§7.3. Турбинные сэу
Т у р б и н а - двигатель с вращательным движением рабочего органа - ротора, пре-
образующий в механическую работу кинетическую энергию пара или газа.
Суда, на которых в качестве СЭУ используется турбинная установка, называются турбоходами. В свою очеред, турбоходы делятся на паротурбоходы ( пт/х ) и газотурбохо-
ды ( гт/х ).
Паровые турбины перед пуском должны быть прогреты, причем время прогрева достигает 1 ч. Они менее экономичны, чем дизели, вследствие 2-кратного преобразования энергии, однако имеют повышенную перегрузочную способность (до 20 % номинальной мощности), значительно надежней дизелей и имеют бóльший ресурс (до 50 тыс. ч).
Массивный ротор турбины обеспечивает равномерность хода.
Рис. 7.2. Турбина высокого давления с промежуточным перегревом пара мощ-
ностью 19 000 кВт:
1 – турбина среднего давления; 2 – подвод пара из промежуточного пароперегревателя; 3 – подвод свежего пара; 4 – иурбина высокого давления ( ТВД );
5, 7 – отбор пара для подогрева питательной воды; 6 – разделительная диафрагма
Поскольку паровые турбины имеют частоты вращения до 14 тыс. об/мин, между ними и винтом устанавливают редуктор ( главный турбозубчатый агрегат – ГТЗА ).
Паровые турбины вследствие увеличенного расхода топлива нашли на судах огра-
ниченное применение, в основном, на танкерах, где в качестве грузовых насосов исполь-
зуются мощные паровые насосы, получающие пар от вспомогательного парового котла.
Газовые турбины соединяют в себе достоинства дизеля и паровой турбины. Они автономны в работе, так как конструктивно выполнены вместе с камерой сгорания и ком
прессором, не требуют прогрева перед пуском, время пуска составляет 30-50 с.
Рис. 7.3. Одновальная газотурбинная установка:
1 – входной направляющий аппарат с изменяемой геометрией; 2 – многоступенча
тый компрессор; 3 – камера сгорания; 4 – газовая турбина; 5 – газовыпускная камера;
6 – фланец отбора мощности
Эти турбины имеют небольшие размеры и массу, относительно большой ресурс (до 20 тыс. ч), надежны. К их недостаткам относят большой удельный расход топлива и повы-
шенную шумность.
Газовые турбины нашли также ограниченное применение, в основном, на судах на
подводных крыльях ( СПК ).
Суда, на которых в качестве СЭУ используется турбинная установка, называются турбоходами.
В настоящее время испытывается комбинированная парогазовая турбина фирмы EDI, сочетающая в себе свойства паровой и газовой турбин ( рис. 7.4 ).
Рис. 7.4. Комбинированная парогазовая турбина:
1 – вал; 2 – ротор; 3 – подвод газа; 4 – статор; 5 – впуск воды или пара; 6 – выпуск газа; 7 – выпуск пара
§7.4. Электродвигательные сэу
Суда, на которых в качестве СЭУ используются электродвигатели, называются электроходами.
На электроходах применяют три вида СЭУ:
1. постоянного тока с гребными электродвигателями независимого возбуждения;
2. переменного тока с синхронными и асинхронными электродвигателями;
3. двойного рода тока, в которых переменный ток судовой сети преобразуется в постоянный, а последний передается к электродвигателям постоянного тока независимого возбуждения.
Гребной электродвигатель располагают ближе в корму, насколько позволяют обво-
ды кормового подзора и условия выемки гребного вала.
Дизель-генераторы и гребные двигатели устанавливают либо в одном отсеке ( рис. 7.5 ), либо в разных.
Рис. 7.5. Расположение компонентов 2-вальной дизель-электрической ГЭУ:
палуба 2 – центральный пост управления; палуба 3 – щит электродвижения напря-
жением 6,6 кВ; палуба 4 – дизель-генераторы ( 4 шт. ) и гребные электродвигатели ( 2 шт.)
