7.2.2 Паротурбинные установки

Паровая турбина в качестве двигателя может использоваться в составе котлотурбинной (КТУ) или ядерной энергетических установок (ЯЭУ).

Котлотурбинная установка состоит из главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА) и главных котлоагрегатов (ГКА). ГТЗА — это паровая турбина с понижающим редуктором (рис. 7.8).

Котлотурбинные установки в настоящее время, за редким исключением, не используются на судах гражданского флота и не имеют перспективы для боевых кораблей. Это вызвано их малой экономичностью. Высокие удельные расходы топлива для КТУ не компенсируются меньшей ценой тяжелого топлива.

Паровая турбина как двигатель гражданских судов остается востребованной только в пропульсивных комплексах судов для перевозки сжиженного газа при криогенной температуре. Часть испарившегося газа, которую не удается подвергнуть вторичному сжижению, направляется в качестве топлива в главные котлы.

Возврат КТУ в качестве основы судовых пропульсивных комплексов возможен при дальнейшем возрастании цен на нефть. В этом случае возможно при благоприятной экономической конъюнктуре использование котлоагрегатов на угольном отоплении.

Паровые турбины служат главными двигателями, если основой подсистемы «Энергия» на корабле являются ядерные реакторы. В этом случае котлоагрегаты на органическом топливе используются как резервные источники энергии.

Для водоизмещающих кораблей ГТЗА в составе ЯУ используются во флотах ведущих морских держав на самых крупных кораблях — крейсерах и авианосцах.

7.2.3 Газотурбинные установки

Основными преимуществами газотурбинной установки являются компактность, малая масса, возможность полной автоматизации, простота в обслуживании, быстрота запуска. В применении корабельных газовых турбин Россия имеет безусловный приоритет. Так, в 1963 году в СССР впервые в мире был построен «полностью» газотурбинный корабль проекта 61.

Пропульсивные комплексы на основе газотурбинных установок (ГТУ) (рис. 7.9) в гражданском флоте используются на быстроходных пассажирских судах и паромах, а также на судах с динамическими принципами поддержания и судах нетрадиционных гидродинамических схем.

На боевых надводных кораблях ГТУ авиационного типа являются основным типом двигателя.

Схема корабельной газотурбинной установки БПК «Николаев» (пр. 1134Б) показана на рис. 7.10.

Повышение экономичности газовой турбины достигается за счет утилизации теплоты уходящих газов. Возможно применение нескольких способов утилизации этой теплоты.

Первый подход состоит в регенерации, т. е. подогреве уходящими газами воздуха, поступающего в газовую турбину. Повышение температуры воздуха, подаваемого в камеру сгорания, уменьшает количество топлива, которое требуется сжигать в камере для получения заданной температуры газа при выходе из камеры.

Повышение экономичности газовых турбин возможно за счет использования бросового тепла для выработки электроэнергии. Например, при помощи эффективного термоэлектрического преобразователя на основе полупроводников

Специалисты считают перспективным применение керамических или новых жаропрочных конструкционных материалов, а также новых термодинамических схем. Так, исследование схемы с промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией тепла уходящих газов позволит получить экономию топлива в 20 % на номинальном режиме и более 35 % на режимах менее 30 % от номинального.

Пропульсивные комплексы на базе ГТУ, как правило, бывают многовальными и многомашинными. Многовальность объясняется основной сферой использования этих двигателей: для боевых кораблей надежность и боевая устойчивость пропульсивного комплекса является важнейшим требованием. Многомашинность вызвана характерным для ГТУ резким падением экономичности двигателя при уменьшении нагрузки.

Анализ спектра скоростей боевого корабля показывает, что доля полных ходов (и соответственно полной загрузки пропульсивного комплекса) составляет не более 20 % ходового времени за срок службы корабля. Поэтому для повышения экономичности целесообразно агрегатно делить мощность по режимам хода, т. е. на маршевые и форсажные двигатели. Крейсерская скорость составляет обычно 0,5…0,7 полной.