Abstract: Ang makina na ginagamit para sa pagpapaandar ng barko ay tinatawag na pangunahing propulsion engine (kilala rin bilang "pangunahing makina"), na gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa pagganap ng buong marine power plant. Ang mga uri ng marine power plants ay karaniwang hinahati ayon sa iba't ibang pangunahing makina. Ang mga pangunahing makina ng mga modernong barko ay higit sa lahat ay kinabibilangan ng mga makinang diesel, steam turbine, gas turbine at nuclear power plant. Sa kasalukuyan, karamihan sa mga barkong sibilyan at ilang daluyan at maliliit na barkong militar ay gumagamit ng mga makinang diesel; ang malalaking at katamtamang laki ng mga barko ay kadalasang gumagamit ng mga steam turbine o gas turbine; maaaring matugunan ng pinagsamang mga planta ng kuryente ang mga pangangailangan ng mga barkong pang-ibabaw sa ilalim ng iba't ibang kondisyon ng nabigasyon; Ang mga nuclear power plant ay maaaring makabuluhang mapabuti ang tibay at self-sufficiency ng mga barko, ngunit kailangan nilang gumamit ng mga shielding device, mabigat at may mga kumplikadong istruktura. Angkop ang mga ito para sa malalaking sasakyang panghimpapawid, malaki at katamtamang laki ng mga submarino, icebreaker at ilang malalaking barkong sibilyan. Ang mga daluyan at maliliit na submarino ay maaaring gumamit ng mga makinang diesel upang himukin ang mga generator upang makabuo ng kuryente at itulak ang mga submarino pasulong sa pamamagitan ng electric propulsion. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga marine power plant, makatutulong na mabilis na maunawaan ang kanilang mga uri, istruktura, teknikal na katangian, paggamit at mga pamamaraan ng pamamahala, sa gayon ay pagpapabuti ng kanilang aktwal na mga epekto sa paggamit sa panahon ng nabigasyon ng barko at pagpapabuti ng pangkalahatang pagganap ng kapangyarihan ng mga barko.
Mga keyword: diesel engine; gas turbine; steam turbine; pinagsamang yunit ng kuryente; kapangyarihang nuklear; carrier ng sasakyang panghimpapawid; electric propulsion

Noong unang bahagi ng ika-19 na siglo, ang mga steam engine ay matagumpay na ginamit sa panloob na barko na "Clermont" bilang pangunahing propulsion power para sa buong barko, na minarkahan ang pagbuo ng konsepto ng "power unit" para sa mga barko. Ang orihinal na kahulugan ng power unit ay tumutukoy sa isang hanay ng mga makinarya, kagamitan at mga sistema na pumapalit sa kapangyarihan ng tao o lakas ng hangin upang magbigay ng propulsion power para sa iba't ibang barko. Sa paglipas ng mga taon, sa patuloy na pag-unlad at pag-optimize ng teknolohiya ng barko, ang pagganap ng mga kaugnay na yunit ng kuryente ay unti-unting napabuti.

1 Pangkalahatang-ideya ng marine power units
Sa marine power units, ang makina na nagbibigay ng power source para maglayag ang mga barko ay tinatawag na main propulsion engine, na kilala rin bilang pangunahing makina ng barko. Ang pangunahing makina ay nagko-convert ng enerhiya ng init mula sa iba't ibang pinagmumulan sa gawaing mekanikal, sa gayon ay nagbibigay ng enerhiya na kinakailangan para sa pag-navigate para sa iba't ibang mga barko. Ang mga power unit ay nahahati sa ilang mga kategorya ayon sa mga partikular na uri, pangunahin kasama ang mga diesel engine, steam turbines, gas turbines, pinagsamang power units, at nuclear power units.

Ang pangunahing makina ng barko ay dapat magsikap na maging ligtas at maaasahan, may sapat na sigla, madaling gamitin, nababaluktot, magaan ang timbang, maliit na sukat, mababang halaga, mababang pagkonsumo ng gasolina, madaling pagpapanatili at mahabang buhay, may kakayahang baligtarin, at maaaring tumakbo nang matatag sa mababang bilis o bilis ng cruising, upang matiyak na ang iba't ibang mga pagtatanghal ng barko ay na-maximize. Ang kamag-anak na kahalagahan ng mga katangiang ito ay nag-iiba sa iba't ibang mga gawain ng barko, at ang pagiging maaasahan ay ang pinakamahalaga.

Gaya ng nabanggit sa itaas, ang pangunahing makina ng barko ay ang pangunahing kagamitan sa planta ng kuryente. Ang pagpili ng pangunahing uri ng makina ay tumutukoy sa istrukturang komposisyon at mga katangian ng pagganap ng buong marine power plant sa pangkalahatan. Samakatuwid, ang pag-uuri ng mga marine power plant ay kadalasang nakabatay sa uri ng pangunahing makina. Ang kondisyon ng pagtatrabaho ng pangunahing makina ay direktang nakakaapekto sa normal na pag-navigate at kaligtasan ng buong barko, at ang espesyal na pansin ay dapat bayaran kapag pumipili, nagdidisenyo at gumagawa.

2 Mga teknikal na katangian at pangkalahatang-ideya ng pag-unlad ng marine diesel engine

2.1 Pangkalahatang-ideya ng mga marine diesel engine

Ang mga makinang diesel ay isang karaniwang uri ng makina ng panloob na pagkasunog. Dahil hindi nila kailangang lagyan ng iba pang kagamitan tulad ng mga boiler, nababawasan ang system redundancy. Ang mga ito ay kasalukuyang malawak na ginagamit sa iba't ibang uri ng mga barko. Gayunpaman, dahil sa reciprocating motion ng mga diesel engine, ang pagkasira, panginginig ng boses at ingay ay medyo malaki. Sa partikular, ang pagtaas ng kapangyarihan ng diesel engine ay limitado sa pamamagitan ng pagpoproseso ng mga kagamitan, teknolohiya, materyales, dami at bigat, kaya mahirap palakihin pa ang kapangyarihan ng isang makina.

Sa mga diesel engine, ang mga low-speed na diesel engine ay may pinakamababang rate ng pagkonsumo ng gasolina at maaaring magsunog ng mas mababang mabigat na diesel, kaya mababa ang halaga ng gasolina. Dahil sa mababang bilis at maliit na pagkasira ng mga low-speed na diesel engine, ang buhay ng serbisyo ay mahaba at mababa ang gastos sa pagpapanatili. Gayunpaman, ang bigat at laki ng mga low-speed na diesel engine ay malaki, at sila ay sumasakop ng mas maraming espasyo sa cabin at displacement, na kung saan ay ang kanilang kawalan. Ang ganitong uri ng makina ay kadalasang ginagamit bilang pangunahing makina ng malalaking barko.

Ang mga high-speed na diesel engine ay magaan ang timbang at maliit ang sukat, at sila ay sumasakop sa mas kaunting espasyo sa cabin at displacement. Gayunpaman, ang mga high-speed na diesel engine ay may mataas na rate ng pagkonsumo ng gasolina at kailangang gumamit ng mataas na kalidad na light diesel, kaya medyo mas mataas ang halaga ng gasolina. Kasabay nito, dahil sa mataas na bilis ng mga high-speed na diesel engine, ang makina ay nagsuot ng higit pa, ang buhay ng serbisyo ay maikli, ang gastos sa pagpapanatili ay mataas, at ang ingay ay mataas din. Ang ganitong uri ng makina ay kadalasang ginagamit bilang pangunahing makina ng maliliit na barko o pantulong na makina ng malalaki at katamtamang laki ng mga barko. Ang pagganap ng mga medium-speed na diesel engine ay nasa pagitan ng dalawang nasa itaas, at karaniwang ginagamit ang mga ito sa mga medium-sized na barko. Gayunpaman, sa mga nagdaang taon, dahil ang mga medium-speed na diesel engine ay maaari ring magsunog ng mabibigat na langis, at ang rate ng pagkonsumo ng gasolina ay malapit sa mababang bilis ng mga diesel engine, na may pag-unlad ng teknolohiya ng pagbabawas ng gearbox, ang ilang medium-speed high-power diesel ginamit din ang mga makina sa malalaking barko.

2.2 Pangunahing teknikal na katangian ng marine diesel engine

Sa pangkalahatan, ang mga teknikal na bentahe ng mga makinang diesel ay pangunahin sa mga sumusunod na aspeto.

