Определение характеристик вспомогательных энергетических установок

раза, а на сухогрузных судах в 1,7÷4,5 раза больше требуемой для обеспечения общесудовых потребителей всеми видами энергии.

С ростом мощности дизельных установок становится все более целесообразной глубокая утилизация теплоты с целью использования ее не только для удовлетворения общесудовых нужд в тепловой и электрической энергии, но и для выработки механической энергии, передаваемой на гребной винт. В этом случае требуемая мощность гребной установки может быть обеспечена главными двигателями меньшей мощности, а, следовательно, при меньшем расходе топлива на них. При таком способе утилизации теплоты можно рассчитывать на уменьшение удельных расходов топлива на установку с МОД до значений 0,155 кг/(кВт×ч) [15]. Реализация возможна двумя путями, с помощью силовой газовой или паровой турбины.

Приведенные в литературе [35] расчеты девяти вариантов систем утилизации танкера и ролкера показывают, что для высокоэкономичных МОД, имеющих все более низкие температуры выпускных газов, наименьшие суммарные эксплуатационные затраты и затраты на реализацию достигаются у варианта СЭУ с использованием СТ.

Относительно небольшая строительная стоимость установок с СТ объясняется тем, что в качестве силовых турбин можно использовать турбины из уже изготавливаемого типоразмерного ряда турбин турбокомпрессоров с консольным расположением колес. Возможны два способа установки СТ, параллельно или последовательно за ГТ. В первом случае обеспечивается срабатывание значительного теплоперепада в турбине, что позволяет получить компактную установку. Во втором случае, располагаемый теплоперепад оставшийся после ТК для СТ становится меньше, что приводит к росту габаритов силовой турбины. Рассмотрение возможности реализации обоих способов выполнено расчетным путем в [67]. Выявлено, что последовательное подключение СТ, может быть реализовано на дизеле мощностью до 3000÷4000 кВт. При этом такое подключение в диапазоне мощностей от 100 до 4000 кВт даст больший выигрыш в уменьшении удельного расхода топлива, чем параллельное. Для крупных малооборотных и среднеоборотных дизелей мощностью более 4000 кВт применяется параллельное подключение. Причем, одна СТ может устанавливаться на дизеле мощностью до 30000 кВт. При большей мощности двигателя необходимо устанавливать две или три турбины.

Силовая газовая турбина (рис.4.1), подключаемая параллельно ГТ турбокомпрессора (турбокомпаундная система), может применяться и устанавливаться на дизелях с диаметром цилиндра от 900 до 500 мм включительно при условии, что на дизеле устанавливается ТК с общим КПД не ниже 68% (серии ТКNA/ТО или VTR-4А). Передача мощности от СТ на коленчатый вал двигателя осуществляется на его свободном конце через редукторную передачу (рис. 4.2). Применение TCS обеспечивает снижение удельных расходов топлива  главного двигателя до 6 г/(кВт×ч) [15]. В каталоге фирмы [70] даются графики позволяющие оценить значения  в любой точке поля рабочих режимов. На режимах малых нагрузок (< 0,5 МПа) отключение СТ снижает  на 2÷3 г/(кВт×ч), при этом давление наддува  и максимальное давление в цикле  возрастают. Это позволяет улучшить работу дизеля и обеспечить включение электроприводной воздуходувки только на режимах с нагрузкой менее 20% (без TCS их приходится подключать при нагрузках ниже 40÷50%). Дополнительная мощность, передаваемая на вал (или на привод генератора) силовой ГТ в среднем составляет 2,5÷4% в дизелях МС и 1,6÷2,5% в МСЕ (от принятой контрактной мощности двигателя). Необходимо иметь в виду, что при наличии TCS расход газов через ТК уменьшается на 8%, а температура газов за ГТ турбокомпрессора возрастает примерно на 20÷25°С, что влияет на располагаемый теплосъем в утилизационном котле.

Рис. 4.2. Схема передачи от силовой турбины к двигателю:                                                                1 – силовая турбина; 2 – редуктор; 3 – коленчатый вал;                                                          4 – разобщительная зубчатая муфта

Компоновка TCS на дизеле подробно освещается в каталоге дизелей МС 1986 г. [70]. В качестве СТ применяются турбины фирмы MAN B&W типа РТG-NR и фирмы АВВ (ВВС) типа NТС. Силовые турбины РТG выпускаются в трех модификациях с диаметрами рабочих (радиальных) колес  равными 150, 200 и 260 мм, а СТ типа NTC в трех модификациях с  – 210, 250 и 300 мм. Диапазон мощностей СТ колеблется от 355 до 1290 кВт (в одном агрегате, табл. 4.6) и до 2200¸2800 кВт при установке двух СТ марки PTG-NR26 или NTC304. Конкретная мощность, получаемая в СТ, зависит от положения точки спецификационной мощности на поле рабочих режимов двигателя.

Включение в дизельную установку паросилового цикла ставит проблему выбора оптимальных давлений и температур пара, а также целесообразной схемы утилизационной установки и типа передачи энергии на гребной вал.

Большое число возможных схем утилизации, определяемое особенностями конкретных судов и двигателей, затрудняет их изучение и сравнение и не позволяет дать единую рекомендацию. Для каждой установки необходим специальный анализ. Некоторые рекомендации можно найти в [35].

Принципиальная типовая схема установки глубокой утилизации