор, 3 - турбина, 4 - котлоагрегат, 5 - пароперегреватель, 6 - питательный насос, 7 - питательный бак, 8 - конденсационный насос, 9 - конденсатор

Пар, получаемый в котлоагрегате 4, поступает в пароперегреватель 5, а затем в турбину 3. Механическая энергия вырабатываемая турбиной, через редуктор 2 передается на гребной винт 1.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор 9. Конденсатор прокачивается забортной водой, которая и служит теплоприемником. В нем пар охлаждается и конденсируется; конденсат насосом 8 подается в питательный бак 7, из которого питательным насосом подается котлоагрегат.

Схема современного парового двухкорпусного турбозубчатого агрегата (ТЗА) приведена на Рис. 2.

Пар от котлов через маневровое устройство поступает к сопловым клапанам 1 турбины высокого давления (ТВД) 2. Маневровое устройство состоит из двух клапанов для подачи пара к турбине переднего хода и заднего хода (ТЗХ).

Пар, отработавший в ТВД по паропроводу 12, называемому ресивером попадает во входной патрубок 11, в корпус турбины низкого давления (ТНД) 10, где расположен ротор 8, а затем в конденсатор 9.

 

Рис. 2. Схема двухкорпусного турбозубчатого агрегата 1 - сопловые клапана, 2 - турбина высокого давления, 3 - ротор ТВД, 4, 7 - первые ступени редуктора, 5 - вторая ступень редуктора, 6 - выходной фланец редуктора, 8 - ротор ТНД, 9 - конденсатор, 10 - турбина низкого давления, 11- входной патрубок, 12 - паропровод.

Соприкасаясь с поверхностью трубок, внутри которых прокачивается вода, он превращается в конденсат, отводимый в питательную систему котла.

Передача мощности от турбины к гребному валу осуществляется посредством двухступенчатого редуктора. Крутящий момент от роторов 3 ТВД и 8 ТНД передается через соответствующие первые ступени редуктора 4 и 7, далее через общую вторую ступень 5 на выходной фланец редуктора 6, который соединен валопроводом с гребным винтом.

К конструкции судовых турбин и турбозубчатым агрегатам (ТЗА) в целом предъявляются высокие требования надежности и экономичности. При этом ТЗА должен обладать хорошими маневренными качествами, быть простым в обслуживании. Применение повышенных параметров пара по сравнению существующими, введение промежуточного перегрева пара, развитие системы подогрева питательной воды позволяет существенно повысить экономичность паротурбинной установки.

Конструкции ПТУ

Общий вид

К конструкциям современных судовых турбин и ТЗА в целом предъявляются высокие требования надежности и экономичности. При этом ТЗА должен обладать хорошими маневренными качествами, быть простым в обслуживании.

Конструкция турбоагрегата с промежуточным подогревом пара приведена на Рис. 3.

Рис. 3. Продольный разрез турбоагрегата 1 - подвод пара из вторичного пароперегревателя, 7 - подвод свежего пара, 8 - сопловая коробка ТВД, 9 - ТВД, 10 - отвод пара во вторичный пароперегреватель, 11 - концевое уплотнение, 12 - упорный подшипник, 13 - импеллер, 14 - гибкая опора, 15 - отбор пара.

Он состоит из двух корпусной турбины, трехступенчатого редуктора и конденсационной установки. Турбины высокого давления (ТВД) и турбины среднего давления (ТСД) размещены в одном корпусе, турбина низкого давления (ТНД) - в отдельном корпусе.

Турбина заднего хода (ТЗХ) отсутствует, поскольку реверсирование турбиной не предусмотрено.

ТВД-ТСД состоит из пяти активных ступеней высокого давления, после которых пар направляется в промежуточный пароперегреватель, и пяти активных ступеней среднего давления, к которым пар подводится после промежуточного перегрева. Потоки пара в ТВД-ТСД направлены от середины в противоположные стороны, что уменьшает утечки через концевые уплотнения.

Полости ступеней высокого и среднего давления разделены разъемной перегородкой с уплотнениями. Концевые части корпуса образуют выпускные патрубки.

На Рис. 4 представлена конструкция турбины низкого давления.

Рис. 4. Турбина низкого давления 1 - кормовой стул, 2 - отвод масла, 3 - зубчатая муфта, 4 - упорный подшипник, 5 - опорный подшипник, 6 - подвод пара из ТСД, 7 - ротор, 8 - концевое уплотнение, 9 - импеллер, 10 - патрубки отсоса пара от уплотнений, 11- гибкая опора, 12 - паровыпускной патрубок, 13 - диск, 14 - рабочие лопатки, 15 - диафрагмы, 16 - корпус, 17 - камера отбора пара.

Отработавший в ТВД пар по ресиверу поступает в паровпускную часть корпуса. Далее через проточную часть турбины и выходной патрубок идет в конденсатор.

