Атомные энергетические установки

ПРАКТИЧНА РОБОТА №4

Тема: Загальна характеристика СЕУ як об’єкта управління.

1. Що таке суднова енергетична установка?

2. Що входить до складу СЕУ?

3. Що таке пропульсивна установка?

4. Переваги та недоліки різних систем управління СЕУ?

5. Які двигуни найбільш використовуються в комплексі СЕУ?

Хід роботи

1. Современное судно оборудовано разнообразными машинами и механизмами, которые в совокупности и во взаимосвязи с устройствами и аппаратами образуют судовую энергетическую установку (СЭУ).  

Судовая энергетическая установка (СЭУ) представляет собой комплекс взаимосвязанных элементов энергетического оборудования, в которых происходят процессы превращения энергии, заключенной в топливе, в энергию тепловую, механическую и электрическую. Указанные виды энергии служат для приведения судна в движение, а также для обеспечения средств управления, связи, борьбы за живучесть, собственных нужд экипажа и пассажиров (отопление, освещение, вентиляция, санитарные нужды и др.), осуществления грузовых операций и специальных задач в зависимости от назначения судна (охлаждение трюмов на рефрижераторных судах, лов и переработка рыбы на рыболовных траулерах и т.д.). На несамоходных судах (несамоходные земснаряды, плавучие краны, плавучие доки и др.) энергетическая установка служит для выполнения работ, вытекающих из основного назначения судна и обеспечения нужд экипажа. СЭУ классифицируют по следующим основным признакам:  

1. По роду топлива – использующие органическое топливо (продукты перегонки нефти; газы) и использующие ядерное топливо. На морских транспортных судах в настоящее время используют в основном продукты перегонки нефти.

2. По типу главных двигателей – с поршневыми и турбинными двигателями.

На судах имеются установки с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС), с газо- и паротурбинными двигателями. Свое название СЭУ получают по типу главных двигателей: СЭУ с ДВС, ПТУ (паротурбинные установки), ГТУ (газотурбинные установки).

3. По способу передачи энергии движителям – с прямой и непрямой передачей. В случае непрямой передачи между двигателем и движителем имеется промежуточное передаточное звено (механическая, электрическая или гидравлическая передача).

4. По числу судовых валопроводов – одно- и многовальные.

2. В состав СЭУ входят:

– главная установка (ГЭУ), энергия которой используется для приведения

в действие движителей (гребного винта, водомета, гребного колеса и др.);

– вспомогательные установки – предназначены для обеспечения работы

главной СЭУ, а также для снабжения энергией любого вида общесудовых потребителей;

– системы и устройства, которые обеспечивают нормальное функционирование СЭУ.

К основным элементам главных установок относятся: главные двигатели

(ГД), парогенераторы, генераторы газа, электрогенераторы, гребные электродвигатели, передачи и валопроводы с движителями. В составе главной установки на некоторых судах могут быть дополнительные установки экономического или форсированного хода и других режимов.

К вспомогательным установкам относятся: электростанции, вспомогательные котельные установки, опреснительные и испарительные установки. Следует отметить большое значение судовой электростанции, которая обеспечивает электрической энергией главную и вспомогательные установки, палубные механизмы (лебедки, шпили и т.д.), освещение, вентиляцию и другие бытовые нужды команды и пассажиров.

Кроме того, в составе СЭУ имеется оборудование автоматического и дистанционного управления и контроля работы отдельных ее элементов и установки в целом. Посредством магистралей (трубопроводы, кабели) осуществляется связь между отдельными элементами установки и хранилищами рабочих тел (топливо, вода, масло, сжатый воздух).

Системы СЭУ представляют собой совокупности вспомогательных механизмов и аппаратов, трубопроводов и кабельных трасс, служащих для выполнения определенных функций. Основными являются системы: топливная, смазки, охлаждения сжатого воздуха, газоотводная, конденсатно-питательная (в паротурбинных установках) и паропроводы. С энергетической установкой в той или иной мере связаны судовые системы: пожарная, спасательная, санитарная, вентиляционная и др., а также механизмы рулевого, швартовного, грузового и других устройств.

3. Пропульсивная система представляет собой систему, состоящую из корпуса судна и пропульсивной установки. Собственно пропульсивная установка – исполнительная часть главной судовой энергетической установки, предназначена для преобразования механической энергии, выдаваемой двигателем, в работу по продвижению судна. Компонентами пропульсивной системы являются:

· корпус судна,

· главный двигатель,

· главная передача,

· валопровод

· движитель.

Выбор элементов пропульсивной установки основывается на эффективности судовой энергетической установки, а ее КПД служит основным показателем совершенства всего пропульсивного комплекса.

