Тема 21. Судовые энергетические установки

В настоящее время суда оснащаются самыми различными двигателями. Эти энергетические установки можно разделить следующим образом:

— с поршневыми паровыми машинами - с прямым выходом пара к конденсатору и с турбиной низкого давления;
— паротурбинные - с механической и электрической передачей (турбоэлектрическая энергетическая установка);
— Рис. 1. Типы судовых энергетических установок: а — с паровыми котлами и турбиной; b— дизельная с малооборотным дизелем; с— дизельная со среднеоборотными дизелями и редуктором. дизельные - малооборотные с прямой передачей на гребной винт, среднеоборотные с редукторной передачей на гребной винт и среднеоборотные с электрической передачей на гребной винт (дизель-электрические);
1	— парогенератор;	6	гребной вал;
2	— турбина высокого давления;	7	гребной винт;
3	— турбина низкого давления;	8	малооборотный дизель;
4	— конденсатор;	9	муфта;
5	— редуктор;	10	среднеоборотный дизель.
Двигатели разделяют на
реверсивные, приводящие в движение судовой движитель с постоянным шагом,
и на нереверсивные, приводящие в движение судовые движители с переменным шагом (винты регулируемого шага).
От судовых двигателей требуется высокая надежность даже в условиях волнения, так как они должны работать и при сильном крене судна и при большой бортовой качке. Это означает, что и фундаменты, на которых закреплены двигатели, должны быть прочнее фундаментов наземных установок. К судовым двигателям предъявляются также такие требования, как простота в обслуживании, компактность (в некоторых случаях), малые габариты и по возможности малая собственная масса.

1. Паровые двигатели

В судовых энергетических установках с паровыми машинами и турбинами, в качестве рабочего тела используется водяной пар. Поскольку пресную воду на судах можно перевозить только в ограниченном количестве, в данном случае применяют замкнутую систему циркуляции воды и пара. Упрощенная схема такой циркуляции дана на рис. 2. Получаемый в парогенераторе пар под определенным давлением (на рис. пароперегреватель не обозначен) поступает по трубопроводу в турбину. (В энергетических установках старых конструкций на месте турбины находилась поршневая паровая машина.) В турбине пар расширяется и его давление понижается. На практике величина его составляет около 49 гПа.

В турбине тепловая энергия пара преобразуется в механическую. Достигнутая при этом высокая частота вращения ротора паровой турбины за счет редуктора снижается до частоты вращения гребного винта. С целью сохранения в турбине необходимого для преобразования энергии соотношения между давлением и температурой следует искусственно поддерживать непрерывное уменьшение объема отработавшего пара турбины. Это осуществляется с помощью конденсатора, включенного в схему непосредственно за турбиной.

Отработавший пар пропускается через систему труб, охлаждаемых морской водой, и при этом конденсируется. Конденсат забирается из конденсатора с помощью конденсатного насоса. На выходе конденсат имеет температуру 25-30°С. В современных турбинных установках температура испарения воды в парогенераторе при давлении от 5,9 до 6,9 МПа составляет от 274 до 284°С. Согласно этому к парогенератору следовало бы вместе с топливом подвести столько тепловой энергии, чтобы температура конденсата поднялась до соответствующей давлению температуры испарения, тогда вода испарилась бы и пар перегрелся. Для того чтобы уменьшить количество необходимой тепловой энергии и использовать тепловые резервы в энергетической установке (теплоту отработавшего пара вспомогательных механизмов и т. д.), конденсат нагревается вначале в подогревателе низкого давления, а затем в подогревателе высокого давления. Расположенный между подогревателями питательный насос должен повышать давление воды так, чтобы оно несколько превышало давление в парогенераторе. Подогретая вода нагнетается в парогенератор. На этом циркуляция воды и пара судовой паротурбинной установки замыкается. Разумеется, при работе энергетической установки возникают определенные потери пара или воды, однако они незначительны и возмещаются водой из цистерны или испарителей.

В каждой паротурбинной установке к системе циркуляции воды и пара относятся следующие главные машины и установки:

парогенератор, двигатель (паровая поршневая машина или паровая турбина с редуктором), конденсатор,

конденсатный и питательный насосы, подогреватель питательной воды.

Для обслуживания главного парогенератора необходимы следующие системы:

— топливная, представляющая собой устройство для предварительной обработки, т. е. для очистки, подогрева и подачи топлива;

— трубопровод питательной воды, по которому вода из циркуляционной системы вода - пар поступает в парогенератор и по которому подводится вода из цистерн;

— воздухоподающая система, нагнетающая подогретый воздух, необходимый для сжигания топлива;

— система для удаления накипи - вредных отложений, образующихся на испаряющих воду горизонтальных поверхностях или на дне парогенератора;

— компрессор для удаления сажи из дымоходов.

Для обслуживания главной турбины служат системы смазки паровпускных клапанов, а также система пуска. К конденсатору подключены система водяного охлаждения (на морской воде), деаэрационная установка и система подачи конденсатной воды в питательную систему главного парогенератора.

Ко всем указанным выше системам, которые обслуживают главные двигатели и так называемые общесудовые механизмы, относятся насосы, компрессоры, вентиляторы, фильтры, сепараторы, маслоотделители, подогреватели, охладители, конденсаторы, испарители и т. д.

рис. 2. Схема пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки. 1 — парогенератор; 2 — турбина; 3 — редуктор; 4 — гребной винт; 5 — конденсатор; 6 — конденсатный насос; 7 — подогреватель низкого давления; 8 — питательный насос; 9 — подогреватель высокого давления.