Парокотельная установка судна
1. Состав
судовой котельной установки
Суда, на которых в качестве главных (основных)
двигателей установлены паровые машины или турбины, называются пароходами, а
силовая установка - паросиловой.
Паросиловая установка представляет собой
совокупность ряда устройств и механизмов, которые предназначены для
преобразования тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в
механическую энергию движения судна.
Основными элементами судовой паросиловой
установки являются: котельная установка, служащая для получения водяного пара;
главная паровая машина или турбина, служащая для преобразования тепловой
энергии водяного пара в механическую, которая используется для приведения в
действие судового движителя (гребного винта); вспомогательные устройства,
системы и механизмы, предназначенные для обеспечения работы котла и главной
машины.
Судовая котельная установка состоит из котельных
агрегатов и вспомогательных устройств для их обслуживания (фильтров, насосов,
дымовой трубы и т. д.); она располагается на судне в одном или нескольких
котельных отделениях. Котельный агрегат представляет собой единую конструкцию,
объединяющую паровой котел, топочное устройство, пароперегреватель,
воздухоподогреватель, экономайзер.
Элементы судовой котельной установки делятся на
основные и дополнительные. К основным относятся такие, без которых котельная
установка не может работать, а именно:
паровой котел - устройство, в котором происходит
преобразование воды в водяной, пар;
топка и топочное устройство, служащие для
сжигания топлива;
газоходы и дымовая труба, отводящие продукты
сгорания топлива из топки;
питательные средства, служащие для подачи воды в
котел;
арматура и основные измерительные приборы
(стопорный и предохранительный клапан, водоуказательные приборы, питательный
клапан).
К дополнительным элементам, которые встречаются
не у всех котельных установок, относятся:
водяной экономайзер - устройство для подогрева
воды, подаваемой в котел, за счет теплоты уходящих из котла газообразных
продуктов сгорания топлива;
пароперегреватель - устройство для, перегрева
насыщенного пара, полученного в котле;
воздухоподогреватель - устройство для подогрева
воздуха перед его поступлением в топку котла;
устройства для создания тяги: дымососы,
вентиляторы, пароструйные дутьевые аппараты и т.д.;
системы автоматического регулирования работы
котельной установки.
Пар, вырабатываемый судовой котельной
установкой, используется:
в главных машинах или турбинах, служащих для
вращения гребных винтов;
во вспомогательных механизмах, установленных в
машиннокотельном отделении (паровой динамомашине, циркуляционном насосе и т.
д.);
для подогрева груза (нефти, мазута), обогрева
помещений;
на бытовые нужды (баню, прачечную, камбуз и т.
д.).
Тип судовой котельной установки определяется
конструкцией установленных паровых котлов, видом сжигаемого топлива, мощностью,
параметрами пара (давление и температура) и рядом других факторов.
2. Принцип действия парового котла и его
характеристики
Паровым котлом называется агрегат,
предназначенный для непрерывного производства (генерации) пара за счет
превращения какого-либо вида энергии в тепловую. Для получения пара может быть
использована химическая энергия топлива (обычные паровые котлы), атомная
энергия (атомные котлы) или электроэнергия (электрокотлы).
Электрокотлы устанавливают на морских судах в
единичных случаях и они не представляют интереса для судовых машинных команд. В
обычных паровых котлах пар образуется в результате передачи тепла, возникающего
при горении топлива, рабочему веществу, которым служит вода.
В котлоагрегате непрерывно происходят следующие
процессы, в результате которых осуществляется непрерывное производство водяного
пара в котле:
топочный - горение топлива в топке котла;
аэродинамический - подача в топку воздуха и
удаление из газоходов газообразных продуктов горения топлива:
теплопередача - передача тепла от газов к воде
через поверхность нагрева;
гидродинамический - движение (циркуляция) воды и
пара внутри котла вдоль его поверхности нагрева.
Все паровые котлы делятся на огнетрубные,
водотрубные и комбинированные. В огнетрубных котлах горячие газы проходят
внутри труб, а вода находится между ними; в водотрубных газы омывают трубы
снаружи, а внутри труб перемещается нагреваемая среда - вода и пар; в
комбинированных сочетаются элементы конструкции водотрубного и огнетрубного
котлов.
