Вспомогательные и угилизационпе котлы

На современных теплоходах котельная установка состоит из вспомогательного и утилизационного котлов. Утилизационные котлы работают только в ходовом режиме судна, когда за счет теплоты уходящих газов от главного двигателя в котле вырабатывается пар, необходимый для общесудовых и технических нужд. Это значит, что на ходу можно не включать вспомогательный хотел, что повышает кпд. установки.

Вспомогательные котлы по сравнению с главными конструктивно более простые. Они имеют небольшую паропроизводительность и вырабатывают пар с небольшими параметрами.

Утилизационные котлы бывает огнетрубными и водотрубными с естественной и принудительной циркуляцией. Огнетрубный утилизационный (рис. 9, а) сварной конструкции состоит из цилиндрического

Рис. 9 Типы утилизационных котлов

корпуса 2, верхней 3 и нижней I трубных досок, в которых закрепляются дымогарные трубы. Для внутреннего осмотра и очистки предусмотрены лючки 5. На корпусе имеется приварыши под арматуру.

Примером водотрубного утилизационного котла может служить котел, представленный на рис. 9. Котел двухколлекторный, вертикальный. Пароводяной коллектор 9соединен с водяным коллектором 7 водогрейными трубами 6 и 8. Трубы 6 являются подъемными, а трубы 8 - опускными. Отработавшие газы от главного двигателя подводятся к патрубку 5, омывают поверхности нагрева и через скорогасительную камеру 10 уходят в дымоход I. Для улучшения омывания труб пучка 6 газами в пучке установлена перегородка 2. Котел оборудован заслонками 4 и газонаправляещим щитом 3, служащими для направления части выпускных газов двигателя через поверхность нагрева котла или мимо нее в зависимости от потребностей в паре.

Вопросы для самопроверки

1. Какие конструктивные схемы пароперегревателей получили наибольшее распространение в судовых котлах?

2. Для чего служат продольные и поперечные перегородки в коллекторе петлевого пароперегревателя?

3. Каково назначение экономайзера котла?

4. Какой тип экономайзера применяется в судовых котлах?

5. Какие теплоносители могут быть в воздухоподогревателях в качестве греющих?

6. Какие воздухоподогреватели получили наибольшее распространение в котлах?

7. С какой целью стены котла выполняют двойными?

8. Для чего некоторые опоры котла делают подвижными, другие – неподвижными?

9. Сколько питательных клапанов устанавливается на котле и почему?

10. Сколько водоуказательных приборов должно быть на котле и почему?

11. Сколько предохранительных клапанов устанавливается на пароводяном барабане?

12. Где устанавливаются клапаны верхнего и нижнего продувания котла?

13. Когда пользуются клапаном для выпуска воздуха из котла и когда он устанавливается?

14. Каково назначение опускных труб в котле?

15. Какие устройства необходимы для обеспечения сгорания топлива в котле?

16. Каково назначение экранов в топке?

17. Каково назначение клапанов продувания?

18. Каково назначение сажеобдувочного устройства?

19. Каково назначение газового воздухоподогревателя?

20. Каково назначение пароперегревателя?

21. Назовите хвостовые поверхности котла.

22. Какие котлы устанавливаются на судне с дизельной установкой?

23. В чем особенность вспомогательных котлов?

24. В чем особенность утилизационного котла?

25. Какое топливо является наиболее распространенным в современных котельных установках?

26. Какой водой питается котел?

27. С какой целью осуществляется продувание котла?

Практическое занятие №7

УСТРОЙСТВО ПАРОВЫХ ТУРБИН

Турбина является тепловым ротационным двигателем, в котором тепловая потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а последняя в свою очередь преобразуется в механическую работу вращения вала, т.е. происходит двойное превращение энергии.

Рис. 1 Устройство простейшей турбины

Устройство простейшей турбины показано на рис. 1. Пар поступает из котла в неподвижный направляющий аппарат 4, так называемое сопло, и в нем расширяется; при этом потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, и на выходе из сопла пар приобретает значительную скорость. С этой скоростью пар поступает в каналы между рабочими лопатками 3, закрепленными на диске 2. Диск насажен на вал 1 турбины. Изогнутые поверхности рабочих лопаток изменяют направление потока пара, при этом пар за счет центробежных сил давит на их поверхности. Под действием этого давления возникает окружная сила, направленная по касательной к окружности, которая вращает диск, т.е. совершает механическую работу. Таким образом, между лопатками вращающегося диска происходит преобразование кинетической энергии пара в механическую работу.

В турбинах обычно устанавливают не одно сопло, а несколько. Совокупность неподвижных направляющих аппаратов (сопел) и рабочих лопаток, закрепленных на вращающемся диске, в которых происходит рассмотренный процесс, называется ступенью турбины.

Простейшие турбины, имеющие одну ступень, называются одноступенчатыми, а турбины, имеющие много ступеней - многоступенчатыми.