Преимущества электропривода следующие:
1. отсутствие длинных валопроводов, так как гребные электродвигатели размещают
ся в корме судна ( см. рис. 7.5, DECK 2 );
2. возможность применения более простых нереверсивных быстроходных двигате-
лей, число которых можно выбирать, независимо от числа гребных винтов;
3. высокие маневренные качества и возможность работы на низких скоростях хода судна при неполном числе работающих первичных двигателей;
4. возможность использовать вырабатываемую главными генераторами энергию для работы судовых вспомогательных механизмов.
Однако электропривод имеет и недостатки:
1. увеличенный вес;
2. более низкий к. п. д. (на 8 - 13% ниже, чем у зубчатой передачи );
4. более высокую стоимость и пр.
Поэтому электродвижение применяют либо на специальных судах с повышенными маневренными качествами и частыми реверсами ( буксиры, ледоколы, паромы) или в тех случаях, когда выгодно использовать мощность электрической СЭУ для обеспечения рабо
ты общесудовых механизмов ( плавучие краны, земснаряды, рыбопромысловые суда, плав
мастерские).
На атомоходах тепло, выделяющееся в результате расщепления атомов урана, ис-
пользуется для получения перегретого пара высокого давления, который приводит во вра-
щение турбогенератор, снабжающий электроэнергией гребной электродвигатель.
Таким образом, атомоходы – это электроходы.
Первый атомоход был построен в б. СССР – ледокол «Ленин» ( 1959 г. ), через не-
сколько лет появились американское грузопассажирское судно «Саванна» и немецкий ру-
довоз «Отто Ганн» ( назван в честь выдающегося немецкого физика-ядерщика, работавше
го в 30-х годах ХХ века ).
В последние годы на судах с электродвижением устанавливают гребные азиподные установки или, иначе, полноповоротные движители ( слово AZIPOD – сокращение от двух слов: «AZIMTYTH» - азимут, направление, и «POD» - гондола, в свободном переводе – полноповоротный движитель с электроприводом ).
Эта установка сочетает в себе перо руля, роль которого выполняет корпус гондолы, и гребную электрическую установку ( рис. 7.6 ).
Рис. 7.6. Азиподная установка с синхронным электродвигателем и винтом фикси-
рованного шага ( ВФШ )
Установку также называют «винторулевая поворотная колонка» ( ВРПК ).
В обтекаемой капсуле ( гондоле ) находится нереверсивный синхронный двигатель, поэтому вращающий винт - фиксированного шага. Скорость двигателя регулируется.
При помощи гидропривода капсула может поворачиваться на угол 360º, что необ-
ходимо для обеспечения переднего и заднего хода.
При движении судна по курсу гондола равномерно обтекается с обеих сторон пото-
ком воды, поэтому судно курс не меняет.
При необходимости смены курса с помощью гидропривода поворачивают гондолу
в нужном направлении на необходимый угол.
При этом гондола начинает выполнять роль обычного пера руля – сила давления воды на гондолу заставляет корму судна поворачиваться в нужном направлении.
Однако основное усилие на корму создает не давление воды на гондолу, а сила упо
ра винта, приводимого в движение электродвигателем.
В результате маневренные качества судов с такими установками резко улучшают-
ся, т.к. судно поворачивается гораздо быстрее, чем при использовании обычных рулей.
Кроме синхронных двигателей, возможно применение асинхронных.
Рис. 7.7. Азиподная установка с синхронным двигателем мощностью 25 000 кВт:
а – внешний вид установки ; б – установка в натуральную величину ( морская вы-
ставка в Гамбурге, 2007 г. )
Мощность этих двигателей зависит от водоизмещения судна и достигает десятков тысяч кВт.
Рис. 7.8. Размеры машинных отделений на судне с ДВС ( а ) и с азиподной установкой ( б ) в сравнении
Использование азиподных установок позволяет сократить размеры машинного от- деления ( см. рис. 7.8 ), а освободившийся объем ( на рис. 7.8 затемнён ) использовать для
перевозки грузов.
Азиподные установки применяются на судах, где требуется повышенная маневрен-
ность - буксирах, ледоколах и крупных пассажирских судах,