Смешанная активно-реактивная турбина

В связи с выгодой использования активного принципа в области высоких давлений, а реактивного — в области низких применяют смешанные турбины, имеющие активные ступени высокого и реактивные ступени низкого давления. На рис. 96 дана схема наиболее простой смешанной турбины, состоящей из колеса с двумя ступенями скорости и реактивных ступеней. Двухвенечный диск составляет первую регулировочную ступень давления. Кривые изменения давления и скорости пара в проточной части этой турбины представляют собой соединение кривых, приведенных на рис. 90 и 94.

Рис 96 Смешанная активно-реактивная турбина

Установка колеса с двумя ступенями скорости в качестве первой ступени давления в многоступенчатой реактивной турбине дает следующие преимущества по сравнению с турбиной, имеющей только реактивные ступени:

- уменьшение числа ступеней, а следовательно, длины турбины;

- возможность количественного (соплового) регулирования расхода пара путем подбора числа работающих сопел без понижения начального давления пара;

- уменьшение осевого давления в реактивных ступенях турбины;

- устранение части реактивного облопачивания с наибольшими потерями от утечки пара через зазоры.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Судовые паровые турбины по основным признакам могут быть разделены следующим образом:

По назначению:

главные, вращающие гребной вал; разделяются в свою очередь на турбины переднего хода (ПХ) и турбины заднего хода (ЗХ), которые, как правило, располагаются в одном корпусе;

вспомогательные, приводящие в действие электрогенераторы и вспомогательные механизмы, обслуживающие главные турбины и котлы, а также механизмы общесудового назначения (например, грузовые насосы на танкерах).

По числу корпусов:

многокорпусные, проточная часть которых размещена в нескольких корпусах, объединенных одной зубчатой передачей и связанных последовательным протоком пара; их устанавливают только в качестве главных, называемых турбозубчатыми агрегатами (ГТЗА);

однокорпусные, устанавливаемые в качестве вспомогательных или главных при электрической передаче — в виде турбоэлектроагрегата (ТЭА).

По характеру рабочего процесса:

активные:

- с одной ступенью давления и одной ступенью скорости (применяют только в качестве вспомогательных);

- с одной ступенью давления и несколькими ступенями скорости, имеющие двух- или трехвенечное колесо (устанавливают в качестве вспомогательных);

- с несколькими ступенями давления, в каждой из которых имеется одна ступень скорости (применяют в качестве турбин высокого, среднего и низкого давлений — ТВД, ТСД и ТНД главного многокорпусного ТЗА);

- комбинированные со ступенями давления, часть из которых имеет несколько ступеней скорости (применяют в качестве главных однокорпусных турбин в виде ТЭА, в качестве ТВД главного многокорпусного ТЗА или мощных вспомогательных турбин — приводов вспомогательных электрогенераторов и насосов);

реактивные — с большим числом ступеней давления (устанавливают в качестве ТСД и ТНД главного многокорпусного ТЗА);

смешанные (устанавливают в качестве ТВД главных многокорпусных ТЗА или в качестве главных однокорпусных турбин).

По давлению пара на выпуске:

конденсационные, у которых выпуск пара происходит в конденсатор, где поддерживается низкое остаточное давление. Все главные турбины строят только как конденсационные при давлении выпускаемого пара 4—6 кПа с отбором пара для регенеративного подогрева питательной воды;

с противодавлением, у которых давление пара при выпуске выше атмосферного. К этому типу относятся главным образом судовые вспомогательные турбины, которые обычно имеют противодавление 0,15— 0,3 МПа. В турбинах с противодавлением отработавший пар используют для подогрева питательной воды.

По расположению оси корпусов:

горизонтальные (устанавливают в качестве главных и вспомогательных);

вертикальные (устанавливают в качестве вспомогательных).

По направлению потока пара:

аксиальные (или осевые), у которых пар через проточную часть протекает параллельно оси турбины или в одном направлении (однопроточные) либо в двух взаимно противоположных направлениях (двухпроточные). Последние применяют исключительно в турбинах низкого давления;

радиальные, у которых поток пара движется радиально от центра к периферии рабочего колеса или наоборот (применяют редко из-за сложности их производства и ремонта).

Паротурбинные установки

Паротурбинная установка (ПТУ) предназначена для обеспечения движения судна, а также для приведения в действие вспомогательных механизмов и агрегатов за счет энергии пара.

Рассмотрим простейшую ПТУ.

Рис. 3.1 Принципиальная схема простейшей ПТУ

ПК – паровой котел; Т – турбина; Р – редуктор; К – конденсатор; ПН – питательный насос; ПВ – питательная вода; ЗВ – забортная вода; ВМ – вспомогательные механизмы.

Пар с необходимыми температурой и давлением создается в паровом котле и подается в турбину, где тепловая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора. Эта энергия передается через редуктор и судовой валопровод гребному винту.

Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор, где, охлаждаясь, превращается в питательную воду (конденсат), которая питательным насосом подается в паровой котел. В конденсаторе охлаждающей средой является забортная (морская) вода.

Для повышения кпд ПТУ используется регенерация теплоты. При этом пар, который частично расширился в главной турбине, используется для подогрева питательной воды.

На схеме (рис. 3.4) показаны три промежуточных отбора пара (I, II, III) от главной турбины и этот пар поступает в три регенеративных подогревателя питательной воды (ПП1, ДЕ и ПП3).

Рис. 3.4 Схема ПТУ с регенерацией теплоты

ПК – паровой котел; Т – турбина; ГК – главный конденсатор; КН – конденсатный насос; ПП1 – подогреватель питательной воды низкого давления; ДЕ – деаэратор; ПН – питательный насос; ПП3 – подогреватель питательной воды высокого давления; ПВ – питательная вода; ЗВ – забортная вода.

Конденсат (горячий) от подогревателя ПП1 подводится к главному конденсатору, а из теплообменника ПП3 – к деаэратору, где смешивается с питательной водой и подогревает ее. Питательная вода из деаэратора ДЕ подается питательным насосом ПН в паровой котел. Количество отборов пара влияет на экономичность ПТУ. С увеличением количества отборов повышается температура питательной воды на выходе с последней ступени подогрева. В судовых ПТУ выполняют как правило 4…5 ступеней отбора пара.

Регенеративный подогрев питательной воды позволяет повысить КПД ПТУ на 6…10%.