Турбины по принципу работы рабочего тела разделяются на две основные группы: турбины, в которых расширение рабочего тела происходит только в неподвижных соплах, а на рабочих лопатках используется лишь кинетическая энергия рабочего тела, называются активными; турбины, в которых расширение рабочего тела происходит в направляющей аппарате, и в каналах между рабочими лопатками, называются реактивными.

Направляющий аппарат, исходя из его конструкции, называется: в активной ступени - сопловой аппарат или сопла; в реактивной ступени - направляющие лопатки.

Сопла первой ступени активной турбины крепятся по окружности к корпусу турбины и размещаются на части длины окружности; сопла последующих ступеней монтируются в неподвижных диафрагмах и размещаются на всей длине окружности.

Направляющие лопатки реактивных ступеней размещаются по всей длине окружности и крепятся в пазах неподвижного корпуса турбины.

В активных турбинах рабочие лопатки крепятся на диске, насаженном на вал турбины. Облопаченный диск называют рабочим колесом. В реактивной турбине рабочими колесами служит барабан, в пазах которого закреплены рабочие лопатки всех ступеней.

Комплекс рабочих лопаток вместе с валом (дисками или барабаном), т.е. всех вращающихся частей турбины, называется ротором. Комплекс сопел, направляющих лопаток и других неподвижных частей вместе с корпусом турбины, в котором они закреплены, называется статором. Профилем лопатки называется поперечное сечение лопатки цилиндрической поверхностью.

На рис. 2 показана активная ступень и реактивная ступень с профилем направляющего аппарата и рабочих лопаток. В верхней части рис. 2 представлены графики изменения давления пара и абсолютной скорости пара.

Рис.2 Принцип действия активной (а) и реактивной (б) турбин.

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЩИЕ НА РАБОЧУЮ ЛОПАТКУ

Рассмотрим силы, действующие на рабочие лопатки активной и реактивной турбины (рис.3). На рис.3 показана полукруглая лопатка активной турбины, на которую струя пара вступает по касательной к поверхности лопатки. В своем движении струя пара огибает поверхность лопатки, вращающейся со скоростью U, и, изменяя направление движения, уходит с лопатки. При этом центробежные

силы частиц пара (на рис. 3, д показаны только три частицы а, б, в),

Рис. 3 Силы, действующие на рабочую лопатку активной (а) и реактивной (б) турбин

Приложенные к поверхности лопатки, и создают движущую лопатку силу Р. центробежные силы Р можно разложить на составляющие: Ра – направленные горизонтально (по оси турбин) и Ри, направленной вертикально по касательной к окружности (по направлению движения лопатки). Вследствие симметричной формы профиля лопатки горизонтальные силы Ра взаимно уравновешиваются. Вертикальные силы Ри дают в сумме силу Р, которая заставляет лопатку перемещаться. Под действием результирующих сил Р всех лопаток, омываемых паром, вращается диск турбины.

На рис. 36 показаны силы, действующие на рабочую лопатку реактивной турбины. Попадая из направляющего канала I в рабочий канал 2, струя изменяет направление течения, вследствие чего возникают центробежные силы частиц пара (активное действие струи) которые выражаются силой Ракт. Так как в рабочем канале пар расширяется, возникает реактивная сила Рреактнаправление которой зависит от формы лопатки. Сложив силы Ракти Рреакт, получим равнодействующую силу Р, вращающую рабочую лопатку (окружная составляющая). Кроме того разность давления пара Р1 у входа на

рабочие лопатки и Р2у выхода с них вызываем появление дополнительной осевой силы Ра, действующей на лопатку вдоль оси ротора. Силы Рв обоих случаях дают результирующую силу Ррез. Силы Р в обоих случаях направлены в сторону выпуклости рабочей лопатки и вращают ротор всегда в одну и ту же сторону. Отсюда можно сделать важный вывод: турбина - двигатель нереверсивный.

В настоящее время одноступенчатые турбины применяются редко. В целях снижения окружной скорости и, и частоты вращения ротора турбины делают многоступенчатыми. Они делятся на турбины со ступенями скорости (только активные) и со ступенями давления (активные и реактивные). Многоступенчатая турбина представляет собой комплекс отдельных ступеней, расположенных последовательно одна за другой, рабочие лопатки которых связаны с одним роторам. Ввиду того, что удельный объем пара по мере его расширения в ступенях турбины возрастает, то площадь проходного сечения в каналах сопел и рабочих лопаток должна увеличиваться, что практически связано с возрастанием высоты сопел и рабочих лопаток турбины по ходу пара от ступени к ступени.

На рабочих лопатках любой турбины изменяется (из-за поворота) направление движения пара. Поэтому перед каждым новым рядом рабочих лопаток в многоступенчатой турбине требуется развернуть струю пара к первоначальному направлению. Эту функцию выполняют неподвижные направляющие лопатки, находящиеся между рабочими. Они крепятся либо в корпусе и крышке турбины в статоре - реактивные турбины, либо в специальных неподвижных перегородках, называемых диафрагмами - активные турбины.