1) Magandang ekonomiya. Ang mga makina ng diesel ay may mataas na ekonomiya sa isang malawak na hanay ng mga kondisyon ng pagpapatakbo. Kasabay nito, ang mga low-speed na diesel engine ay maaari ring magsunog ng mabibigat na langis, na makabuluhang binabawasan ang mga gastos sa gasolina. Ang rate ng pagkonsumo ng gasolina ng pangunahing makina ng barko ay isang mahalagang kadahilanan sa pagtukoy ng kahusayan sa ekonomiya ng mga operasyon ng barko. Sa ilalim ng kasalukuyang sitwasyon ng enerhiya, ang mataas na ekonomiya ng mga makinang diesel ay nagsisiguro ng magandang prospect ng aplikasyon nito.

2) Malawak na saklaw ng kapangyarihan. Malawak ang power at speed coverage ng marine diesel engine, at maraming modelo ang maaaring ibigay para sa iba't ibang uri ng barko na mapagpipilian. Ang mga low-speed na diesel engine ay ang pinakamakapangyarihang mga modelo sa mga diesel engine. Ang kanilang teknolohikal na pag-unlad ay kinatawan. Ang kanilang kahusayan sa ekonomiya, pagiging maaasahan, at kakayahang magamit ay makabuluhang napabuti sa mga nakaraang taon.

3) Mahusay na kakayahang magamit. Mabilis na nagsisimula ang makina ng diesel, madaling patakbuhin, at may sensitibong pag-reverse. Maaaring makumpleto ang pre-start na trabaho sa loob ng humigit-kumulang 10 minuto. Ang oras ng paglipat mula sa malamig na simula hanggang sa buong pagpapatakbo ng pagkarga ng pangunahing makina ay karaniwang hindi hihigit sa 10 minuto, at hindi hihigit sa 3 hanggang 4 na minuto sa isang emergency. Ang pag-reverse ng pangunahing engine ay karaniwang maaaring makumpleto sa loob ng ilang segundo. Ang kakayahang magamit ng pangunahing makina ay isang mahalagang tagapagpahiwatig ng teknikal na pagganap, na lalong mahalaga para sa mga barko sa ibabaw. Direktang makakaapekto ito sa komprehensibong kakayahan sa pagtugon at teknikal na pagganap ng buong barko. Sa panahon ngayon, ang mga armas na may mataas na pagganap na kinakatawan ng mga missile ay ganap na binuo at nagdudulot ng malaking banta sa mga barko sa ibabaw. Samakatuwid, ang pagpapaikli sa oras ng paghahanda, mabilis na pagsali sa labanan, at pag-alis sa danger zone sa oras ay may malaking kabuluhan sa ibabaw ng mga barko.

4) Mababang pagkonsumo ng hangin, maliit na espasyo na inookupahan ng mga inlet at exhaust duct, mas madaling ayusin, at mas mahusay na independiyenteng kakayahan sa pagtatrabaho at impact resistance.

5) Ang mga low-speed na diesel engine ay maaaring direktang magmaneho ng mga propeller, at sa pamamagitan ng pagpapatibay ng isang mas mababang bilis, ang cavitation ng propeller ay maaaring iwasan, at sa gayon ay mapabuti ang kahusayan ng pagpapaandar ng propeller. Ang tampok na ito ay hindi lamang nagpapabuti sa pangkalahatang kahusayan ng conversion ng enerhiya, ngunit hindi rin nangangailangan ng isang aparato sa pagbabawas, pinapasimple ang kagamitan sa paghahatid, at nakakatipid sa pamumuhunan sa konstruksiyon at mga gastos sa pagpapanatili sa panahon ng paggawa ng barko.

6) Malakas na kakayahang umangkop sa kapaligiran. Ang mga makina ng diesel ay maaaring patuloy na gumana sa ilalim ng impluwensya ng patuloy na pabagu-bago ng mataas na presyon sa likod at malaking vacuum, at ang pagpapahina ng kapangyarihan ay hindi makabuluhan. Bilang karagdagan, ang mga makinang diesel ay maaari ding gawing mga low-magnetic na yunit upang matugunan ang mga espesyal na pangangailangan ng mga barkong pang-ibabaw tulad ng mga minesweeper.

7) Ang katamtaman at maliliit na makinang diesel ay magaan ang timbang, mas kaunting espasyo ang nasasakupan, at may mas kaunting pantulong na kagamitan. Ang isa sa mga pangunahing teknikal na kinakailangan para sa marine power unit ay magaan upang mabawasan ang displacement na inookupahan ng power unit, na maaaring tumaas ang netong karga ng barko o mapabuti ang bilis at tibay ng barko. Para sa mga daluyan at maliliit na barko, ang espasyo ng silid ng makina ay medyo makitid. Bilang karagdagan sa pag-aatas sa power unit na maging magaan ang timbang, partikular na kinakailangan din itong maging compact sa laki at maliit sa volume. Ang bigat at dami ng power unit mismo ay nakasalalay sa malaking lawak sa pangunahing makina at sa kinakailangang pantulong na kagamitan nito. Sa pagbuo ng high-pressure na teknolohiya, ang kapangyarihan ng diesel engine ay makabuluhang napabuti habang ang bigat at laki ng diesel engine ay hindi gaanong nagbago, at ang yunit ng timbang ng supercharged na diesel engine ay higit na nabawasan. Ang makina ng diesel ay hindi kailangang nilagyan ng malalaking pantulong na kagamitan, at ang kinakailangang pantulong na kagamitan ay mas mababa din. Ang mga bentahe ng medium at high-speed na diesel engine sa bagay na ito ay partikular na kitang-kita. Ito rin ay isang mahalagang dahilan kung bakit ang mga daluyan at maliliit na barko ay karaniwang gumagamit ng mga makinang diesel.

Sa kasalukuyan, ang mga teknikal na disadvantages ng mga diesel engine ay higit sa lahat sa mga sumusunod na aspeto.

1) Ang nag-iisang kapangyarihan ng medium at high-speed na diesel engine ay medyo maliit.

2) Bagama't medyo malaki ang kapangyarihan ng mga low-speed diesel engine, habang tumataas ang lakas ng buong makina, mabilis na tataas ang volume at bigat ng ganitong uri ng unit sa isang tiyak na ratio. Samakatuwid, magkakaroon ng ilang mga paghihirap sa pagdidisenyo at paggawa ng mga low-speed na diesel engine na may mas mataas na kapangyarihan, at kaugnay nito, mas mataas na mga kinakailangan ang inilalagay para sa pagproseso, pagpupulong at transportasyon ng mga bahagi. Sa proseso ng pagbabawas ng mekanikal at thermal load ng mga materyales ng yunit, ang ilang mga paghihirap ay makakaharap din. Ang mataas na taas ng yunit ay nililimitahan din ang paggamit nito sa malalaking barko sa ibabaw tulad ng mga sasakyang panghimpapawid.

3) Hindi tulad ng umiikot na makinarya tulad ng mga steam turbine at gas turbine, ang mga piston at iba pang bahagi ng mga diesel engine ay patuloy na gumaganti sa halip na umiikot lamang, kaya ang mga panaka-nakang puwersa ng kaguluhan ay bubuo. Samakatuwid, ang diesel engine ay hindi lamang may malaking vibration at ingay, ngunit mayroon ding malubhang friction at wear ng mga bahagi, at may malakas na low-frequency line spectrum vibration ingay, na kung saan ay lubhang hindi kanais-nais para sa stealth at anti-stealth ng surface ships.

4) Ang pinakamababang matatag na bilis ng diesel engine ay mataas, na nagreresulta sa isang medyo maliit na matatag na lugar ng pagtatrabaho ng yunit.

2.3 Pangkalahatang-ideya ng teknikal na pag-unlad ng marine diesel engine

Tulad ng inilarawan sa 2.2 ng artikulong ito, ang mahahalagang bentahe ng mga makinang diesel ay mataas na thermal efficiency, mababang fuel consumption rate, magandang pangkalahatang ekonomiya, malaking power range, malawak na applicability, mas kaunting ancillary equipment at magaan ang kabuuang timbang. Ang mga pangunahing depekto ng mga makinang diesel ay ang ingay, panginginig ng boses at malaking pagkalugi sa alitan. Ang mga malalaking barkong sibilyan ay kadalasang gumagamit ng mga mababang makinang diesel bilang pangunahing makina. Ang ganitong uri ng makina ay may mataas na pagiging maaasahan, mababang gastos sa pagpapanatili, at maaaring direktang magmaneho ng mga propeller. Ang mga daluyan at maliliit na barkong militar ay kadalasang gumagamit ng medium at high-speed na diesel engine bilang pangunahing makina upang bawasan ang laki at bigat ng yunit.