3. Классификация паровых котлов и предъявляемые
к ним требования
Специфические условия морского плавания, большое
разнообразие типов судов и районов их плавания, различная мощность силовой
установки и другие факторы обусловили появление паровых котлов самых
разнообразных типов и конструкций.
Морские паровые котлы можно классифицировать по
ряду признаков:
по типу омывания поверхности нагрева газами -
огнетрубные, водотрубные и комбинированные;
по назначению - главные паровые котлы,
вырабатывающие пар, используемый в главных машинах или турбинах;
вспомогательные, устанавливаемые на судне для вспомогательных целей - (отопления
судовых помещений, обогрева судовых систем, разогрева груза и т. п.);
по давлению пара - котлы низкого, среднего,
повышенного и высокого давления. Однако необходимо отметить, что этот вид
классификации весьма неточен и может меняться с развитием котельной техники.
Например, в морском котлостроении котлы, вырабатывающие пар давлением ниже 15 -
22 атм, называют котлами низкого давления, до 32 атм - среднего, от 32 до 64
атм повышенного и более 64 атм - высокого. В стационарных же установках все эти
котлы считаются котлами низкого или среднего давления;
по виду сжигаемого топлива - котлы, работающие
на жидком топливе, на твердом, и утилизационные котлы, работающие на отходящих
газах двигателей внутреннего сгорания;
по типу цикуляции пароводяной смеси - котлы с
естественной и искусственной (принудительной) циркуляцией.
В настоящее время в качестве главных котлов
получили наибольшее распространение водотрубные котлы, работающие на жидком
топливе. Они имеют меньший вес по сравнению с ранее применявшимися огнетрубными
котлами и более экономичны в эксплуатации.
Основные
характеристики ВПК следующие: паропроизводительность D-количество
производимого пара в единицу времени, кг/с; рабочее давление пара p
- избыточное давление в пароводяном коллекторе (сепараторе), МПа; температура
перегретого пара на выходе из пароперегревателя tпп,
0С; температура питательной воды на входе в экономайзер или в
пароводяной коллектор (сепаратор) при отсутствии экономайзера tпв,
0С; расход топлива B,
кг/с; коэффициент полезного действия (КПД) ,
представляющий собой отношение полезно используемой теплоты к теплоте, которая
выделяется при полном сжигании топлива, израсходованного за тот же промежуток
времени, в долях единицы или в процентах; масса ПК без воды (сухая масса) Gс
и с водой Gc
+
Gв,
кг.
Для
сравнительной оценки ПК пользуются удельными характеристиками, к которым
относятся: удельный паросъём d
=D/Hп,
кг/(м2с), где Hп
- парообразующая поверхность нагрева с поверхностью экономайзера (если он
имеется); относительная масса gc
= Gc/D,
кг/(кг/с); относительное водосодержание gв
= Gв/D,
кг/(кг/с) - отношение массы воды в ПК к паропроизводительности; относительный
объём
= V/D,
м3/(кг/с), представляющий собой отношение объёма ПК к его
паропроизводительности.
При
определении этих характеристик за величину D
принимают номинальную паропроизводительность, т.е. наибольшую
паропроизводительность, которую ПК может устойчиво обеспечить в течение
длительного периода.
К паровым котлам морских судов предъявляется ряд
особых требований. Паровой котел должен обладать достаточно высокой
надежностью, иметь простую и удобную в обслуживании конструкцию и наивысшую
экономичность при возможно меньших габаритах и весе. Стоимость постройки и
эксплуатационные расходы должны быть невысокими. Перечисленные требования могут
быть удовлетворены лишь в том случае, если котел выбран в соответствии с
назначением судна и типом паросиловой установки.
На рисунке 1.1. в координатах sT
(s - удельная
энтропия, Дж/(кг×К); T
- абсолютная температура, К) изображён термодинамический цикл паротурбинной
установки (ПТУ). Нижняя (x=0,
где x - степень сухости)
и верхняя (x=1) пограничные
кривые соответствуют состояниям насыщения кипящей воды и сухого водяного пара
при различных давлениях. Изобарический процесс 1-2-3-4 (p1=p2=p3=p4;
p1=const)
реализуется в пароводяном тракте котла. Он состоит из более простых процессов:
подогрева питательной воды до состояния, близкого к состоянию насыщения при
давлении в котле (линия 1-2); подогрева воды до кипения и образования влажного
насыщенного пара, степень сухости которого близка к единице (линия 2-3);
подсушки и перегрева пара (линия 3-4).
