1вопрос.Атомные энергетические установки. На судах с атомными энергетическими установками главным источником энергии является ядерный реактор. Тепло, выделяющееся в процессе деления ядерного горючего, служит для генерации пара, поступающего затем в паровую турбину.
Судовые ядерные реакторы. Основными элементами ядерного реактора являются стержни с делящимся веществом (ТВЭЛы), управляющие стержни, охладитель (теплоноситель), замедлитель и отражатель. Эти элементы заключены в герметичный корпус и расположены так, чтобы обеспечить управляемую ядерную реакцию и отвод выделяющегося тепла.
В первичном контуре такого реактора вода находится под давлением до 13 МПа и поэтому не вскипает при температуре 270 С, обычной для тракта охлаждения реактора. Вода, нагретая в первичном контуре, служит теплоносителем для производства пара во вторичном контуре. В первичном контуре могут использоваться и жидкие металлы. Такая схема применена на подводной лодке ВМС США «Си Вулф», где теплоносителем является смесь жидкого натрия с жидким калием. Давление в системе такой схемы сравнительно невелико. Это же преимущество можно реализовать, используя в качестве теплоносителя парафинообразные органические вещества – дифенилы и трифенилы. В первом случае недостатком является проблема коррозии, а во втором – образование смолистых отложений.
Существуют одноконтурные схемы, в которых рабочее тело, нагретое в реакторе, циркулирует между ним и главным двигателем. По одноконтурной схеме работают газоохлаждаемые реакторы. Рабочим телом служит газ, например, гелий, который нагревается в реакторе, а затем вращает газовую турбину.
В общем случае на судах имеются две защитные оболочки. Первая расположена непосредственно вокруг корпуса реактора. Вторичная (биологическая) защита охватывает парогенераторное оборудование, систему очистки и емкости для отходов.
Первичная защита может представлять собой двухоболочечный герметичный резервуар с пространством между оболочками, заполненным водой, и наружным свинцовым экраном толщиной от 2 до 10 см. Вода поглощает большую часть нейтронов, а гамма-излучение частично поглощается стенками корпуса, водой и свинцом.
Основная функция вторичной защиты – снизить излучение радиоактивного изотопа азота 16N, который образуется в теплоносителе, прошедшем через реактор. Для вторичной защиты используются емкости с водой, бетон, свинец и полиэтилен.
Схема атомной энергетической установки с реактором, охлаждаемым водой под давлением. 1 — реактор; 2 — первичная биологическая защита; 3 — вторичная биологическая защита; 4 — парогенератор; 5 — нагревательный змеевик первого контура; 6 — циркуляционный насос первого контура; 7 — турбина высокого давления; 8 — турбина низкого давления; 9 — редуктор; 10 — конденсатор; 11 — насос вторичного контура; 12 — вход морской воды; 13 — выход морской воды
2 Вопрос: К преимуществам газотурбинных установок (ГТУ) по сравнении» с дизельными относятся:
1)осуществление непрерывного и постоянного рабочего процесса, что позволяет применять высокие скорости как рабочей среды, так и рабочих органов для повышения экономичности;
2)отсутствие поршней и кривошипно-шатунного механизма, а также трения в рабочих частях (за исключением трения в подшипниках вала),
3)простота устройства и обслуживания;
4)возможность получения большой мощности на валу (до 30 000 кВт),
5)меньшие размеры и масса при одинаковой мощности;
6)возможность сжигания в камерах сгорания более дешевых тяжелых сортов топлива;
7)меньший расход на смазку (приблизительно в 30—40 раз) и ремонт;
8)удобство автоматизации и дистанционного управления;
9)относительно небольшой обслуживающий персонал в связи с сокращением трудоемкости технического обслуживания на 25—30% по сравнению с трудоемкостью технического обслуживания ДЭУ.
По сравнению с паротурбинными установками ГТУ имеют следующие преимущества:
отсутствие паровых котлов и сложного котельного оборудовании (системы, насосы, вентиляторы);
отсутствие конденсаторов и связанных с ними систем;
лучшие маневренные и пусковые качества;
меньшие размеры и масса при одинаковой мощности;
0)низкое давление рабочей среды в цикле, а следовательно, большая
безопасность при случайном повреждении трубопровода;
высокая маневренность, быстрый пуск и малое время набора полной мощности (пуск и выход на частоту вращения холостого хода в течение 1 мин; время набора полной мощности 2—3 мин).
3 Вопрос
Паровые турбины.
Судовые паровые турбины обычно состоят из двух каскадов: высокого и низкого давления, каждый из которых через понижающий редуктор вращает вал гребного винта. На военно-морских судах часто дополнительно ставят небольшие турбины для крейсерского режима, которые используют для повышения экономичности, а при максимальных скоростях включаются мощные турбины. Каскад высокого давления вращается со скоростью 5000 об/мин..