Проточная часть ТНД состоит из 10 ступеней активного типа. Ротор жесткий, цельнокованый. С кормовой стороны ротора выточен гребень упорного подшипника и полумуфта, зубчатым венцом соединяющая с торсионным валом зубчатой передачи редуктора. На носовом торце укреплен импеллер, служащий для подачи импульса в систему регулирования.

Проточная часть

Проточную часть турбины составляют детали, при помощи которых совершается преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую, а затем кинетической в механическую работу вала.

К ним относятся: сопловые аппараты, направляющие и рабочие лопатки, вспомогательные детали бандажа, связывающая проволока, замки и крепежные детали.

В зависимости от расположения в корпусе турбин сопловые аппараты различают: регулировочных и первых ступеней группы, промежуточных диафрагм активных турбин, реактивных турбин.

На Рис. 5, а показана типовая конструкция индивидуальных фрезерованных лопаток, применяемых в первых ступенях главных турбин.

Индивидуальные цельнофрезерные сопла набираются либо непосредственно в пазы сопловой коробки, либо в сопловые сегменты, которые затем крепятся к ней. Для крепления сопла 1 снабжены в верхней части дуговыми выступами (фланцами) 2 и 3.

Рис. 5. Сопловые лопатки а) индивидуальные фрезерованные сопла; б) крепление сопл к корпусу; в) сборный сопловой фрагмент; г) сопловой сегмент с залитыми лопатками; д) литой сопловой сегмент.

Сборные сопловые аппараты (Рис. 5, в) состоят из цельнофрезерованных лопаток 1 и двух обойм наружной 2 и внутренней 3. Каждая лопатка в верхней и нижней частях имеет шип 5 и отверстие под заклепку 4 для крепления в обоймах.

Сопловые аппараты (Рис. 5, г) состоят из лопаток стального проката и тела сегмента 2, полученного путем заливки верхней и нижней частей лопаток чугуном с последующей обработкой.

Литые сопловые аппараты (Рис. 5, д) являются дешевыми, однако трудность качественной обработки каналов снижает их эффективность.

Направляющие и рабочие лопатки турбин неподвижно закреплены в корпусе или в диафрагмах. Рабочие лопатки крепятся к дискам или барабану.

Турбинные лопатки имеют разнообразную конструкцию. На Рис. 6 изображены наиболее часто применяемые в судовых турбинах рабочие и сопловые лопатки.

Рис. 6. Типы лопаток турбин - активная (а) и реактивная (б)

Каждая лопатка состоит из трех основных частей: хвостовой 1 для закрепления в роторе или корпусе, рабочей части 2, омываемой паром и концевой 3. Концевая часть представляет собой шип, на который насаживается ленточный бандаж либо так называемое уплотнение. Поперечные сечения лопатки в пределах рабочей части называется профилем лопатки.

Формы активных и реактивных лопаток отличаются между собой. Активные лопатки турбин имеют симметричную форму и образуют каналы примерно постоянной величины. Реактивные лопатки образуют суживающиеся каналы, в которых происходит расширение и ускорение рабочего тела.

Применяют следующие способы крепления лопаток на роторе: погружного типа и верхового типа.

На Рис. 7 представлены конструкции наиболее часто встречающихся форм хвостового крепления лопаток.

Рис. 7. Типы лопаточных хвостов

Сопловые лопатки реактивных турбин и направляющие лопатки ступеней скорости снабжаются хвостовиками только погружного типа (Рис. 7, а, б, в, г), хвостовики верхового типа (Рис. 7, д, е) могут применятся лишь при посадке рабочих лопаток на диски в активных одновенечных ступенях. Фиксируют лопатки с помощью планки, которая после установки лопатки соответствующим образом загибается (Рис.7, ж).

Для борьбы с вибрацией (от воздействия струи пара) вершины лопаток скреплены бандажной лентой, надеваемой на шипы, или связующей проволокой. Бандажная лента состоит из нескольких отрезков, объединяющих 6…12 лопаток, между которыми предусматриваются зазоры в 1,5…2мм для компенсации теплового расширения. Крайние лопатки иногда припаивают к бандажной ленте.

На Рис. 8 показано крепление реактивных лопаток связующей проволокой, которую пропускают через отверстия в лопатках 1 и припаивают к ним серебряным припоем.

Рис. 8. Установка связующих проволок	Рис. 9. Замки

Проволока состоит из отдельных отрезков, объединяющих 8…10 лопаток в отдельные пакеты. Для меньшей амплитуды колебаний между пакетами ставят демпфирующую проволоку 2 (мостик).

Для размещения лопаточных хвостовиков погружного типа в пазах ротора на окружности обода диска или барабана делают вырез (колодец), который после набора лопаток в ступень закрывают замком (Рис. 9)

Планка 2 штифтом 1 закрепляется на рабочем колесе.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: