Способы передачи мощности от турбин к потребителям
Паровая турбина может служить на судне основным двигателем для получения электроэнергии, потребляемой электродвигателем, непосредственно соединенным через гребной вал с гребным винтом. Такие электродвигатели называются гребными. Так как в данном случае имеет место передача электроэнергии, связанная с двойным ее превращением, то такие установки называют установками судов с электродвижением, а сами суда — электроходами. Поскольку основным двигателем служит турбина, то и судно называется турбоэлектроходом (в отличие от дизель-электрохода, где основным двигателем является двигатель внутреннего сгорания).
Установка с электропередачей состоит из турбогенераторов, главного распределительного щита (ГРЩ), мощных силовых кабелей и гребных электродвигателей.
Зубчатые передачи в паротурбинных установках предназначены для понижения частоты вращения гребного вала и обеспечения работы гребного винта при максимальном КПД. Зубчатые передачи, понижающие частоту вращения, называют редукторами (в отличие от повышающих частоту вращения зубчатых передач, называемых мультипликаторами). Одноступенчатые передачи позволяют снизить частоту вращения в 20—25 раз, а двухступенчатые в 100—140 раз.
Устройство одноступенчатой зубчатой передачи со встроенным в нее однодисковым упорным подшипником показано на рис. 49. Корпус 16 передачи и крышка — стальные. Крышка соединена с корпусом передачи в горизонтальной плоскости при помощи фланцев 20. Имеется также вертикальное фланцевое соединение, разделяющее крышку на две части.
Рис. 49. Устройство одноступенчатой зубчатой передачи.
В крышке расположены корпуса подшипников 15 шестерен. Каждая шестерня 13 имеет свою крышку, а носовой конец вала колеса и кормовые концы валов шестерен закрыты также торцевыми крышками. Нижняя часть колеса закрыта поддоном 21, прикрепленным к корпусу. Большое зубчатое колесо передачи — сборное. Вал 1 с полостью 10 лежит в опорных подшипниках 8. Он имеет кольцевые выступы 6, к которым при помощи болтов крепят диски 5, имеющие отверстие для облегчения дисков и удобства сборки. К дискам крепят ободы 3, на наружных поверхностях которых нарезаны зубья. Для обеспечения прочности и жесткости зубчатого колеса ободы скреплены вставным литым барабаном 4.
На кормовом конце вала колеса откован заодно с ним фланец 11, служащий для соединения вала колеса с валопроводом, и упорный гребень 12, расположенный в главном упорном подшипнике. Осевое упорное давление, возникающее при вращении гребного вала, через главный упорный подшипник передается судовому фундаменту и корпусу судна. Для компенсации этого усилия по обе стороны упорного гребня устанавливают упорные подушки-сегменты, рабочая поверхность которых залита баббитом; с обратной стороны в каждую подушку запрессована сферическая чечевица, опирающаяся на плоские чечевицы, расположенные в полукольцах, установленных в корпусе главного упорного подшипника. При вращении валопровода центр давления, воспринимаемого каждой подушкой, не совпадает с центром упора ее сферической поверхности (чечевицы) в корпус подшипника. В результате создается пара сил, которая поворачивает подушку таким образом, что ее рабочая (упорная) поверхность располагается под некоторым углом к рабочей поверхности упорного гребня. Это способствует образованию клинового масляного зазора. Следовательно, упорный гребень, не соприкасаясь с упорными подушками, передает через масляный клин корпусу подшипника осевое давление, т. е. давление, создаваемое упором гребного винта при вращении валопровода.
Два основных опорных подшипника 8 и третий, вспомогательный опорный подшипник 9, расположенный за упорным подшипником, воспринимают массу зубчатого колеса и радиальные усилия, возникающие при работе ГТЗА. Опорные подшипники имеют вкладыши 7, изготовленные из двух половин, рабочие поверхности которых залиты баббитом.
Масло к подшипникам вала колеса подводится через кольцевые каналы 2, а затем по трубкам, вставленным в отверстия 19, подается к подшипникам 15 валов шестерни. Зубья главного колеса и зубья шестерен смазываются разбрызгиванием при помощи специальных форсунок, к которым масло подается из масляного трубопровода под давлением. Зубья колеса осматривают через люк 17, а зубья шестерен — через люк 14. Отверстия 18 позволяют наблюдать за подачей масла.
Главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА) представляет собой единый комплекс, работающий на валопровод и состоящий из нескольких турбин, зубчатой передачи (редуктора), главного конденсатора (для паровых турбин) и главного упорного подшипника. Последний обычно выполняют встроенным в корпус зубчатой передачи.
На рис. 50 схематично показан трехкорпусный ГТЗА с паровыми турбинами переднего хода (ТВД, ТСД и ТНД), соединенными между собой пароперепускными трубами — ресиверами 4. Свежий пар из главного паропровода вначале поступает в ТВД, отдавая ей часть кинетической энергии, затем переходит в ТСД и уже с меньшей, но еще с достаточной кинетической энергией поступает в ТНД. Отработавший пар выходит в главный конденсатор, расположенный непосредственно под ТНД, где, конденсируясь, превращается в воду, используемую для питания парогенераторов. Турбины высокого и среднего давления переднего хода (ТВДПХ и ТСДПХ) — активного типа; их проточная часть показана в виде колес со ступенями скорости у ТВД и одновенечных колес у ТСД. Кроме того, на входе свежего пара в ТВД установлены два диска регулировочной ступени.
Рис. 50. Трехкорпусный турбозубчатый агрегат.
Турбина низкого давления переднего хода (ТНДПХ) — двух-проточная, реактивного типа, со ступенями давления. В корпусе ТНД установлена также турбина низкого давления заднего хода (ТНДЗХ). Вторая турбина высокого давления заднего хода (ТВДЗХ) расположена в корпусе ТСДПХ. Турбины заднего хода соединены между собой ресивером 6. Вал ротора каждой из трех турбин при помощи муфты соединен с шестернями 5, передающими вращение колесу зубчатой передачи. Вращение вала колеса передается через валопровод гребному валу 2 и гребному винту 1, упорное усилие которого воспринимает упорный подшипник 3, встроенный в корпус зубчатой передачи.
Вопросы для повторения
1. Объясните принцип действия турбин.
2. Как работает активная турбина?
3. Как работает реактивная турбина?
4. Как устроена зубчатая передача? Для чего она нужна?
5. Как связаны между собой все элементы ГТЗА?
6. Чем отличается активная турбина от реактивной?
7. Как осуществляется передача мощности от турбины валопроводу?
8. Для чего нужен упорный подшипник?
9. Почему в реактивной турбине возникает дополнительное усилие, сдвигающее ее ротор в осевом направлении?