На современных паровых судах питательная вода из конденсаторов в подогреватели подается через несколько ступеней нагрева. Нагрев производится за счет тепла рабочего тела турбины и отходящих топочных газов, обтекающих экономайзер.
Почти все вспомогательное оборудование имеет электрический привод. Электрогенераторы с приводом от паровых турбин обычно вырабатывают постоянный ток напряжением 250 В. Используется и переменный ток.
Если передача мощности от турбины на винт осуществляется через редуктор, то для обеспечения заднего хода (обратное вращение винта) применяется дополнительная небольшая турбина. Мощность на валу при обратном вращении составляет 20–40% основной мощности.
4 Вопрос история разработки паровых и газовых турбин.
4)Газовая турбина. Попытки создать механизмы, похожие на турбины, делались очень давно. Известно описание примитивной паровой турбины, сделанное Героном Александрийским (1 в. до н. э.). В восемнадцатом веке англичанин Джон Барбер получил патент на устройство, которое имело большинство элементов, присутствующих в современных газовых турбинах. В 1872 году Франц Столц разработал газотурбинный двигатель. Однако только в конце XIX века, когда термодинамика, машиностроение и металлургия достигли достаточного уровня, Густаф Лаваль (Швеция) и Чарлз Парсонс (Великобритания) независимо друг от друга создали пригодные для промышленного использования паровые турбины.
Паровая турбина. В 130 г. до н.э. Герон Александрийский изобрел устройство под названием "эолипил". Это была примитивная паровая турбина. Оно представляло собой полую сферу, заполнявшуюся паром. Сфера имела два Г-образными сопла. Пар вытекал из сопел, расположенных с противоположных сторон сферы, с большой скоростью, и сфера начинала вращаться. В основе действия такой паровой турбины лежал реактивный принцип.
В 1629 году Джованни Бранки была создана паровая турбина, использующая активный принцип. Потенциальная энергия пара преобразовывалась в кинетическую и совершала работу. В этой машине струя пара приводила в движение колесо с лопатками, напоминающее колесо водяной мельницы. Но первые турбины, подобные машине Бранки, обладали ограниченной мощностью, поскольку паровые котлы не были способны создавать высокое давление.
В 1815 г. инженер Ричард Трейвисик установил два сопла на ободе колеса паровоза и пропустил через них пар. На сходном принципе было основано устройство лесопильной машины, построенной в 1837 г. американцем Уильямом Эйвери. В одной лишь Англии за 20 лет, с 1864 по 1884 г., было запатентовано более сотни изобретений, так или иначе относящихся к турбинам. Но ни одна из этих попыток не завершилась созданием пригодной для промышленности машин.
Независимо друг от друга в 1884 - 1889 гг. шведский инженер Карл Густав де Лаваль и Чарлз Парсонс из Ирландии создали промышленно пригодные паровые турбины.
Лаваль применил сопло, расширяющееся на выходе. Такое сопло позволило получить гораздо большую скорость пара, и вследствие этого скорость вращения ротора турбины также существенно увеличилась. Полученную струю Лаваль направил на один ряд рабочих лопаток, насаженных на диск.Это была паровая турбина, работающая по активному принципу. Невозможность получить большую агрегатную мощность и очень высокая частота вращения одноступенчатых паровых турбин Лаваля (до 30 000 об/мин у первых образцов) привели к тому, что турбины Лаваля, на раннем этапе турбостроения широко применявшиеся в качестве агрегатов небольшой мощности (до 500 кВт), в дальнейшем уступили место турбинам других типов.
Парсонс создал многоступенчатую реактивную паровую турбину. Она отличалась меньшей скоростью вращения, и в то же время в ней максимально использовалась энергия пара. Это достигалось за счет того, что в турбине Парсонса пар расширялся постепенно по мере прохождения через 15 ступеней, каждая из которых представляла собой пару венцов лопаток: один - неподвижный (с направляющими лопатками, закрепленными на корпусе турбины), другой - подвижный (с рабочими лопатками на диске, насаженном на вращающийся вал). Лопатки неподвижных и подвижных венцов были ориентированы в противоположных направлениях, т.е. так, что если бы оба венца были подвижными, то пар заставлял бы их вращаться в разные стороны. Так турбогенератор Парсонса стал первой паровой турбиной, нашедшей применение в промышленности.
Реактивная паровая турбина Парсонса некоторое время применялась на военных кораблях, но постепенно уступила место более компактным комбинированным активно-реактивным турбинам. Хотя и в настоящее время паровые турбины сохранили основные черты турбины Парсонса.
***************