Рис.1.1. Термодинамический цикл паротурбинной
установки.
Процессы превращения воды в перегретый пар
происходят соответственно в экономайзере (линия 1-2), в испарительной
поверхности нагрева (линия 2-3) и в пароперегревателе (линия 3-4) парового
котла.
Цикл ПТУ, изображённый на рисунке 1.1. включает
в себя процессы, происходящие не только в котле, но и в других элементах СЭУ:
4-5 - адиабатное расширение пара в турбине; 5-6 - изобарно-изотермический
процесс конденсации пара в конденсаторе; 6-7 - адиабатный процесс в насосах;
7-1 - изобарный процесс подогрева питательной воды в деаэраторе.
Энергетическая установка предназначена для
обеспечения движения и маневрирования корабля, снабжения всех потребителей
электроэнергией, паром, водой, холодом и сжатым воздухом.
В состав энергетической установки входят
следующие элементы:
главная энергетическая установка;
электроэнергетическая установка;
вспомогательная энергетическая установка;
механизмы общекорабельного назначения.
Энергетическая установка выполнена с эшелонным
расположением. В носовой эшелон входят:
носовое МКО;
носовая электростанция;
отделение вспомогательных механизмов.
кормовое МКО;
помещение кормовых генераторов;
кормовая электростанция.
Главная энергетическая установка состоит из двух
турбокотельных комплексов и валопровода с винтами. В состав каждого
турбокотельного комплекса входят один ГТЗА и два главных котла с обслуживающими
их механизмами, аппаратами и системами.
Турбокотельный комплекс правого борта размещён в
носовом МКО, турбокотельный комплекс левого борта - в кормовом МКО. Каждое МКО
имеет главный вход из коридора на второй палубе и выход на вторую палубу из
ПДУ, вход в ПДУ предусмотрен из МКО. Каждое МКО имеет аварийный выход через
шахту естественной вентиляции.
Электроэнергетическая установка размещена в
носовой и кормовой электростанциях и в помещении кормовых генераторов. Носовая
электростанция расположена между второй и третьей палубами. Помещение кормовых
генераторов расположено под третьей палубой.
В носовой электростанции расположен
турбогенератор и главный распределительный щит, в помещении кормовых
генераторов расположен турбогенератор, главный распределительный щит расположен
в кормовой электростанции. Дизель-генераторы (по два) расположены в отдельных
выгородках носовой электростанции и помещении кормовых генераторов, пульты
управления ДГ расположены в помещениях носовой и кормовой электростанций.
Носовая электростанция имеет главный вход у носовой переборки со 2 палубы и
аварийный выход через люк на вторую палубу.
Помещение кормовых генераторов имеет главный
вход с третей палубы и аварийный выход через люк на третью палубу из выгородки
ДГ в помещение кормовой электростанции.
Вспомогательная энергетическая установка.
В состав вспомогательной энергетической
установки входят:
) вспомогательная котельная установка, которая
размещена в отделении вспомогательных механизмов, расположенном под носовой
электростанцией. Отделение вспомогательных механизмов имеет главный вход из
тамбура с левого борта и аварийный выход через люк в носовую электростанцию с
правого борта;
) вспомогательные конденсационные установки,
которые размещены в отделении вспомогательных механизмов и в помещении кормовых
генераторов;
) водоопреснительные установки, которые
размещены в отделении вспомогательных механизмов и в помещении кормовых
генераторов.
Пост энергетики и живучести размещён на второй
палубе в районе носового МКО.
Посты дистанционного управления
машинно-котельной установкой размещены в герметичных кабинах, расположенных в
МКО. В ПДУ размещены пульты управления и щиты теплоконтроля главных котлов и
ГТЗА. В ПДУ кормового МКО размещён запасной ПЭЖ. Водохимическая лаборатория
размещена рядом с ПЭЖем. Вход в ПЭЖ и ВХЛ раздельный из одного тамбура.
Запасные части и специнструмент размещены в
качестве одиночного комплекта ЗИП.
Механическая мастерская расположена на левом
борту, между второй и третьей палубами. В мехмастерской установлены:
токарно-винторезный станок;
вертикально-сверлильный станок;
точильно-шлифовальный станок;