Sa mga nagdaang taon, sa pagtaas ng tonelada ng barko, upang madagdagan ang lakas ng mga makinang diesel, ang mga makinang diesel na mababa ang bilis ay umuunlad sa direksyon ng pagtaas ng diameter ng silindro at pagtaas ng supercharging, na maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng high-power ship propulsion. at maaaring magmaneho ng mga propeller sa pamamagitan ng mga device na pampababa ng bilis. Lalo na sa iba't ibang uri ng mga barko sa loob ng bansa, ang mga makinang diesel ay may ganap na kalamangan at halos naging tanging uri ng kapangyarihan.

Sa mga nagdaang taon, kung paano magtipid ng enerhiya ay naging pangunahing paksa ng pananaliksik sa loob at labas ng bansa. Sa kasalukuyan, isinasagawa ang may-katuturang gawaing pananaliksik upang makamit ang mas mataas na antas ng thermal efficiency ng marine diesel engine. Bilang karagdagan sa pagpapabuti ng combustion system, injection system, at supercharging system, at pagbabawas ng friction loss at air leakage loss, isinasagawa din ang pananaliksik upang mabawasan ang cooling loss, tulad ng paggamit ng buong enerhiya ng exhaust gas at pag-install ng power turbine pagkatapos ng exhaust gas turbocharger upang lubos na magamit ang enerhiya ng maubos na gas. Sa kasalukuyan, marami pa ring research at development work ang isasagawa sa marine diesel engine.

Sa mga nagdaang taon, ang teknolohiya ng marine diesel engine ay mabilis na umunlad, higit sa lahat ay makikita sa mga sumusunod na aspeto.

1) Ang mga high-power na diesel engine ay karaniwang gumagamit ng high-supercharging na teknolohiya, at unti-unting pinapabuti ang pagganap ng mga unit sa ilalim ng mababang kondisyon sa pagtatrabaho.

2) Magpatibay ng mataas na pagiging maaasahan ng modular na disenyo at teknolohiya sa pagmamanupaktura.

3) Gumagamit ang mga medium at low-speed na diesel engine ng mga kaugnay na teknolohiya upang ganap na masunog ang mabigat na langis.

4) Mag-adopt ng "matalinong" electronic control technology at high-pressure na common rail fuel system na teknolohiya, gayundin ang mababang-emisyon at iba pang mga kaugnay na teknolohiya.

Sa nakalipas na mahabang panahon, ang mga barkong sibilyan na may iba't ibang layunin ay karaniwang gumagamit ng mga makinang diesel bilang mga yunit ng kuryente, habang ang mga malalaking barko ay kadalasang gumagamit ng mga steam turbine. Sa mga nagdaang taon, sa pagpapabuti ng teknolohiya ng pagsunog ng mabigat na langis ng diesel engine, ang kapangyarihan ng mga low-speed na diesel engine ay makabuluhang napabuti. Kahit na sa malalaking barko, ang mga makinang diesel ay may posibilidad na unti-unting palitan ang mga steam turbine. Sa mga barko sa loob ng bansa, dahil sa mga limitasyon ng mga layuning kundisyon tulad ng lalim ng channel at tonelada ng barko, karamihan sa mga barko sa loob ng bansa ay gumagamit ng medium- at high-speed na diesel engine bilang mga pangunahing makina.

3 Mga teknikal na katangian at pangkalahatang-ideya ng pag-unlad ng mga marine steam turbine

3.1 Pangkalahatang-ideya ng mga marine steam turbine

Ang mga steam turbine ay isang uri ng thermal turbine machinery na gumagamit ng steam expansion upang i-convert ang thermal energy sa mechanical energy. Kabilang sa mga ito, ang mga boiler, steam turbine body, condenser at feed pump ay medyo mahalagang kagamitan.

Tulad ng mga steam engine, ang mga steam turbine ay mga power device na nagko-convert ng steam thermal energy sa mekanikal na trabaho. Ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawa ay na sa steam turbines, ang thermal energy ng steam ay na-convert sa steam kinetic energy, at ang bahaging ito ng kinetic energy ay pagkatapos ay na-convert sa mekanikal na trabaho at ipinadala sa turbine shaft. Sa mga tuntunin ng proseso ng pagtatrabaho nito, ang mataas na presyon ng singaw mula sa boiler ay pumapasok sa nakapirming nozzle, at ang singaw ay lumalawak sa nozzle. Kapag lumalawak, ang presyon ng singaw ay bumababa, at ang daloy ng rate ng singaw ay tumataas nang naaayon. Ang mataas na bilis ng daloy ng singaw ay nakakaapekto sa mga blades na naka-install sa runner, na nagiging sanhi ng pag-ikot ng runner.

3.2 Pangunahing teknikal na katangian ng mga marine steam turbine

Sa pangkalahatan, ang mga steam turbine ay may mga sumusunod na teknikal na pakinabang.

1) Bilang thermal engine na may pinakamataas na single-unit power, mabisa nitong matutugunan ang power requirement ng malalaking surface ship.

2) Ito ay may mataas na pagiging maaasahan at mahabang buhay ng serbisyo, at ang epektibong buhay ng serbisyo nito ay maaaring umabot ng higit sa 100,000 oras, at ang proseso ng operasyon, pagpapanatili at pagpapanatili ay medyo simple.

3) Ang unit ay may mababang vibration, friction at ingay, na maaaring magbigay ng mas tahimik at mas komportableng kapaligiran para sa mga tauhan ng barko.

4) Ito ay may malakas na kakayahang umangkop sa gasolina at maaaring gumamit ng mababang gasolina, na naaayon ay nagpapabuti sa pagganap ng ekonomiya.

Ngunit sa parehong oras, ang mga steam turbine ay mayroon ding mga sumusunod na disadvantages.

1) Ang proseso ng conversion ng enerhiya ay kumplikado at ang ekonomiya ay mahirap. Sa proseso ng paglipat ng enerhiya, mawawala ang enerhiya ng init sa mga boiler, pipeline, valve, pump at iba pang kagamitan, lalo na sa condenser, kaya medyo mababa ang thermal efficiency ng unit. Para sa mga steam turbine na gumagamit ng mga simpleng cycle, ang kanilang ekonomiya ay mahirap, hindi kasing ganda ng mga diesel engine o gas turbine. Ang pangunahing dahilan ay ang paunang temperatura ng gumaganang likido ay mababa, at ang malaking halaga ng enerhiya ng init ay aalisin ng nagpapalamig na tubig ng condenser, kaya ang kahusayan sa pag-ikot ay mas mababa kaysa sa iba pang dalawang uri ng pangunahing makina. .

2) Ang komposisyon ng system ay kumplikado. Ang steam turbine ay gumagamit ng singaw bilang gumaganang fluid, at dapat na nilagyan ng mga boiler, condenser, pump, at iba pang mga pantulong na aparato, o nilagyan ng mga nuclear reactor at mga kaugnay na sistema upang makakuha ng mataas na temperatura na singaw. Samakatuwid, ang weight index ng steam turbine ay mas malaki kaysa sa medium-speed diesel engine, high-speed diesel engine at gas turbine. At apektado ng proseso ng paghahanda ng singaw, ang kakayahang magamit ng steam turbine ay hindi rin kasing ganda ng mga yunit sa itaas.

3) Dahil sa mataas na bilis, ang steam turbine ay kailangang may kagamitan sa pagbabawas, na higit na nagpapataas sa bigat ng yunit, ginagawang mas kumplikado ang komposisyon ng system, pinatataas ang disenyo at mga gastos sa pagmamanupaktura, at binabawasan ang pagiging maaasahan ng system.

3.3 Pangkalahatang-ideya ng teknikal na pag-unlad ng mga marine steam turbine

Dahil ang mga steam turbine ay umiikot, gumagana ang mga ito nang maayos, may mababang vibration at ingay, at gumagawa ng mas kaunting friction at wear, at may mahabang buhay ng serbisyo, na ginagawa itong partikular na angkop para sa mga pampasaherong barko. Ang mga steam turbine ay madaling mapanatili at may mataas na pagiging maaasahan. Maaari silang gumana sa ilalim ng mga kondisyon ng buong pagkarga sa mahabang panahon, may malakas na kapasidad ng overload, at mas madaling ibagay sa kapaligiran. Ang mga steam turbine ay may mataas na kapangyarihan, maaaring magsunog ng mabigat na langis o liquefied natural gas, at mas maliit kaysa sa mga steam engine sa mga tuntunin ng timbang at volume. Gayunpaman, ang proseso ng conversion ng enerhiya ng mga steam turbine ay mas kumplikado, na may mababang thermal efficiency, mataas na fuel consumption rate, at mahinang ekonomiya. Sa kasalukuyan, kadalasang ginagamit ang mga ito sa malalaking toneladang oil tanker, container ship, at liquefied natural gas ship.

