Лекція № 8

Тема: КОРАБЕЛЬНІ ГАЗОТУРБІННІ ЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ І ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ

1. Корабельні газотурбінні енергетичні установки та їх класифікація.

2. Принцип дії КГТЕУ і призначення основних її елементів.

3. Потужність КГТЕУ на режимах ПБШ та ЕБШ.

4. Загальна будова корабельної ГТУ.

Навчальна література:

1. Кузнецов в.В. Та ін. Корабельні газотурбінні енергетичні установки. Ч.1 та 2. С.: 2003. С. 118 та 82.

2. Кирюхин. Устройство судовых газотурбинных установок. С.: 2003. С. 84.

3. Трофимивич Г.К. Корабельные газотурбинные энергетические установки.

4. Ребров Б.В. Корабельные газотурбинные энергетические установки. Ч.1. Л.: 1970. , ст. 280 –283.

5. Дмитриев Г.П. Корабельные газотурбинные и дизель-газотурбинные энергетические установки. Л.: 1988, ч.1, ст. 8- 11, 19 – 24; 1990. ч.2. ч.1, ч.2, ст. 3 – 7.

6. Хуршудян г.М та ін. Корабельные дизельные энергетические установки и основы их общего проектирования. Л.: 1980. С. 276. Вступ

Вся історія військового кораблебудування нерозривно пов'язана з пошуком найбільш ефективних джерел енергії забезпечення заданого ходу кораблів (суден). Тому формування сучасного вигляду Військово-морського флоту, розробка й будівництво перспективних кораблів і суден неможливі без розвитку корабельних енергетичних установок (КЕУ). Вибір типу й состава головної енергетичної установки (ГЕУ) - один з найважливіших етапів проектування корабля. Розвиток сучасної корабельної енергетиці іде по шляху створення потужних, економічних та надійних в експлуатації ГЕУ, які мають малі маси та габарити.

ГТА використовуються як головні двигуни надводних кораблів, а також як приводи електричних генераторів.

ГТД, як головний двигун НК є серцевиною всієї ГЕУ. Він забезпечує хід і маневреність корабля.

1. Корабельні газотурбінні енергетичні установки та їх класифікація

У сучасній корабельній енергетиці застосовуються всі існуючі типи енергетичних установок:

• котлотурбінні енергетичні установки (КТЕУ);

• атомні енергетичні установки (АЕУ);

• газотурбінні енергетичні установки (ГТЕУ);

• дизельні енергетичні установки (ДЕУ);

• комбіновані дизель-газотурбінні енергетичні установки (КДГТЕУ);

• комбіновані парогазотурбінні енергетичні установки (КПГТЕУ).

З початку 50-х років у корабельній енергетиці знайшли широке застосування комбіновані ГЕУ, до складу яких входять різні типи двигунів: ДВЗ і ГТД, парова турбіна і ГТД.

Ці двигуни за їх функціональним призначенням підрозділяються на:

• маршові (основні) двигуни, призначені для забезпечення економічних бойових швидкостей;

• прискорюючі (форсажні) двигуни, призначені для забезпечення режимів повних бойових швидкостей.

Практично до кінця 60-х років ГТД застосовувалися головним чином у якості форсажних у складі комбінованих дизель-газотурбінних і парогазотурбінних енергетичних установках.

Перш ніж розглядати принципову схему і склад основних елементів КГТЕУ розбираємося з термінологією.

ГТД - тепловий двигун реактивного типу в якому теплова енергія попередньо стиснутого й нагрітого газу перетвориться в механічну енергію обертання ротора турбіни. До його складу входять наступні елементи:

- компресор, один чи декілька;

- камера згоряння;

- газова турбіна, одна чи декілька.

ГТА – агрегат, до складу якого крім ГТД входить ще і редуктор (зубчаста передача - ЗП).

ГТУ – містить у собі ГТА й елементи валопроводу (звукоізолююча муфта та ГУП) чи ГТД, ЗП і електрогенератор (ГТГ).