В ступенях реактивных турбин вследствие расширения пара и на рабочих лопатках получается разность давлений по обе стороны лопаток, создающая осевое усилие. Для его уменьшения применяют общий барабан вместо отдельных дисков для каждого ряда рабочих лопаток, как в активных турбинах (рис. 4), Оставшееся осевое усилие увеличивается от давления пара на кольцевую торцевую поверхность "б" уступа ступенчатого барабана. Для уравновешивания осевого давления в реактивных турбинах со стороны впуска пара устанавливают разгрузочный поршень (думмис) I, диаметром большим диаметра барабана. Со стороны паровпускного канала "а" на кольцевую часть "в" - поршня I действует пар высокого давления. Пространство с другой стороны

Рис. 4 Многоступенчатая реактивная турбина

поршня соединено трубой 2 с выпускным патрубком. Вследствие разности давлений с обеих сторон поршня I создается осевое давление, направленное в сторону, противоположную осевому давлению на рабочих лопатках. Остающаяся неуравновешенной часть осевого давления воспринимается упорным подшипником, нагрузка на который при отсутствии думмиса была бы очень велика.

Таким образом, для активной турбины с точки зрения конструкции характерны дисковые роторы и наличие диафрагм, в которые вмонтированы сопла, для реактивной турбины характерны барабанные роторы, в пазах которых закреплены рабочие лопатки, а направляющие лопатки вмонтированы в корпус.

КОНСТРУКЦИИ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Корпус турбины.

Основными узлами каждой турбины являются ротор и статор. Статор представляет собой всю неподвижную часть турбины, т.е. корпус и находящиеся в нем сопловые коробки, диафрагмы, лабиринтовые

уплотнения, опорные и упорные подшипники. Корпус турбины выполняется литым или сварным и имеет сложную конфигурацию. Для удобства выемки и установки ротора корпус имеет всегда горизонтальный разъем 3 (рис. 5), разделяющий его на две половики: нижнюю - собственно корпус II и верхнюю - крышку 5

Рис.5 Общий вид корпуса ГТЗА

Каждую половину изготавливают из двух или нескольких частей, скрепленных вертикальным фланцевым соединением I. Крышка и нижняя половина корпуса в плоскости разъема соединяются друг с

другом болтами. Горизонтальные фланцы корпуса и крышки обрабатывают фрезеровкой и между ними прокладки не ставят, чтобы не менять радиальные зазоры в турбине. На нижней половине корпуса имеются по концам стулья (носовой 7 и кормовой 17), где расположены опорные 8 и упорные 12 подшипники. Корпус опорными стульями расположен на раме 10. Чтобы дать возможность корпусу расширяться в процессе прогрева турбины, стул 7- носового подшипника имеет гибкую опору 13. Кормовой стул 17 приварен к нижней половине корпуса и жестко закреплен на продольной раме 10. В верхнюю и нижнюю половины корпуса имеются патрубки: 2 - подвод пара к турбине; 14 - отвод пара в конденсатор; 6- подвод масла к опорным и упорному подшипникам; 9- слив масла из носового стула; 18 - слив масла из кормового стула.

СОПЛА И РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ ТУРБИНЫ

Сопла первых ступеней объединяется в так называемые сопловые сегменты, которые обычно устанавливаются и закрепляются во вставных сопловых коробках чаще с помощью болтов, а сами коробки крепятся в корпусе турбины 2. На рис. 6, а сопловая коробка I имеет три группы сопел I, П, Ш, образованных сопловыми сегментами, со своими сопловыми каналами а, б, в. По конструкции сопловые сегменты подразделяются на литые, сборные, наборные из фрезерованных сопел и сварные. На рис. 6, б (вид А) представлен разрез соплового сегмента. Индивидуальные фрезерованные сопла 4 привариваются к кольцевой обойме 3, образуя сегмент, а обойма закрепляется в сопловой коробке I.

Мощность турбины зависит от двух параметров: расхода пара через турбину и располагаемого теплоперепада пара перед турбиной. Согласно этому, известны два способа регулирования мощности турбины: сопловое (количественное) и дроссельное (качественное).

При дроссельном регулировании, изменяя проходное сечение для пара за счет закрытия маневрового клапана 19 (см. рис. 5), изменяются параметры пара перед турбиной, т.е. располагаемый теплоперепад, что приводит к уменьшению мощности турбины.

При сопловом регулировании (см. рис. 6) пар к группам сопел I, П, Ш, поступает через клапаны а, б, в, каждый из которых открывает доступ пара к своей группе сопел. Для уменьшения расхода пара (а значит мощности турбины) некоторые клапаны закрывают, выключая, таким образом, часть сопел.