Dahil ang mga steam turbine ay maaari lamang paikutin sa isang direksyon. Upang makuha ang kapangyarihan para sa reverse rotation, ang isang reverse stage ay karaniwang naka-install sa shaft ng low-pressure cylinder ng forward steam turbine. Ang reverse stage ay karaniwang may hindi hihigit sa tatlong row ng rotating blades, o maaaring may dalawang row lang, at ang power na nabubuo nito ay humigit-kumulang 40% ng forward power. Sa normal na operasyon ng steam turbine, ang reverse stage ay nasa reverse state, kaya ito ay karaniwang naka-install sa low-pressure na dulo ng low-pressure steam turbine. Ang density ng singaw ng bahaging ito ay mababa, kaya ang pagkawala ng resistensya ng gas na nabuo ng reverse steam turbine ay mababa din.

Noong 1896, matagumpay na ginamit ng United Kingdom ang mga steam turbine bilang pangunahing makina ng barko, at ang bilis ng pagsubok ay maaaring umabot sa 34.5 kn (knots). Simula noon, ang mga steam turbine ay malawakang ginagamit sa mga high-power na barko. Ang mga maagang steam turbine ay direktang ginamit upang magmaneho ng mga propeller, at walang ginamit na kagamitan sa pagbabawas. Upang gawin ang propeller na gumana sa isang perpektong bilis, isang reduction gear ay idinagdag sa steam turbine upang ang steam turbine at ang propeller ay maaaring gumana sa kani-kanilang pinakamainam na bilis. Noong 1916, halos lahat ng marine steam turbine ay gumamit ng mga reduction gear, at ang reduction ratio ay nadagdagan mula sa unang 1:20 hanggang sa higit sa 1:80. Matapos gamitin ang reduction device, ang steam turbine ay maaaring tumakbo sa mas mataas na bilis, ang kahusayan ay makabuluhang napabuti, ang laki ng katawan ng makina ay naaayon na nabawasan, ang buong aparato ay mas compact, ang kabuuang timbang ay lubos na nabawasan, at ang kahusayan sa pagtatrabaho ng propeller ay lubos na napabuti, na ginagawang ang steam turbine ay isang perpektong high-power na marine power device. Maraming malalaking pampasaherong barko, supertanker at high-speed container ship ang gumagamit ng mga steam turbine.

Sa mahabang panahon, dahil sa malaking kalamangan nito sa output power, ang mga steam turbine ay may ilang mga prospect ng aplikasyon sa iba't ibang malalaking barko, lalo na sa larangan ng malalaking barko sa ibabaw. Gayunpaman, dahil sa huli na pagsisimula ng industriya ng paggawa ng steam turbine ng aking bansa, hindi mataas ang proporsyon ng mga barko na gumagamit ng mga steam turbine bilang pangunahing makina. Sa pagpapabuti ng sistema ng industriya ng paggawa ng barko ng aking bansa, inaasahan pa rin itong ganap na maunlad. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang pangunahing uso sa pag-unlad ng mga marine steam turbine sa yugtong ito: ang isa ay upang mapabuti ang thermal efficiency ng system, sa pamamagitan ng pagtaas ng mga paunang parameter ng singaw at pag-ampon ng mga kumplikadong cycle, at sa gayon ay pagpapabuti ng kahusayan ng pangunahing makina. at mga pantulong na makina; ang isa pa ay ang paggamit ng mas mababang mga parameter ng singaw at dagdagan ang rate ng daloy ng singaw, upang ang turbine body at boiler ay maaaring magpatibay ng isang mas simpleng structural system, sa gayon ay pinapasimple ang proseso ng pamamahala at pinahuhusay ang pagiging maaasahan ng aparato.

4 Mga teknikal na katangian at pangkalahatang-ideya ng pag-unlad ng marine gas turbines

4.1 Pangkalahatang-ideya ng mga marine gas turbine

Mula sa kanilang pagpapakilala, ang mga steam turbine at diesel engine ay malawakang ginagamit. Tulad ng inilarawan sa 2.2 at 3.2 ng artikulong ito, ang mga diesel engine ay isang uri ng panloob na combustion engine, kung saan ang gasolina ay nasusunog sa loob ng silindro, at may bentahe ng mahusay na kakayahang magamit; Ang mga steam turbine ay isang uri ng thermal turbine machinery, at ang kanilang pangunahing bentahe ay mayroon silang malaking single-unit power. Pinagsasama ng mga gas turbin ang mga pakinabang ng pareho, at isang uri ng thermal engine na pormal na binuo noong kalagitnaan ng ika-20 siglo pagkatapos ng dalawa.

Tulad ng mga steam turbine, ang mga gas turbine ay isa ring uri ng thermal turbine machinery, na pangunahing binubuo ng tatlong bahagi: compressor, combustion chamber at turbine. Kabilang sa mga ito, pangunahing kasama sa turbine ang isang supercharger turbine at isang power turbine. Ang supercharger turbine ay coaxial sa compressor, at ang power turbine ay nagtutulak sa propeller sa pamamagitan ng shaft system, na kadalasang tinatawag ding dual-shaft gas turbine. Ang compressor, combustion chamber at supercharger turbine na magkasama ay bumubuo ng gas generator.

4.2 Pangunahing teknikal na katangian ng marine gas turbines

Sa panahon ng proseso ng pag-unlad, ang mga gas turbin ay unang malawak na ginamit sa larangan ng aviation propulsion at ganap na pinalitan ang mga piston engine. Mula noong 1947, ang mga gas turbine ay ginagamit din sa larangan ng mga barkong pang-ibabaw, at gumawa ng malaking pag-unlad sa mga sumunod na dekada. Sila ay unti-unting naging isa sa mga pangunahing yunit ng kapangyarihan ng mga barko sa ibabaw at lubos na pinahahalagahan ng mga hukbong-dagat sa buong mundo. Ang kanilang mga teknikal na bentahe ay pangunahing ang mga sumusunod.

1) Mahusay na kakayahang magamit, mahusay na pagsisimula at pagpapabilis ng pagganap. Ang gas turbine ay nagsisimula mula sa malamig na estado at tumatagal lamang ng 2 hanggang 3 minuto upang maabot ang buong kondisyon ng pagkarga. Kapag natuklasan na ang kalaban, mabilis at mabilis na makakatugon ang barko sa pakikipaglaban, pagpapabuti ng kakayahang magamit ng labanan at epektibong paikliin ang oras ng paghahanda. Ang mga pakinabang sa itaas ay may malaking kahalagahan sa mga barko sa ibabaw.

2) Ang gas turbine ay magaan ang timbang at maliit ang sukat, maaaring gawing box body, at may mataas na single-unit power.

3) Mayroong ilang mga accessory, at karamihan sa mga ito ay naka-install sa chassis, kaya ang yunit ay may malakas na sigla.

4) Mataas ang antas ng automation, at mas kaunting kawani ang kinakailangan.

5) Ang vibration amplitude ng unit ay maliit, na maaaring epektibong mapabuti ang working environment ng mga tauhan ng barko.

6) Madali itong kumpunihin, simpleng pangasiwaan, may maliit na karga ng trabaho sa pagpapanatili, at madaling maisakatuparan ang awtomatikong kontrol.

Bagama't ang mga gas turbine ay may mga natitirang teknikal na pakinabang, mayroon din silang mga sumusunod na pagkukulang.

1) Ang ekonomiya ng mga gas turbine ay hindi kasing ganda ng mga diesel engine, lalo na kapag sila ay lumihis mula sa na-rate na mga kondisyon ng operating, ang fuel consumption rate ng mga gas turbines ay tataas nang mabilis. Kung isinasaalang-alang ang WR-21 gas turbine bilang isang halimbawa, ang rate ng pagkonsumo ng gasolina nito sa mga na-rate na kondisyon ay katulad ng sa mga high-speed na diesel engine, ngunit kapag nagpapatakbo sa ilalim ng mababang-load na mga kondisyon, ang rate ng pagkonsumo ng gasolina ng ganitong uri ng gas turbine ay tataas. mabilis. Ito ay tiyak na dahil sa pagkakaroon ng mga problema sa itaas na ang paggamit ng mga gas turbine sa mga barkong sibilyan ay limitado.