КГТЕУ – містить у собі ГТУ, валопроводи, рушії, а також усі системи і механізми, що забезпечують функціонування корабля (ЕЕС, допоміжну ЕУ).

З початку 60-х років у корабельній енергетиці знайшли широке застосування газо-газотурбінні енергетичні установки (ГГТЕУ), що мають наступні схеми:

1 тип - відношення потужності МД та ФД менше 0,15 – 0,20 та сумісна робота ГТД не передбачена. МД та ФД працюють роздільно за рахунок підключення на гребний вал через загальний редуктор. При цьому МД забезпечує швидкість руху корабля 18 – 20 вузлів, а при роботі ФД – 30-32 вузла. Такі схеми в міжнародної класифікації називають COGOG (CO – комбінована, G – газотурбінна, О – «або» – сумісна робота не передбачена).

Рисунок 1. Схема КГТЕУ, де не передбачена сумісна робота МД та ФД.

2 тип – забезпечується як сумісна, так і роздільна робота ГТД, які входять до агрегату. Такі схеми називають GOGAG. Такі режими забезпечуються такими конструкторськими рішеннями:

А ) В КГТЕУ входять ГТА в якому на загальну передачу працюють двигуни однакової потужності. Це установки типу М–3. Потужність ГТД у таких ГТЕУ складає 15000 – 22000 кВт.

Рисунок 2. Схема КГТЕУ с ГТД рівної потужності, працюючих на один вал.

Б) В КГТЕУ входить ГТА в якому головна ЗП забезпечує можливість як роздільної, так і сумісної роботи ГТД різної потужності. Це агрегати типу М – 5, М – 7, М – 9, М – 15, М – 21.

Рисунок 3. Схема КГТЕУ с ГТД різної потужності, працюючих на один вал.

К комбіновані ДГТЕУ мають схеми двох типів:

• схеми, які не передбачають сумісну роботу ДВЗ та ГТД (CODOG),

• схеми, які передбачають як сумісну, так і роздільну роботу ГТД та ДВЗ (CODAG).

ГТД також знайшли застосування на КВП для обертання осьового компресора, який надає повітря під спідницю КВП та для обертання повітряного гвинта.

Міжнародна класифікація: CO – комбінована, G – газотурбінна, D – дизельна, S – паротурбінна, L – електрорух, N – ядерна, А – «і» - сумісна робота, О – «або» – сумісна робота не передбачена.

Газотурбінні установки класифікуються:

• За принципом здійснення процесу замикання циклу: відкритого, закритого і напівзакритого циклів;

• За принципом здійснення процесу горіння: при постійному тиску, при постійному об'єму і змішане горіння;

• По роду використовуваного палива:

• ГТУ, що працюють на органічному паливі;

• ГТУ, що використовують ядерне пальне;

• По використанню тепла газів, що відробили: з регенерацією, з утилізацією і без регенерації й утилізації;

• За принципом здійснення процесу стиску: одне-, двох- і триступінчастий стиск із проміжним охолодженням і без нього;

• За принципом здійснення процесу розширення – з одноступінчатим і багатоступінчастим розширенням із проміжним підігрівом і без нього.

ГТЕУ має ряд переваг перед існуючими тепловими двигунами:

а) у порівнянні з ПТУ:

• відсутність котлової установки з великою кількістю допоміжних механізмів і пристроїв, складною системою водопідготовки;

• значне скорочення потреб в воді;

• швидкий пуск установки в дію;

б) у порівнянні з ДВЗ:

• можливість використання твердого палива;

• відсутність кривошипно-шатунного механізму;

• менші габарити і вага при великих потужностях;

• менші витрати на експлуатацію (масло, ЗІП);

• незначна потреба в охолоджуючій воді.

Недоліки:

• на роботу ГТЕУ істотний вплив роблять зовнішні впливи: температура зовнішнього повітря, снігопад, обледеніння повітроприймальних шахт, попадання морської води, сольові відкладення;

• на роботу ГТЕУ впливає нестійка робота компресора (помпаж);

• за економічністю ГТЕУ уступає ДВЗ (наближається до швидкохідних ДВЗ).