Главная передача (передача мощности) – это комплекс элементов, которые участвуют в передаче крутящего момента от коленвала двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или ротора турбины на движитель, суммировании вращающих моментов нескольких двигателей с передачей их на один вал, реверсировании валопровода и винта при нереверсивном исполнении двигателей. Самыми распространенными передачами являются механические, хотя применяются и другие (электрические, комбинированные и сложные). Типичная передача при использовании среднеоборотных двигателей состоит из муфты, редуктора, валопровода. Электрические главные передачи обладают рядом достоинств, к которым относятся короткий валопровод, возможность установки с быстроходными нереверсивными ДВС, возможность использования главной СЭУ при производства электроэнергии для общесудовых нужд, живучесть, способность к саморегулированию. Вместе с тем электрические передачи дороги, имеют невысокий КПД, а при невысоких частотах вращения – большие габариты и вес. Гидравлическая передача имеет низкий КПД, поэтому чаще всего ее применяют в сочетании с механической.

Валопровод представляет собой совокупность механизмов, устройств и соединений и служит как для соединения гребного винта с гребным валом, так и для передачи упорного давления от гребного винта к судну. Состоит из гребного вала, промежуточных валов, опорных подшипников, упорного вала с подшипниками и дейдвудного устройства. Впрочем, в различных конструкциях валопроводов подшипники и упорные валы могут остутствовать. Кроме того, возможны варианты компоновки системы движитель-двигатель без валопровода в его классическом понимании.

4. Судовые дизельные установки

Двигатель Стирлинга

Одна из современных тенденций – совершенствование более экономичных и экологичных по сравнению с дизелями двигателей Стирлинга. Принцип их работы основан на внешнем подводе теплоты (любой, начиная от тепла продуктов сгорания топлива и заканчивая солнечной энергией). В качестве рабочего тела двигателей могут быть использованы жидкости или газы. Основным недостатком такой ЭУ является необходимость сверхвысоких давлений для обеспечения параметров, сравнимых с характеристиками ДВС, и большая площадь теплообменных элементов, через которые подводится тепло. Преимущество такой ЭУ – бесшумность, очень низкий уровень вибраций, огромный ресурс за счет простоты конструкции и возможность работы при минимальных градиентах температуры.

Газовая турбина

Газовая турбина (ГТ) представляет собой совокупность компрессора, камеры сгорания и собственно турбины. ГТ вобрала в себя преимущества дизельного двигателя и паровой турбины. Как дизельный двигатель ГТ не нуждается в котлах для выработки пара, как паровая турбина – не имеет элементов, совершающих возвратно-поступательное движение. При малом весе, ГТ способна вырабатывать мощность большую, нежели дизельные ЭУ, быстро подготавливается к работе и обладает высокой приемистостью.

Основной недостаток газовых турбин – неэкономичность – может быть преодолен за счет повышения температуры выходящих газов и использования бросового тепла для выработки электроэнергии.

Паровая турбина

Паровая турбина – двигатель, в котором тепло подведенного пара превращается в кинетическую энергию, а уже эта энергия используется для совершения механической работы. В настоящее время паротурбинные установки в качестве основных СЭУ применяются лишь на крупных военных кораблях и на быстроходных и крупных контейнеровозах с мощностью главного двигателя более 40000 л. с. В качестве части комплексных ЭУ применяются на атомоходах.

Атомные энергетические установки

В состав атомной судовой энергетической установки (АСЭУ) входят ядерный реактор, парогенератор и паровая турбина. В реакторе происходит управляемая реакция деления ядра, цель которой – получение огромного количества тепла. Тепло отводится с помощью охладительного контура к парогенератору, откуда пар подается на турбину, где полученная кинетическая энергия преобразуется в механическую работу. К несомненным достоинствам АСЭУ относится высокая мощность, возможность долгой автономной работы. К недостаткам – дороговизна постройки и эксплуатации.

5. Поршневые ДВС относятся к роду тепловых двигателей, в которых химическая энергия топлива преобразуется в тепловую непосредственно внутри рабочего цилиндра. ДВС, работающие с самовоспламенением топлива в цилиндре, принято называть дизелями по имени изобретателя двигателя такого типа – Рудольфа Дизеля. Благодаря значительному перепаду температур при осуществлении цикла (от 300–320 К до 1800–2000 К), дизели являются в данное время наиболее экономичными тепловыми двигателями. Вместе с тем, несмотря на высокие температуры цикла, двигатели этого типа могут работать надежно, так как действие высоких температур является периодическим и после сгорания топлива, расширения газов и их выпуска в цилиндр поступает свежий воздух, а стенки цилиндра охлаждаются водой или воздухом.  Дизели, применяемые на судах, работают на дизельном и моторном топливах, а также (после специальной подготовки топлива) на мазутах. Двигатель внутреннего сгорания – самый распространенный тип двигателя. Большинство судов морского транспортного и промыслового флота оборудованы дизельными установками с малооборотными двигателями (МОД, частота вращения вала двигателя до 350 об/мин). Применение МОД обусловлено их высокой экономичностью, возможностью использования дешевых остаточных высоковязких топлив, большим моторесурсом Среднеоборотные дизели (СОД, частота вращения до 750 об/мин) по сравнению с малооборотными имеют меньший вес, меньшие габариты и предназначены в основном для малых судов.

Высокооборотные двигатели (ВОД, частота вращения выше 750 об/мин) имеют меньший моторесурс и являются источниками повышенного шума.

Двигатели этой группы применяются на судах, когда основные требования, предъявляемые к СЭУ, – малые габариты и малый вес, а требования к моторесурсу сравнительно понижены.