Энергетическая установка эсминца

Энергетическая установка эсминца

Введение

Корабельная энергетическая установка представляет собой комплекс технических средств, предназначенных для обеспечения движения корабля с необходимой скоростью, маневрирования, выработки механической, тепловой, электрической и других видов энергий и обеспечения этими видами энергии всех потребителей с целью безопасного и эффективного выполнения боевых и повседневных задач, возложенных на данный корабль в соответствии с его типом и назначением.

В состав корабельной ЭУ входят:

·Главная энергетическая установка (ГЭУ) - комплекс технических средств, предназначенных для обеспечения поступательного движения корабля, его маневрирования, а также обеспечения различными видами энергии всех потребителей на ходу корабля;

·Вспомогательная энергетическая установка (ВЭУ) - комплекс технических средств, предназначенных для ввода ГЭУ в действие, а также обеспечения различными видами энергии всех потребителей на стоянке корабля;

·Электроэнергетическая система корабля (ЭЭС) - комплекс источников электроэнергии и распределительных устройств, обеспечивающих все потребности корабля электроэнергией.

Помимо основного оборудования, механизмов и систем в состав установки входит также дополнительное оборудование, обеспечивающее нормальную ее эксплуатацию и производство ремонта. К такому оборудованию относятся настилы, площадки, трапы, поручни и ограждения, подъемные устройства, кладовые с запчастями и материалами.

Для создания нормальных условий для личного состава, обслуживающего ЭУ, предназначены системы кондиционирования и создания микроклимата, освещения, средства жизнеобеспечения и борьбы за живучесть, средства связи, и другое оборудование. Механизмы и устройства систем (противопожарных, санитарных, балластных, водоотливных и др.), палубные механизмы (шпили, швартовные, буксирные устройства), рулевые машины, установки кондиционирования воздуха в жилых и служебных помещениях, холодильные установки и другие общесудовые потребители тепловой, электрической и других видов энергий, вырабатываемых ГЭУ и ВЭУ, в состав энергетической установки непосредственно не входят, а включаются в состав общекорабельных систем (ОКС) и устройств корабля.

Таблица 1 Тактико-технические характеристики корабля класса «Эсминец»

Главные размещения корабляВодоизмещениеСтандартное - 6500 т Нормальное - 7220 т Полное - 7940 тДлинаМаксимальная - 156,6 м По ватерлинии - 145 мШиринаМаксимальная - 17,2 м По ватерлинии - 16,8 мОсадкаОк. 5,0 м при нормальном водоизмещенииЭнергетическая установкаТипКотлотурбинная (КТЭУ)Кол-во линий вала2Мощность ГЭУ2´36750 кВт (2´50000 л.с.) - ПБС 2´4400 кВт (2´5986 л.с.) - БЭСДругие данныеСкоростьЭкономическая (ЭС) - 14 уз. Боевая экономическая (БЭС) - 18 уз. Полная боевая (ПБС) - 32 уз.Дальность плавания5000 мильАвтономность30 суток

1. Общая часть проекта «энергетическая установка»

.1 Анализ ходовых режимов корабля класса «эсминец». Обоснование выбора типа энергетической установки

В настоящее время боевые корабли класса «эсминец» являются универсальными многоцелевыми ракетно-артиллерийскими кораблями, выполняющими широкий круг задач при несении боевой и повседневной службы:

·Обнаружение, слежение и уничтожение подводных лодок противника;

·Обнаружение и уничтожение одиночных боевых кораблей противника;

·Обнаружение и уничтожение конвоев противника;

·Обеспечение охранения конвоев и корабельных ударных групп (противовоздушная и противолодочная оборона кораблей и судов);

·Обеспечение высадки десанта;

·Огневая поддержка береговых частей и войск;

Эти задачи выполняются в различных районах мирового океана, для чего корабли класса «Эсминец» должны обладать высокой мореходностью, неограниченным районом плавания в различных климатических условиях и при любом состоянии моря, иметь способность совершать длительные переходы морем.

Основными ходовыми режимами, обеспечивающими выполнение боевых и повседневных функций для такого класса кораблей, являются:

·Малые хода (~ 5÷12 уз.), развиваемые при поиске ПЛ противника, осуществлении слежения за ними, огневой поддержке береговых частей, обеспечении высадки десанта, буксировке поврежденных кораблей, судов и подводных лодок;

·Средние хода (~ 12÷20 уз.), развиваемые как правило при сопровождении конвоев, следовании в составе корабельных ударных групп и при совершении длительных переходов морем;

·Большие хода (~ 20÷32 уз.), развиваемые как правило кратковременно при обеспечении перехвата кораблей и судов противника и их уничтожении, обеспечении спасательных операций.

Таким образом основными диапазонами ходовых режимов, развиваемых длительно (практически до 85÷90% ходового времени), являются малые и средние хода. Развитие полного хода для такого класса кораблей осуществляется достаточно редко: ~ 10÷15% от общего ходового времени.