2) Ang mga gas turbine ay hindi maaaring direktang baligtarin, at kailangang nilagyan ng reverse transmission device o pitch-adjustable propeller, na ginagawang mas kumplikado ang istraktura ng power unit at nagpapataas ng gastos ng system.

3) Ang gas turbine ay may malaking cross-sectional area para sa inlet at exhaust duct, na nakakaapekto sa pangkalahatang layout ng deck at cabin space ng surface ship.

4) Mataas ang temperatura ng tambutso at malakas ang radiation ng init, kaya malakas din ang mga katangian ng thermal signal nito, na nakakaapekto sa pagtatago ng buong barko.

5) Ito ay sensitibo sa mga kondisyon sa kapaligiran tulad ng temperatura, na madaling nakakaapekto sa thermal efficiency ng unit.

6) Ang buhay ng yunit ay maikli. Dahil ang combustion chamber at turbine blades ng gas turbine ay patuloy na gumagana sa ilalim ng mataas na temperatura at mataas na mga kondisyon ng presyon. Kasabay nito, ang hangin sa dagat na nilalanghap ng gas turbine ay naglalaman ng isang tiyak na halaga ng asin. Sa ilalim ng pagkilos ng mga sangkap tulad ng sodium at vanadium, ang mga blades ng turbine at mga nozzle ay maaaring ma-corrode sa maikling panahon. Bagaman kadalasang pinipili ang mga de-kalidad na materyales ng haluang metal, maikli pa rin ang buhay ng serbisyo ng mga marine gas turbine.

4.3 Pangkalahatang-ideya ng teknikal na pag-unlad ng marine gas turbines

Kung ikukumpara sa mga steam turbine, ang mga gas turbine ay maliit sa sukat, magaan ang timbang, mababa sa fuel consumption, mahusay sa pagsisimula at acceleration, simple sa pang-araw-araw na operasyon at pagpapanatili, at maginhawa para sa remote na sentralisadong kontrol. Kung ikukumpara sa mga makinang diesel, bagama't ang mga gas turbin ay medyo mababa ang thermal efficiency, mayroon silang mas mataas na kapangyarihan sa bawat yunit, mas simpleng istraktura, mas kaunting mga bahagi, mas magaan ang timbang, mas maliit na sukat, at unti-unting pinabuting pagiging maaasahan. Samakatuwid, ang kanilang mga lugar ng aplikasyon ay unti-unting pinalawak sa mga nakaraang taon.

Sa nakalipas na mga taon, ang ilang mga high-speed civilian ships ay nagsimula na ring gumamit ng mga gas turbine bilang pangunahing propulsion power. Ang mga pangunahing barko ng ilang bansa ay gumagamit ng mga gas turbine bilang propulsion power. Sa paglaki ng demand ng ship power, mayroon ding mga planong gamitin ang mga gas turbine bilang mga power station. Ang pananaliksik at pagpapaunlad ng mga marine gas turbine sa aking bansa ay gumawa din ng makabuluhang pag-unlad at may malawak na mga prospect ng pag-unlad.

Sa yugtong ito, dalawang magkaibang uri ng mga gas turbine ang pangunahing binuo: aviation-derived at pang-industriya. Ang mga uri na nagmula sa paglipad ay may mga katangian ng simpleng istraktura, magaan ang timbang, at madaling kontrolin, ngunit dapat silang gumamit ng mataas na kalidad na gasolina. Ang mga pang-industriya na gas turbin ay isa pang uri ng modelo, na may mas mahabang buhay ng serbisyo at maaaring gumamit ng wastong ginagamot na mabigat na langis. Ang mga pang-industriya na yunit ay karaniwang gumagamit ng mga regenerator. Ang pagkasunog ng gasolina ay nangangailangan ng malaking dami ng hangin at gumagawa ng malaking halaga ng maubos na gas, na ginagawang mahalagang isyu ang supply ng hangin at mga paglabas ng tambutso ng gas.

Ang isa pang dahilan para sa mabilis na pag-unlad ng mga marine gas turbine ay ang pagmamana at paggamit ng mga ito sa umiiral na teknikal na pundasyon ng aviation gas turbines at industrial gas turbines. Lalo na para sa dating, ang mga makina ng aviation ay palaging nangunguna sa pagbuo ng teknolohiya ng gas turbine. Ang prinsipyo ng mga gas turbine ay kilala sa mga tao sa loob ng mahabang panahon, ngunit sa loob ng mahabang panahon, kumpara sa mga steam turbine, ang aplikasyon ng mga gas turbine sa industriya ay medyo mabagal. Ang gumaganang likido ng mga steam turbine ay maaaring mag-condense sa tubig, kaya ang kapangyarihan na natupok ng feed water pump ay hindi malaki. Gayunpaman, ang gumaganang likido ng mga gas turbine ay hangin at gas na hindi maaaring mag-condense sa tubig, kaya ang compressor ay kailangang kumonsumo ng isang malaking halaga ng enerhiya upang makamit ang proseso ng compression. Samakatuwid, kapag ang cycle ng temperatura, compressor at turbine efficiency ay mataas, ang gas turbine ay maaaring magkaroon ng isang mataas na cycle na kahusayan at magbigay ng isang malaking kapaki-pakinabang na kapangyarihan. Ang mga teknikal na paghihirap sa mga materyales na may mataas na temperatura, teknolohiya sa paglamig ng blade, at aerodynamic na pagganap ng mga compressor ang naghihigpit sa pagbuo at paggamit ng mga gas turbine.

Kung ikukumpara sa mga industrial gas turbine, ang marine gas turbine ay may mas mahigpit na mga kinakailangan sa bigat at laki ng unit. Gayunpaman, ang pangangailangang ito ay medyo maluwag kumpara sa mga aviation gas turbine. Sa kabaligtaran, ang pokus, o ang pangunahing kontradiksyon, ng aerodynamic na disenyo ng marine gas turbines ay madalas na mataas na kahusayan ng bahagi at matatag na variable na mga katangian ng pagpapatakbo. Kasabay nito, upang paikliin ang ikot ng pag-unlad, kinakailangan na bawasan ang pag-debug ng workload. Kapag nagdidisenyo ng mga pangunahing bahagi ng marine gas turbine, kinakailangang bigyang-pansin ang mga kinakailangan ng mature na teknolohiya, matatag na solusyon, simpleng istraktura, at maginhawang pagmamanupaktura. Hindi tulad ng mga aviation gas turbine, ang cruising power ng marine gas turbine ay makabuluhang mas mababa kaysa sa pinakamataas na kapangyarihan nito. Bagama't malulutas ang partikularidad na ito sa pamamagitan ng paggamit ng pinagsamang power unit ng cruising unit at acceleration unit, naglalagay pa rin ito ng ilang mga kinakailangan para sa ekonomiya ng marine gas turbine sa malawak na hanay ng mga kondisyon ng pagkarga.

Sa kasalukuyan, ang mga gas turbin na nagmula sa abyasyon ay karaniwang naging mga power unit ng mga barkong militar. Ang mga pang-industriya na gas turbin ay mas angkop para sa mga barkong sibilyan, na may mas mababang mga kinakailangan para sa bigat at laki ng yunit ng kuryente. Kung kailangang i-reverse ang barko, maaaring gamitin ang variable pitch propellers at electric propulsion. Bilang karagdagan, ang mga closed-cycle na gas turbine ay may mataas na kahusayan, ngunit nasa yugto pa rin ng pananaliksik. Sa mga barko, ang mga gas turbine ay madalas na ginagamit sa pinagsamang mga yunit ng kuryente.

Sa ngayon, ang mga marine gas turbine ay palaging umuunlad sa paligid ng pagtaas ng kapangyarihan, pagpapabuti ng kahusayan, at pagbabawas ng laki at timbang. Ang direksyon ng pag-unlad nito sa hinaharap ay pangunahing ang mga sumusunod.

