К дымовой трубе; 2 — жаровые трубы; 3 — камеры сгорания.

В парогенераторе под воздействием тепловой энергии образуется пар, давление которого выше атмосферного. В цилиндрических парогенераторах горячий газ проходит через дымогарные трубы, омываемые водой (рис. а).

В водотрубных парогенераторах нагреваемая вода идет по трубам, а газ - снаружи между стенками труб (рис. b). На рис. 3 показан типовой цилиндрический парогенератор устаревшей конструкции с угольным отоплением.

В камере сгорания видны колосниковые решетки, на которых сжигается уголь.

Горячие газы проходят через жаровую трубу, изменяют в огневой камере направление и распределяются по дымогарным трубам. При прохождении через дымогарные трубы горячие газы отдают свою тепловую энергию омывающей трубы воде, попадают в дымогарную камеру, а затем через вытяжной канал - в дымовую трубу.

В настоящее время эти парогенераторы применяются почти исключительно как вспомогательные.

Рис. 4. Водотрубный парогенератор. 1 — верхний коллектор; 2 — нижний коллектор; 3 — водогрейные трубы; 4 — экранирующие водогрейные трубы; 5 — камера сгорания; 6 — форсунка; 7 — пароперегреватель; 8 — паросборник; 9 — отвод отработавших газов.

Рис. 5. Схемы циркуляции воды в парогенераторах.

3. ПОРШНЕВЫЕ СУДОВЫЕ ПАРОВЫЕ МАШИНЫ

Сегодня еще можно встретить старые суда, приводимые в движение поршневыми паровыми машинами.

К преимуществам этих машин относятся простота конструкции и обслуживания, а также относительно малая склонность к повреждениям. Принцип действия поршневой паровой машины показан на рисунке 6. Рабочий пар подается в паровой цилиндр через паровые поршни. Он расширяется, давит на поршень и заставляет его скользить вниз. Когда поршень достигает своей нижней точки, парораспределительный золотник изменяет свое положение. Свежий пар подается под поршень, в то время как пар, заполнявший прежде цилиндр, вытесняется.
Теперь поршень движется в противоположном направлении. Таким образом, поршень совершает во время работы движения вверх и вниз, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма, состоящего из штока, ползуна и соединенного с коленчатым валом шатуна, преобразуются во вращательные движения коленчатого вала. Впуск и выпуск свежего и отработавшего пара регулируют клапаном 2. Клапан приводится в действие от коленчатого вала посредством двух эксцентриков, которые через штанги и шатун соединены с золотниковой штангой.
Перемещение шатуна с помощью переводного рычага вызывает изменение количества пара, заполнившего цилиндр за один подъем поршня, а следовательно, меняются мощность и частота вращения машины. Когда шатун находится в среднем положении, пар уже не входит в цилиндр, и паровая машина прекращает движение. При дальнейшем перемещении шатуна с помощью переводного рычага машина снова приводится в движение, на этот раз в противоположном направлении. Это обусловливает обратное движение судового движителя. Наряду с перераспределением с помощью поршневого золотника, имеются системы с плоскими золотниками или клапанами.

рис. 6.Паровая машина
1 — цилиндр низкого давления; 2 — цилиндр высокого давления; 3 — механизм управления; Л — ползун; 5 — коленчатый вал.

В первых судовых установках применяли поршневые паровые машины, в которых расширение от входного до выходного давления и до давления в конденсаторе происходило в одном цилиндре. Со временем стали применять машины многоступенчатого расширения. Принцип действия машины трехступенчатого расширения схематично показан на следующем рисунке. В цилиндре высокого давления свежий пар понижает свое давление от 1,47 МПа (на входе) до 0,49 МПа (на выходе). Затем пар проходит в цилиндр среднего давления, где его давление понижается почти до 0,15 МПа. Отсюда пар идет дальше, к цилиндру низкого давления, где давление окончательно понижается от 0,15 МПа до давления в конденсаторе, составляющего около 9,8—68,7 гПа. При понижении давления объем пара возрастает. Для того чтобы пар разместился в цилиндрах, их объем должен с каждой ступенью увеличиваться. Так как все поршни имеют одинаковый ход, следует увеличить и диаметр цилиндров.

