Отличительные особенности энергетической установки зарубежного образца

1.3.2 Отличительные особенности энергетической установки зарубежного образца

Аналогичную проекту энергетическую установку имеет СКР типа Saar 5 ВМС Израиля, который строился по совместному американо-израильскому проекту на версии отделения Ingalls Shipbuilding фирмы Litton в Паскагуле (США) СКР типа Saar 5 – это наиболее вооруженный корабль данного класса водоизмещения [ 3 ].

Корпус разделен одиннадцатью водонепроницаемыми переборками, а также делится на шесть пожарозащитных зон.

 Наряду с основными центральным постом управления, находящегося в носовой части СКР имеется резервный в кормовой части. Носовое машинное отделение с газотурбинным двигателем размещается отдельно от кормового с дизелями и другими помещениями средней части корабля.

Энергетическая установка работает по двухвальной схеме (рис.6). В ее состав входят: одна ГТУ (1), и два ВОД (3); ГТД через сложный редуктор (2) приводит во вращение два ВРШ (4). При необходимости ГТД может работать на один винт. Два дизеля обеспечивают крейсерский ход СКР. В случае достижения максимальной скорости хода отключается дизели, и в работу вступает ГТД.

Маневрирование на больших скоростях хода производится с помощью двух рулей, на малых – с помощью ВРШ.

В качестве ГТУ форсажного типа применена ГТУ LM2500, которая работает по сложной схеме и обеспечивает высокую экономичность. По мнению автора, такая установка очень сложна и имеет высокие массогабаритные показатели, а применение такой ГТУ не оправдано, так как форсажная установка работает только в боевых экстремальных условиях. При этом ее экономичность не обязательна.

1.3.3.  Выбор энергетической установки МПК разрабатываемого проекта. Выбор типа ГТУ и ГТД

Учитывая боевые задачи МПК, перечисленные в пункте 1.1 данного дипломного проекта, разрабатываемая энергетическая установка МПК должна обеспечивать возможность достижения повышенных скоростей. При этом желательно, чтобы эти скорости превышали скорости судов, кораблей и ПЛ противника. Кроме этого, ЭУ должна обеспечивать экономичный крейсерский ход в режимах длительного патрулирования и сопровождения караванов.

Учитывая необходимость экономии массы оборудования, в целях размещения максимального количества вооружения и приборов, масса ЭУ должна быть как можно меньше.

Из этих соображений мною в качестве ГЭУ МПК выбрана комбинированная дизель-газотурбинная установка (КДГТУ),состоящая из двух двигателей внутреннего сгорания, работой которых развивается крейсерская скорость МПК в 15 узлов, и одной форсажной (ускорительной) газотурбинной установки (ФГТУ), с помощью которой корабль достигает максимальной скорости хода 35 узлов.

Из п.1.5., таблица №1 и №2, расчетная мощность, необходимая для обеспечения скорости полного хода (35 узлов) составляет 20000кВт, а расчетная мощность маршевой установки – 2244кВт.

Процентное отношение этих мощностей:

Если мощность маршевой установки не более 20% от мощности полного хода, то КДГТУ рекомендуется устанавливать с раздельной работой маршевых и ускорительных двигателей (из соображений экономичности и целесообразности), ([4], стр. 237).

Данное решение оправдывается и тем, что совместная работа ДВС и ГТД затруднена из-за различных принципов управления этими двигателями, так как в ДВС имеется регулятор частоты вращения, а в ГТД – регулятор подачи топлива. При колебаниях нагрузки на гребных винтах, что всегда имеет место в эксплуатации, происходит перераспределение мощности между ДВС и ГТД. Увеличение нагрузки на гребном винте может привести к опасным перегрузкам ДВС.

При раздельной работе маршевых и ускорительных двигателей в данном проекте, скорость экономичного хода в 15 узлов обеспечивается работой двух среднеоборотных дизелей мощностью каждого 1200 кВт (таблица №2 п.1.5.).

При выходе МПК на скорость полного хода в 35 узлов вводится в действие форсажная ГТУ мощностью 20000кВт и маршевые двигатели отключаются.

На рис. 7 изображена схема разрабатываемой трехвальной КДГТУ. Маршевые ДВС (3) расположены в кормовом МО, разделенным с носовым и другими помещениями водонепроницаемыми переборками. В носовом МО расположен ФГТД (1), работающая на том же топливе, что и дизеля.

Среднеоборотные двигатели внутреннего сгорания через маршевые планетарные редуктора (4) приводят в действие винты регулируемого шага (5). Выбор планетарного редуктора обусловлен тем, что при сравнительно невысоких мощностях маршевых ДВС принцип двухступенчатого снижения частоты вращения валов удается реализовать без значительного увеличения продольных размеров редуктора, что немаловажно для достижения минимальных размеров машинного отделения дизельной установки МПК. Применение винтов регулируемого шага обусловлено необходимостью выполнения маневров кораблем при наличии нереверсивных маршевых двигателей и редукторов, и также необходимостью более полного использования эффективной мощности ДВС на режиме экономичного хода.

Форсажный газотурбинный двигатель (1) через форсажный двухступенчатый нереверсивный редуктор с раздвоением мощности (2) приводит в действие винт фиксированного шага (6). Применение нереверсивного редуктора и ВФШ обусловлено тем, что ФГТУ включается в работу для достижения МПК скорости полного хода, а маневрирование на больших скоростях хода производится рулями и варьированием мощностью форсажных двигателей.

Выбранным ФГТД в составе разрабатываемой форсажной газотурбинной установки является газотурбинный двигатель авиационного типа простого открытого цикла, выполненный по трехвальной схеме с двухкаскадным осевым компрессором, обеспечивающей прямоточность движения рабочего тела (воздуха и газов), при которой достигается уменьшение массы и увеличение КПД ГТД.

Простой открытый цикл для ГТД разрабатываемой ФГТУ данного проекта МПК, по мнению автора, наиболее подходящий, так как газотурбинная установка вводится в действие только в боевых экстремальных условиях и ее экономичность не играет определяющего значения; а мероприятия по повышению экономичности ГТД, такие как регенерация и утилизация тепла, процесс замыкания цикла существенно усложняют и увеличивают в размерах ГТУ. На рис.8. изображена тепловая схема разрабатываемого двухкаскадного ГТД. Его главными частями являются:

-  компрессор низкого давления (КНД), (поз.1);

-  компрессор высокого давления (КВД), (поз.2);

-  трубчато-кольцевая камера сгорания (КС), (поз.3);

-  турбина высокого давления (ТВД), (поз.4);

-  турбина низкого давления (ТНД), (поз.5);

-  турбина винта (ТВ), (поз.6).

В  данном ГТД осуществляется двухступенчатое сжатие воздуха (в КНД и КВД) и трехступенчатое расширение газа (в ТВД, ТНД и ТВ), получаемого в КС.

На рис. 9. изображены конструктивная схема ФГТД и рама (17), на которой он установлен. ТВД и ТНД, которые приводят в действие соответственно КВД и КНД, в месте с ними образуют турбокомпрессоры высокого (ТКВД) и низкого (ТКНД) давления. Турбина винта своим ротором с помощью рессоры (13) соединяется с редуктором. ФГТД и газоотвод закрыты теплоизолирующими кожухами (8) и (11).

На чертеже ДП 14.02.00- 02.- 162.10.03 графической части данного дипломного проекта изображена конструкция разрабатываемого ФГТД, основные размеры которой принимались из таблиц расчетов п.1.6.2. или конструктивно. Устройство узлов и их элементов проектировалось, исходя из опытов предыдущих построек ФГТУ авиационного типа.