1) Patuloy na bumuo ng mga simpleng cycle na may mas mataas na mga inisyal na parameter, patuloy na pataasin ang paunang temperatura ng gas, at taasan ang ratio ng presyon nang naaayon, habang gumagamit ng mas mahusay na teknolohiya sa paglamig. Sa pamamagitan ng paggamit ng advanced cooling technology, ang paunang temperatura ng gas ay maaaring tumaas ng humigit-kumulang 25 ℃ sa karaniwan bawat taon. Sa mga nagdaang taon, ang mga materyales na may mataas na lakas na lumalaban sa init ay patuloy ding binuo. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga materyales na may mataas na temperatura, ang paunang temperatura ng gas ay maaaring tumaas ng humigit-kumulang 10 ℃ sa karaniwan bawat taon.

2) Patuloy na bumuo ng mga kumplikadong cycle at gamitin nang husto ang init ng tambutso ng mga gas turbine upang mapabuti ang pangkalahatang kahusayan ng yunit. Sa layuning ito, maaaring gamitin ang mga heat recovery cycle at gas-steam combined cycle.

3) Higit pang pagbutihin ang pagganap ng mga pangunahing bahagi ng gas turbine at pagbutihin ang pangkalahatang kahusayan ng yunit.

5 Paghahambing ng mga teknikal na parameter ng mga pangunahing makina ng dagat

Ang lakas ng output ay isang salik na kailangang pagtuunan ng mga malalaking barko sa ibabaw kapag pumipili ng mga pangunahing makina. Sa pangkalahatan, mayroong dalawang pangunahing tagapagpahiwatig na tumutukoy sa aktwal na lakas ng output ng mga thermal engine: ang daloy ng daloy ng gumaganang likido at ang partikular na enthalpy drop ng gumaganang likido sa bawat yunit ng daloy.

Sa ilalim ng premise ng magkatulad na laki ng unit, ang mga gas turbine ay mas mahusay kaysa sa mga diesel engine sa mga tuntunin ng output power. Ang pangunahing dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay sa itaas ay ang pagpapatuloy ng daloy ng gumaganang likido ng gas turbine mismo. Ang proseso ng pagkasunog sa loob ng gas turbine ay nasa tuluy-tuloy na estado, habang ang proseso ng pagkasunog sa loob ng diesel engine ay pasulput-sulpot. Upang maiwasan ang pagkabigo sa mataas na temperatura at iba pang mga phenomena, ang peak temperature ng working fluid sa loob ng gas turbine ay karaniwang mas mababa kaysa sa diesel engine. Bukod dito, ang epekto ng compression ng axial compressor na ginagamit sa mga gas turbine ay karaniwang hindi kasing ganda ng mekanismo ng piston ng mga makinang diesel. Samakatuwid, sa mga tuntunin ng tiyak na pagbaba ng enthalpy ng gumaganang likido sa bawat rate ng daloy ng yunit, ang mga gas turbine ay walang kalamangan. Gayunpaman, tulad ng nabanggit sa itaas, dahil ang gumaganang fluid sa loob ng gas turbine ay nasa tuluy-tuloy na estado ng daloy at walang reciprocating throughput phenomenon, ang working fluid ay may malinaw na kalamangan sa mga tuntunin ng daloy ng rate. Sa pangkalahatan, sa ilalim ng premise ng magkatulad na sukat at bigat ng istruktura, ang output power ng mga gas turbine ay kadalasang mas mataas kaysa sa diesel engine.

Kung ikukumpara sa mga steam turbine, na isa ring thermal turbine machinery, ang gumaganang fluid sa loob ng mga gas turbine ay nasa tuluy-tuloy na estado ng daloy. Kahit na ang temperatura ng gumaganang likido sa loob ng gas turbine ay mas mataas, ang presyon nito ay makabuluhang mas mababa. Ang presyon ng gumaganang likido ng gas turbine ay kadalasang ilang MPa lamang, ngunit ang presyon ng singaw ng kasalukuyang ultra-supercritical steam turbine ay maaaring umabot sa 30 MPa, na nagreresulta sa magagamit na tiyak na enthalpy drop ng gas turbine na humigit-kumulang 1/5 hanggang 1/3 ng steam turbine. Sa pangkalahatan, ang mga gas turbine ay karaniwang mas mababa kaysa sa mga steam turbine sa mga tuntunin ng lakas ng output, ngunit kung isasaalang-alang ang mataas na kadaliang mapakilos at pamamahala ng automation ng mga gas turbine, mayroon pa rin silang ilang mga prospect ng aplikasyon sa larangan ng malalaking barko sa ibabaw. Batay sa itaas, ang mga nauugnay na teknikal na parameter ng iba't ibang marine main engine ay ipinapakita sa Talahanayan 1.

6 Mga teknikal na katangian at pangkalahatang-ideya ng pag-unlad ng marine combined power units

6.1 Pinagmulan ng marine combined power units

Ang mga marine power unit sa itaas ay naiiba sa kapangyarihan, bilis, kakayahang magamit, ekonomiya, timbang at sukat. Para sa mga barkong sibil, ang pangunahing pagsasaalang-alang ay ekonomiya, at ang mga pagkukulang ay maaari lamang mapabuti sa pamamagitan ng naaangkop na mga hakbang. Para sa mga barkong militar, ang pagiging epektibo ng labanan ang pangunahing layunin, at higit na pansin ang binabayaran sa pagpapabuti ng kapangyarihan ng yunit upang mapabuti ang bilis at kakayahang magamit ng buong barko.

Ayon sa mga nauugnay na istatistika (Talahanayan 2), sa panahon ng nabigasyon, ang mga barko sa ibabaw ay nasa cruising (mababa ang bilis) na mga kondisyon sa halos lahat ng oras. Sa oras na ito, ang power output ng power unit ay karaniwang hindi lalampas sa 25% ng kabuuang kapangyarihan, kaya ang isang unit na may mas mababang kapangyarihan, mas mahabang buhay ng serbisyo at mas mababang fuel consumption rate ay maaaring mapili para sa operasyon. Sa kaganapan ng isang digmaan o aktwal na pagsasanay sa labanan (ang oras ng paglalayag ng mga barko sa ibabaw sa ilalim ng mga ganitong kondisyon ay nagkakahalaga lamang ng humigit-kumulang 3% ng kabuuang oras ng paglalayag), maaaring gamitin ang isa pang acceleration unit na may mas mataas na kapangyarihan at katumbas na mas mataas na rate ng pagkonsumo ng gasolina. Kasabay nito, ang cruise unit at ang acceleration unit ay maaari ding gamitin nang magkasama upang makapaglabas ng mas mataas na kapangyarihan at matugunan ang mga kinakailangan sa mataas na bilis. Ang ganitong aparato ay karaniwang tinatawag na pinagsamang yunit ng kuryente, na maaaring magamit upang balansehin ang mga pang-ekonomiyang pangangailangan ng mga barkong pang-ibabaw sa ilalim ng mga kondisyon ng cruising at ang mga kinakailangan sa mataas na kakayahang magamit sa panahon ng labanan.

6.2 Pangkalahatang-ideya ng pagbuo ng pinagsamang mga yunit ng kuryente at ang kanilang mga uri ng kumbinasyon

6.2.1 Pangkalahatang-ideya ng pagbuo ng pinagsamang mga yunit ng kuryente

Sa ngayon, ang pinagsamang mga yunit ng kuryente para sa mga barko sa ibabaw ay binuo nang mahabang panahon. Ipinapakita ng nauugnay na karanasan na sa tuwing may lalabas na bagong uri ng thermal engine, madalas na lalabas ang isang bagong uri ng pinagsamang power unit na binubuo ng ganitong uri ng unit at iba pang kasalukuyang pangunahing makina. Sa aktwal na paggamit, habang ang teknikal na pagganap ng mga bagong thermal engine ay nagpapabuti, ang isang solong uri ng power unit ay unti-unting magkakaroon ng kalamangan at papalitan ang dating ginamit na pinagsamang power unit. Hanggang sa lumitaw ang mas advanced na mga thermal engine, isasama muli ang mga ito sa mga kasalukuyang pangunahing makina upang makagawa ng mas bagong pinagsamang power unit. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay paulit-ulit na walang katapusan.

