Паротурбинные установки на кораблях — движение и действие

Паротурбинная установка (ПТУ) преобразует энергию пара в кинетическую энергию турбины, чем обеспечивает движение судна, а также приводит в действие вспомогательные механизмы и агрегаты.

Основные элементы главной ПТУ: паровой котел, главная паровая турбина, главный конденсатор, главная зубчатая передача. Вал вместе с турбинным диском образуют важнейшую часть турбины — ротор. Совокупность этих элементов (без парового котла) составляют главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА). Кроме ГТЗА в ПТУ входит вспомогательная паровая турбина с конденсатором, которая приводит в действие турбогенератор судовой электростанции. На турбоэлектроходах турбогенератор — это главный агрегат. В отличие от поршневых паровых машин и поршневых двигателей внутреннего сгорания в ПТУ не требуется преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала гребного винта. Это упрощает конструкцию и позволяет решить многие технические проблемы. В зависимости от типа и назначения турбины частота вращения ротора составляет от 3000 до 8000 оборотов в минуту.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Принцип работы паротурбинной установки прост. Выходящий из расширительных устройств (сопел) разогретый пар под высоким давлением попадает в каналы рабочих лопаток, расположенных на ободе турбинного диска, насаженного на вал турбины, отклоняется от них, изменяя свое направление. За счет этого пар воздействует тангенциальной силой на ротор. В результате создается вращающий момент который вызывает вращение ротора турбины. Современные судовые ГТЗА обычно имеют два корпуса. В первом находится ротор турбины высокого давления, а во втором — низкого.

Читать:  Ракетный крейсер «Лонг Бич» - первый атомный надводный корабль США

Каждая турбина имеет нескольких турбинных дисков с набором лопаток, которые в зависимости от вида турбины обозначаются как ступени давления или ступени скорости. Рабочий пар последовательно проходит через неподвижные венцы расширительных устройств и венцы рабочих лопаток. При этом объем пара во время процесса расширения постоянно увеличивается, и рабочие лопатки каждого следующего турбинного диска должны быть длиннее.

В корпусе турбины низкого давления находятся особые венцы рабочих лопаток турбины заднего хода. Суда, гребные винты которых имеют изменяющийся шаг, не нуждаются в турбинах заднего хода. Наряду с турбинами ГТЗА на судах устанавливают вспомогательные турбины, для привода генераторов, насосов, вентиляторов и другого оборудования.

Судовые паротурбинные установки, работающие при начальном давлении пара 40-50 атм и температуре пара 450-480 °С, имеют экономический КПД 24-27%. Повышение начального давления пара и совершенствование установок позволяют увеличить КПД судовых ПТУ до 35 %.

ТИПЫ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Существуют два основных типа ПТУ, различающихся по принципу работы рабочего тела (пара). Первый тип — активные турбины (турбина Кертиса). В этих турбинах расширение пара от начального до конечного давления происходит в одном сопле (группе сопл), закрепленном в корпусе перед рабочими лопатками турбинного диска. При воздействии струи пара на рабочие лопатки часть его кинетической энергии преобразуется в механическую работу на валу ротора турбины. Таким образом в активной турбине весь процесс расширения и ускорения пара идет только в неподвижных каналах (соплах), а на рабочих лопатках происходит только превращение кинетической энергии пара в механическую работу без дополнительного расширения паровой струи.

Читать:  Фрегаты типа «Норфолк» - «тип 23»

Второй тип турбин — реактивные турбины (турбина Парсонса). В этом типе в неподвижном корпусе и на внешней стороне ротора закреплены и направляющие, и рабочие лопатки, образующие камеры для прохода пара. Расширение пара происходит во всех межлопаточных каналах — подвижных и неподвижных. На первом этапе пар поступает в каналы первого ряда направляющих лопаток, размещенных в корпусе. Из каналов неподвижных направляющих лопаток первого ряда пар поступает в каналы первого ряда рабочих лопаток. Из каналов рабочих лопаток первого ряда пар направляется в каналы неподвижных лопаток второго ряда и т. д.

ПРИМЕНЕНИЕ В ВМФ

Первый турбоход в России появился в 1904 году. Им стала яхта-миноносец «Ласточка» водоизмещением 140 т. Корабль был построен в Англии, как опытное судно, а затем куплен Морским Ведомством для проведения опытов с турбоагрегатами. «Ласточка» имела две ПТУ мощностью 1000 л. с. каждая и развивала максимальную скорость 18,5 узлов.

В конце 1914 года встрой вошел линкор «Севастополь», на котором стояло четыре турбины Парсонса и 25 котлов Ярроу общей мощностью 42 000 л. с, что обеспечивало кораблю скорость хода около 24,6 узлов.

Читать:  Авианосец СV-10 «Йорктаун»

Во время Второй мировой войны ПТУ широко использовались в качестве главной энергетической установки на крупнейших кораблях. Немецкий линкор «Бисмарк», водоизмещением 41 700 т, имел три ТЗА мощностью по 46 000 л. с. каждый. Корабль развивал скорость до 30 узлов.

Его одноклассник линкор «Тирпиц», водоизмещением 45 474 т, нес 12 паровых котлов «Вангер» и три турбины Brown Boveri & Cie, суммарной мощностью 163 026 л. с. Линкор развивал скорость в 30,8 узлов.

Паровые турбины стояли и на крупнейших линкорах в истории флота — японских кораблях типа «Ямато» (водоизмещение 68 200 т) — четыре ТЗА «Кампон» суммарной мощностью 150 000 л. с.

В настоящее время ПТУ уступают свое место газовым турбинам. Но их эксплуатация на некоторых судах продолжается. Например, тяжелый авианесущий крейсер «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов» имеет четыре ГТЗА ТВ-12-4 (8 котлов КВГ-4) суммарной мощностью-200 000 л. с, что позволят достичь скорости в 29 узлов.

Оставить эмоцию
Нравится Тронуло Ха-Ха Ого Печаль Злюсь
  Поддержите проект ВОЕННОЕ ОРУЖИЕ И АРМИИ МИРА, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о