Кроме того, длительные переходы морем, с целью обеспечения заданной дальности плавания ~ 5000 миль, должны осуществляться достаточно быстро и с максимальной экономией топлива.

Исходя из решаемых задач и основных ходовых режимов, корабль класса «эсминец» должен обладать следующими основными свойствами:

·высокой маневренностью (минимальным временем развития хода от малого до полного и наоборот, обеспечением возможности частых и глубоких режимов реверсов как на передний, так и на задний ход);

·высокой живучестью (сохранять возможность развития хода при частичном выходе из строя ЭУ при получении боевых и аварийных повреждений);

·высокими мореходными качествами и управляемостью;

·иметь возможность производить буксировку других кораблей и судов.

В соответствии с предъявляемыми требованию к свойствам корабля данного класса, примененная на нем энергетическая установка должна обладать следующими свойствами:

·мощностью, достаточной для развития кораблем водоизмещением ~8000 т скорости ~ 32 уз;

·высокой маневренностью;

·иметь возможность устойчиво и надежно работать в самом широком диапазоне мощностей для обеспечения устойчивых режимов ходов от малых до полных;

·иметь высокую степень автоматизации основных процессов и переходных режимов;

·обладать повышенной живучестью при получении аварийных и боевых повреждений;

·иметь достаточный ресурс и срок службы;

·быть простой в эксплуатации и обеспечивать проведение ремонтных и восстановительных работ не только на специализированных СРЗ, но и в местах базирования.

Всем перечисленным требованиям наиболее полно соответствует котлотурбинная энергетическая установка (КТЭУ).

Из анализа свойств и особенностей различных типов энергетических установок видно:

Дизельные энергетические установки при имеемых преимуществах: высоком КПД, быстром запуске, высокой степени автоматизации, имеют следующие отрицательные свойства: ограниченную мощность в одном агрегате (до 25000÷30000 л.с., за редкими исключениями - до 50000 л.с.), работают на дорогих легких сортах топлива (для работы на тяжелых и дешевых сортах топлива необходимо наличие сложных топливных систем, включающих системы предварительной подготовки топлива); имеют повышенную вибрацию и шум при работе; имеют относительно небольшой диапазон регулирования мощности; агрегаты большой мощности имеют повышенные массогабаритные показатели;

Газотурбинные энергетические установки при имеемых положительных свойствах: быстром запуске, достаточно высоком КПД, достаточной мощности в одном агрегате, малых массогабаритных показателях, отсутствии вибраций при работе; обладают пониженными ресурсными показателями (20000÷25000 часов), допускают только агрегатную замену при ремонте, имеют сложные системы предварительной топливоподготовки при работе на тяжелых сортах топлива; имеют относительно небольшой диапазон регулирования мощности, возможность возникновения явления помпажа осевого компрессора при работе на нерасчетных режимах; имеются относительные трудности при проектировании реверсивных двигателей;

Котлотурбинная установка обладает следующими свойствами:

·Практически неограниченной мощностью в одном агрегате, определяемой только начальными и конечными параметрами пара и расходом пара, подаваемого на турбину;

·высокой маневренностью (небольшой продолжительностью подготовки к вводу и ввода в действие ~ 15 ÷ 45 мин, возможностью быстрых переходов с режима на режим, осуществления глубоких и быстрых реверсов);

·не имеет проблем с автоматизацией основных процессов, устойчиво работает в широких диапазонах мощностей без возникновения режимов помпажа и срывов работы;

·обладает повышенной живучестью за счет дублирования основных и вспомогательных механизмов и наиболее важных систем и трубопроводов;

·обладает высокими ресурсными показателями и большим сроком службы (~ 100000 ч), сопоставимым со сроком службы самого корабля;

·способна работать на самых дешевых низкосортных топливах без проведения специальных мероприятий по предварительной подготовке топлива;

·имеет большие межремонтные периоды и возможность осуществления ремонта в условиях базирования;

·Обладает пониженными показателями шумности по сравнению с ДЭУ и ГТУ, низкими тепловыми полями, создаваемыми вокруг корабля;

·Имеет достаточно низкую стоимость изготовления и ремонта;

·Имеет относительно низкий КПД;

·В паросиловых установках используются достаточно сложные и разветвленные тепловые схемы с большим количеством вспомогательных механизмов.

Исходя из проведенного анализа, для главной энергетической установки корабля класса «Эсминец» выбираем котлотурбинную энергетическую установку.

Современная корабельная КТЭУ представляет собой по сути термодинамически-комбинированную энергетическую установку, выполненную по газопаровому циклу, в которой газотурбинная часть комбинированной установки используется для осуществления части рабочего процесса в общем цикле паросиловой установки.