Sa partikular, ang steam engine ay isang uri ng thermal engine na ipinanganak noong Industrial Revolution at may mahalagang papel sa kasaysayan ng tao. Sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, nabuo ang steam turbine, na isang bagong uri ng steam power unit. Ang pinakaunang pinagsamang power unit sa kasaysayan ay binubuo ng steam engine at steam turbine. Ang konsepto ng disenyo ng ganitong uri ng pinagsamang power unit ay ang mga sumusunod: Dahil sa limitasyon ng clearance volume at cylinder stroke ng steam engine, ang mataas na temperatura na singaw ay hindi maaaring ganap na mapalawak sa silindro, kaya ang isang steam turbine ay nakaayos sa likod ang steam engine. Ang singaw na gumawa ng trabaho sa steam engine ay pumapasok sa steam turbine upang muling lumawak, at sa gayon ay mabawi ang bahagi ng enerhiya ng singaw. Sa ganitong paraan, ang cascade utilization ng enerhiya ay nakakamit, at ang kapangyarihan at thermal efficiency ng unit ay epektibong napabuti.

Gayunpaman, sa pag-unlad ng teknolohiya, ang mga makina ng singaw ay unti-unting umatras mula sa yugto ng kasaysayan, at ang iba't ibang malalaking barko ay mas hilig na gumamit ng isang uri ng pangunahing makina tulad ng mga steam turbine. Upang maisulong ang mga teknikal na bentahe ng mga steam turbine at mapagtagumpayan ang kanilang mga disadvantages, bilang karagdagan sa patuloy na pagpapabuti ng teknikal na pagganap ng katawan ng steam turbine, maaari rin itong bumuo ng isang pinagsamang yunit ng kuryente sa iba pang mga uri ng mga thermal engine. Pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, sa unti-unting pagpapabuti ng teknolohiya ng gas turbine, ang mahusay na pagganap ng kapangyarihan nito ay nakakuha din ng malawak na atensyon, at isang serye ng pinagsamang mga yunit ng kuryente kasama nito bilang isang acceleration unit ay unti-unting lumitaw.

Sa kasalukuyan, higit sa lahat ang mga sumusunod na uri ng pinagsamang mga yunit ng kuryente na pinangungunahan ng mga gas turbine.

1) Steam-combustion combined power unit. Ang ganitong uri ng pinagsamang planta ng kuryente ay gumagamit ng isang maliit na steam turbine bilang isang cruise device at isang gas turbine bilang isang acceleration device. Kung ikukumpara sa isang planta ng kuryente ng steam turbine, ang ganitong uri ng pinagsamang planta ng kuryente ay makabuluhang napabuti sa mga tuntunin ng laki, timbang, at pagsisimula ng pagpapabilis ng pagganap.

2) Pinagsamang planta ng kuryente na pinagsanib ng gasolina. Ang mga planta ng pinagsanib na panggatong sa gasolina ay nahahati sa dalawang uri: mga planta ng pinagsanib na panggatong ng gasolina at mga planta ng alternating power ng gasolina. Ang cruise unit at ang acceleration unit ng device na ito ay parehong mga gas turbine. Ang cruise gas turbine ay maaaring matipid na magbigay ng mababang lakas na kinakailangan para sa cruising, at gumana bilang isang acceleration unit sa ilalim ng mataas na bilis ng mga kondisyon. Ang sistemang ito ay may mga pakinabang ng kakayahang umangkop na operasyon, mataas na kapangyarihan, at magaan na timbang, ngunit ang aparato ay mahal, at ang mga intake at exhaust duct ay sumasakop sa isang malaking espasyo sa deck, na nakakaapekto sa layout ng buong barko.

3) Diesel-fuel combined power plant. Ang ganitong uri ng pinagsamang power plant ay nahahati sa dalawang uri: diesel-fuel combined power plants at diesel-fuel alternating power plants. Gumagamit ang device na ito ng diesel engine bilang cruise unit at gas turbine bilang acceleration unit. Ang mga makinang diesel ay ginagamit sa cruising at reversing, at ang mga gas turbine ay ginagamit sa high-speed navigation. Ang ganitong uri ng pinagsamang yunit ng kuryente ay may mga pakinabang ng mababang pagkonsumo ng gasolina, mahusay na acceleration at mahusay na pagiging maaasahan.

6.2.2 Mga pangunahing uri ng kumbinasyon ng pinagsamang mga yunit ng kuryente

Isinasaalang-alang ang mga natitirang teknikal na bentahe ng mga gas turbine, ang pinagsamang mga yunit ng kuryente na binubuo ng mga ito ay ipinapakita sa ibaba at ibinubuod sa Talahanayan 3.

6.3 Pangunahing teknikal na katangian ng pinagsamang mga yunit ng kuryente

Sa pangkalahatan, ang pinagsamang power unit ay may mga sumusunod na teknikal na tampok.

1) Dahil ang isang mas magaan at mas madaling maneuverable na gas turbine ay ginagamit bilang isang acceleration unit, at sa gayon ay nagbibigay ng karamihan (o kahit lahat) ng kapangyarihan sa ilalim ng mataas na karga na mga kondisyon, ang kabuuang bigat ng power unit ng buong barko ay maaaring mabawasan nang naaayon. .

2) Dahil ang isang mas mahusay at matipid na cruising unit ay ginagamit, ang tibay ng mga barko sa ibabaw ay maaaring lubos na mapabuti.

3) Dahil dalawang uri ng mga independiyenteng yunit ang ginagamit, ang pagiging maaasahan ng yunit ng kuryente ay napabuti.

4) Upang mapagtanto ang baligtad na proseso ng mga barkong pang-ibabaw, ang pinagsamang power unit ay mas angkop para sa pagtutugma sa mga kaugnay na sistema tulad ng mga pitch propeller, reducer, at electric propulsion. Sa oras na ito, ang anumang pangunahing makina ay maaaring nakapag-iisa na magmaneho ng propeller. Gayunpaman, dapat tandaan na kung ang isang pangunahing makina na maaaring makamit ang reverse rotation (tulad ng isang low-speed diesel engine at ang reverse turbine na binanggit sa 3.3 ng artikulong ito) ay ginagamit, ito ay madalas na hahantong sa hindi pagkakatugma ng kapangyarihan ng paghahatid o iba pang mas kumplikadong mga teknikal na problema, sa gayon ay binabawasan ang pagiging maaasahan ng system.

6.4 Pangkalahatang takbo ng pag-unlad ng pinagsamang mga yunit ng kuryente

Tulad ng nabanggit sa itaas, dahil sa iba't ibang mga katangian ng pagganap at applicability ng ilang mga uri ng mga thermal engine, hindi posible na gawin ang mga kaugnay na pangunahing engine sa isang perpektong pinagsamang power unit sa pamamagitan lamang ng pagsasama-sama ng mga ito sa mga pares.

Tulad ng para sa kasalukuyang pinagsamang mga yunit ng kuryente, ang mga gas turbine ay kadalasang ginagamit bilang mga yunit ng acceleration. Kung isinasaalang-alang ang uri ng COGOG na pinagsamang power unit bilang isang halimbawa, ang cruise unit ay karaniwang gumagamit ng mabigat na gas turbine na may mas malaking unit weight, mas maliit na power, mas mababang fuel consumption rate at mas mahabang buhay, habang ang acceleration unit ay karaniwang gumagamit ng light gas turbine na may mas malaking power. , mas mataas na fuel consumption rate at mas maikling buhay.

Ang isa pang halimbawa ay ang uri ng COSAG na pinagsamang power unit na binanggit sa itaas. Sa pagtaas ng kapangyarihan ng diesel engine at ang pagpapabuti ng kahusayan ng gas turbine sa mga nakaraang taon, pati na rin ang aktwal na epekto ng paggamit at pagiging maaasahan ng reverse steam turbine sa pinagsamang estado ng yunit, ito ay kagyat na pagbutihin. Samakatuwid, ang COSAG type combined power unit ay unti-unting pinapalitan ng CODOG type combined power unit at ang CODAG type combined power unit.