Рис. 7. Схема прохождения пара в поршневой паровой машине трехкратного расширения.		— вход ларе;
	— цилиндр высокого давления;
	— цилиндр среднего давления;
	— цилиндр низкого давления;
	— выход пара.

КПД энергетической установки с поршневой паровой машиной возрастает с уменьшением конечного значения давления рабочего пара. Однако вместе с этим объем пара увеличивается так, что цилиндр низкого давления должен был бы иметь огромный диаметр. Поэтому в поздних конструкциях поршневых паровых машин стали прибегать к комбинированию, т. е. поршневая паровая машина трехступенчатого расширения соединялась с турбиной отработавшего пара, причем эта турбина имела приблизительно четыре ступени расширения.
Такая конструкция изображена на рис. 8. Пар, выходящий из цилиндра низкого давления поршневой паровой машины, проходит в турбину, затем в конденсатор. Так как частота вращения турбины намного выше, чем у поршневой паровой машины, между валом турбины и гребным валом установлена понижающая двухступенчатая зубчатая передача и муфта. Последняя устраняет различия в частоте вращения, а также случайные нагрузки и удары, возникающие, например, из-за неравномерной нагрузки судового движителя при выходе из воды и т. д. Переключающий клапан направляет отработавший пар от паровой машины непосредственно к конденсатору, мимо турбины. Это бывает необходимо в случае изменения частоты вращения машины при маневрировании или заднем ходе.

 

Рис. 8. Турбина отработавшего пара (в соединении с паровой машиной трехкратного расширения).

	— муфта;
	— редуктор;
	— турбина отработавшего пара
	— переключающий клапан;
	— конденсатор;
	— выход воды;
	— вход пара;
	— паровая машина трехкратного расширения;
	— гребной вал.

ПАРОВЫЕ СУДОВЫЕ ТУРБИНЫ

Паровая турбина относится к двигателям, в которых тепловая энергия подведенного пара вначале превращается в кинетическую и только после этого используется для работы. В 1950-е гг. началась конкурентная борьба между паротурбинными и дизельными установками за применение на больших судах для перевозки массовых грузов и на танкерах. Сначала на судах дедвейтом 30—40 тыс. т и больше преобладали паротурбинные установки, однако быстрое развитие двигателей внутреннего сгорания привело к тому, что в настоящее время ряд судов дедвейтом более 100 тыс. т оснащается дизельными установками. Только на очень больших судах дедвейтом более 200 тыс. т устанавливают паротурбинные двигатели. Паротурбинные установки сохранились также на крупных боевых кораблях ВМФ, а также на быстроходных и больших контейнерных судах, когда мощность главного двигателя составляет 29440 кВт и более. Паровые турбины являются гидравлическими тепловыми двигателями, в которых в отличие от поршневых паровых машин и поршневых двигателей внутреннего сгорания не требуется преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение гребного винта. За счет этого упрощается конструкция и решаются многие технические проблемы. Кроме того, паровые турбины даже при очень большой мощности имеют сравнительно небольшие размеры, так как частота вращения ротора довольно высока и в зависимости от типа и назначения турбины составляет от 3000 до 8000 об/мин. Каждая турбина включает в себя следующие основные конструктивные детали:

- неподвижные направляющие лопатки или сопла, в которых тепловая энергия пара за счет перепада давления и температуры преобразуется в кинетическую (энергия потока);

- направляющие лопатки как части ротора, при сквозном проходе, через которые кинетическая энергия пара производит работу

Направляющие лопатки применяют в том случае, когда конечное давление расширения составляет более 55% давления пара на входе, в других случаях используют сопла. Скорость выхода пара из турбины достигает 500-600 м/с. Прохождение потока пара через сопло показано на рис. 9. Стрелка символически показывает повышение скорости входа пара и одновременно рост кинетической энергии.

Рис. 9.Прохождение пара в расширительном устройстве паровой турбины.