Необходимо отметить, что для КТЭУ имеется возможность совершенствования ряда параметров и дальнейшего повышения КПД термодинамического цикла за счет осуществления следующих мероприятий:

·Применения более рациональных и совершенных тепловых схем;

·Увеличения начальных параметров пара (повышение начального давления пара уменьшает удельный расход топлива на 3÷8%, повышение температуры - на 2.5÷5%);

·Увеличения числа ступеней регенеративного подогрева питательной воды (повышает КПД цикла КТЭУ на 3,5 - 8,0%);

·Увеличения КПД котлов до 93 - 96% (достигается совершенствованием топочных процессов, снижением потерь с уходящими газами);

·Увеличения КПД ГТЗА (достигается путем совершенствования проточной части турбин, увеличением частоты вращения ротора, применением более совершенных передач, совершенствованием аэродинамических характеристик проточной части);

·Исключения маломощных турбоприводов вспомогательных механизмов с низким КПД и замены их на групповые турбоприводы; перевод ВМ на электроприводы; применение навешенных на ТГ и ГТЗА приводов маломощных ВМ (повышает КПД на 2,4%);

·Применения самопроточной циркуляции в главном конденсаторе на передних ходах корабля за счет динамического напора набегающего потока воды (повышает КПД на 0,9%);

·Уменьшения потерь теплоты с забортной водой - прокачивание маслоохладителя, эжекторов и других теплообменных аппаратов конденсатом (повышает КПД на 0,5%);

·Замены эжекторов вакуумными насосами (повышает КПД на 0,2%).

Таким образом, применяя одно из перечисленных мероприятий или комбинируя некоторые из них можно существенно повысить экономичность и КПД КТЭУ в целом.

.2 Выбор количества линий вала

Выбор количества валопроводов производится исходя из следующих критериев:

·Резервирование установки в случае возникновения аварий и получении боевых повреждений.

Для КТЭУ эсминца принимаем 2-х вальную установку, обладающую следующими преимуществами:

·Высокой маневренностью и лучшей управляемостью по сравнению с одновальной установкой;

·Обеспечением высокой устойчивостью корабля на курсе;

·Возможностью управления движением и маневрированием при выходе из строя рулевого управления;

·Высокой степенью живучести, возможности осуществления парциальной работы (под одной линией вала при выходе из строя другой линии вала или одного борта установки);

·Меньшей вибрацией по сравнению с одновальной установкой;

·Лучшей технологичностью и ремонтопригодностью (в 2-х вальных установках руль не препятствует выемке наружу гребного или дейдвудного вала).

Направление вращения винтов выбираем исходя из условий обеспечения надежности их работы, маневренности и управляемости корабля. Целесообразно выбрать винты фиксированного шага. Гребные винты на переднем ходу должны вращаться наружу - т.е. от бортов вниз и внутрь.

1.3 Выбор схемы общего размещения КТЭУ на корабле

При размещении механизмов и оборудования КТЭУ на корабле должны быть учтены следующие основные требования:

·Компактность размещения и обеспечение минимальной длины энергетических помещений;

·Обеспечение минимальной протяженности паропроводов, трубопроводов и газоходов;

·Обеспечение живучести установки и ее действия при получении боевых и других повреждений;

·Обеспечение резервирования главных и вспомогательных механизмов;

Проанализируем возможные схемы размещения КТЭУ:

Линейное размещение:

Этот способ размещения подразумевает наличие котельного (или котельных) и следующего непосредственно за ним машинного (машинных) отделений.

Схема 3.1.а обеспечивает достаточную компактность размещения главных механизмов, небольшую протяженность главных паропроводов и систем, но обладает пониженной живучестью в случае получения боевых повреждений из-за размещения всех котлов в одном котельном отделении и всех ГТЗА в одном машинном отделении.

Схема 3.1.б обладает повышенной живучестью за счет размещения турбин и котлов в своем индивидуальном отсеке, но имеет весьма протяженные системы и паропроводы и большую относительную длину энергетических помещений.

Эшелонное размещение:

Этот способ размещения КТЭУ подразумевает расположение одного или нескольких котлов в котельных отделениях и следующего за ними турбинного отделения, образующих вместе 1 эшелон установки. Количество эшелонов КТЭУ соответствует числу линий валов корабля.

Особенностями эшелонного размещения КТЭУ являются:

·Повышенная живучесть установки за счет размещения главных механизмов в отдельных отсеках;

·Большая протяженность паропроводов и систем;

·Большая длина линий валов (особенно ГТЗА носового эшелона);

·Большая протяженность энергетических отсеков по длине корабля;

Совмещенно - эшелонное размещение:

Особенностью размещения является расположение главных механизмов одного эшелона (два главных котла и ГТЗА) в одном отсеке - машинно - котельном отделении. Количество МКО определяется числом линий валов. В каждом МКО побортно размещаются два главных котла и один ГТЗА.