7 Mga teknikal na katangian at mga partikular na uri ng marine nuclear power units

7.1 Pangkalahatang-ideya ng marine nuclear power units

Ang pangunahing bahagi ng isang nuclear power unit ay isang atomic reactor, na katumbas ng furnace at combustion chamber ng isang boiler. Ang mga nuclear power unit ay karaniwang gumagamit ng 235U bilang nuclear fuel ng reactor. Ang mga barkong pandigma na pinapagana ng nuklear ay karaniwang gumagamit ng mataas na konsentrasyon ng nuclear fuel na may konsentrasyon na higit sa 20% hanggang 40% upang bawasan ang laki at bigat ng device. Ang mga barkong pangkalakal na pinapagana ng nuklear, mula sa pananaw ng ekonomiya, ay kadalasang gumagamit ng mababang-konsentrasyon na nuclear fuel na may konsentrasyon na mas mababa sa 5%. Ang mga nuclear power plant ay maaaring makabuluhang mapabuti ang tibay ng pangunahing makina ng barko, at hindi na kailangang lumanghap ng hangin at maglabas ng maubos na gas, na partikular na kahalagahan sa mga submarino. Samakatuwid, ang mga nuclear power plant ay unang malawak na ginagamit sa mga submarino. Ang mga nuclear power plant ay mayroon ding magandang mga prospect ng aplikasyon sa malalaking barko tulad ng mga aircraft carrier at cruiser. Dahil sa pinsala ng mga radioactive substance sa mga barkong pinapagana ng nuklear sa katawan ng tao at ang polusyon ng mga tubig sa daungan, isang malaking lead protective layer at isang kumpletong hanay ng mga hakbang sa proteksyon sa kaligtasan ay dapat gamitin, na mahal at ang teknolohiya ng pagsubok at pamamahala ay kumplikado. Bagama't ginagamit din ito sa mga barkong sibilyan, hindi pa ito gaanong na-promote at nasa development stage pa lang.

7.2 Pangunahing teknikal na katangian ng marine nuclear power plants

Ang malakihang paggamit ng mga nuclear reactor ay nagbukas ng malawak na mga prospect para sa pagpapaunlad ng mga marine power plant, at ang mga teknikal na bentahe nito ay pangunahing ang mga sumusunod.

1) Ang isang maliit na halaga ng nuclear fuel ay maaaring maubos upang makakuha ng malaking enerhiya. Ang mga barkong gumagamit ng mga nuclear power plant ay maaaring maglakbay nang napakalayo sa napakabilis na bilis. Halimbawa, ang isang nuclear power plant na may lakas na humigit-kumulang 11,040 kW (15,000 PS) ay kumokonsumo lamang ng 15 hanggang 18 g ng nuclear fuel sa isang araw at gabi. Ang unang nuclear submarine ng Estados Unidos, ang Nautilus, ay maaaring maglayag sa buong mundo sa ilalim ng tubig nang walang refueling. Ang Soviet nuclear-powered icebreaker na si Lenin ay maaaring maglayag nang tuluy-tuloy sa loob ng isang taon nang walang refueling. Pagkatapos gumamit ng mga nuclear power plant, ang tibay ng mga barkong pang-ibabaw ay lubos na napabuti, at ang natipid na espasyo ay maaaring magamit upang magdala ng higit pang mga armas at kagamitan, pagpapabuti ng kakayahan sa pakikipaglaban ng buong barko.

2) Walang pagkonsumo ng hangin. Ang proseso ng reaksyong nuklear ay hindi nangangailangan ng pakikilahok ng hangin. Ang tampok na ito ay hindi mapapantayan ng anumang iba pang uri ng planta ng kuryente, lalo na para sa mga submarino. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga nuclear power plant, ang pagiging epektibo ng labanan ng mga submarino ay maaaring makabuluhang mapabuti, at maaari silang maitago sa malalim na dagat nang mahabang panahon, na nagpapahirap sa kanila na matuklasan ng kaaway. Ang katangian ng mga nuclear power plant na hindi nila kumonsumo ng hangin ay mayroon ding ilang mga pakinabang para sa mga barko sa ibabaw, dahil hindi na kailangang mag-set up ng air intake at exhaust ducts, at walang mataas na temperatura na usok na bubuo, na naaayon ay nagpapabuti sa pagtatago. Sa isang digmaang nuklear, ang panganib ng paglanghap ng radioactive na usok mula sa air intake ay nababawasan din, na ginagawang madali ang pagsasagawa ng nuclear protection.

Ngunit sa parehong oras, ang mga nuclear power plant ay mayroon ding ilang mga disadvantages, pangunahin ang mga sumusunod.

1) Malaking timbang at sukat. Dahil ang proseso ng reaksyong nuklear ay maglalabas ng isang malaking halaga ng mga radioactive substance, na magdudulot ng malubhang pinsala sa katawan ng tao at magdulot ng ilang polusyon sa bukas na dagat, tubig sa malayo sa pampang at mga pantalan, kinakailangan na mag-set up ng mga hadlang na tumitimbang ng daan-daang tonelada o kahit na. libu-libong tonelada upang maiwasan ang pagtakas ng mga radioactive substance, na nagpapalaki sa laki at bigat ng buong planta ng kuryente.

2) Ang mga nuclear power plant ay mahal at ang teknolohiya ng pagpapatakbo at pamamahala ay kumplikado, na sa isang tiyak na lawak ay naghihigpit sa kanilang malakihang promosyon.

Para sa mga dahilan sa itaas, ang mga nuclear power plant ay pangunahing ginagamit para sa malalaking barko at submarino, at ang kanilang pag-unlad sa larangan ng mga barkong sibilyan ay medyo mabagal.

7.3 Mga partikular na uri ng marine nuclear reactor
Upang matiyak ang kaligtasan ng mga tauhan sa barko, ang mga barkong pinapagana ng nuklear ay karaniwang may mas mahigpit na mga kinakailangan sa proteksyon para sa radyaktibidad kaysa sa mga plantang nuklear na nuklear na nakabase sa lupa. Maaaring makatagpo ang mga surface ship ng mga banggaan, grounding, sunog at pagsabog sa panahon ng nabigasyon, o maaaring malubog sa hindi sinasadyang pag-atake mula sa mga armas gaya ng mga torpedo at missiles. Sa ilalim ng premise na ang mga kaugnay na aksidente ay malamang na mangyari, upang mabawasan ang pagkalat ng nuclear polusyon, ang ship nuclear power plants ay dapat magkaroon ng function ng permanenteng shutdown at kailangang nilagyan ng solid reactor barriers. Ayon sa mga espesyal na pangangailangan ng mga barko para sa mga nuclear power plant, ang mga reactor na may presyon ng tubig na kasalukuyang ginagamit ay pangunahin sa sumusunod na tatlong uri.

7.3.1 Highly enriched uranium plate fuel element reactor

Ang ganitong uri ng reactor ay gumagamit ng plate fuel elements na may enrichment na 235U na higit sa 20%. Ang elemento ng plate ay may malaking lugar ng pagwawaldas ng init, isang compact na layout ng core, isang maliit na volume, at isang mataas na output ng kapangyarihan sa bawat dami ng yunit. Maaari nitong bawasan ang laki ng shell ng reactor at gawing mas compact ang layout ng kagamitan. Gayunpaman, ang mga teknikal na disadvantage nito ay higit sa lahat ay nakasalalay sa mataas na konsentrasyon ng nuclear fuel na kinakailangan, at ang mataas na halaga ng disenyo, konstruksiyon at operasyon.

7.3.2 Low-enriched uranium dispersed pressurized water reactor

Ang istraktura ng ganitong uri ng pressureurized water reactor ay halos kapareho ng sa isang land-based nuclear power plant na may pressure water reactor. Binubuo ito ng steam generator, reactor, primary coolant pump at pressurizer. Ang mga nauugnay na bahagi ay konektado sa pamamagitan ng mga tubo upang bumuo ng isang mataas na temperatura, mataas na presyon na closed loop. Ang pangalawang sistema ng loop at kagamitan ay katulad ng maginoo na marine steam power plant.

7.3.3 Pinagsamang may presyon ng tubig reaktor

Kunin ang German na "Otto Hahn" na marine pressurized water reactor bilang isang halimbawa. Gumagamit ito ng pinagsama-samang istraktura, isang simpleng pangunahing sistema ng loop, mga compact na kagamitan, at isang maliit na sukat ng shell ng kaligtasan ng reactor, na angkop para sa mga barko sa ibabaw. Bilang karagdagan, ang core ay puno ng cooling water at may magandang natural na pagganap ng sirkulasyon. Kapag huminto ang cooling pump sa pangunahing loop, ang natural na sirkulasyon ng coolant ay maaari pa ring umasa upang mapanatili ang proseso ng paglamig ng core. Ang kawalan ng pinagsama-samang presyon ng reaktor ng tubig ay ang reaktor, evaporator at pangunahing bomba ay magkakaugnay, na ginagawang kumplikado ang panloob na istraktura ng reaktor at pinatataas ang kahirapan sa disenyo, pagmamanupaktura at pagpapanatili.

8 Marine electric propulsion device

Ang mga electric propulsion device ay maaari ding gamitin para sa ship propulsion. Ang ganitong uri ng aparato ay nakakakuha ng elektrikal na enerhiya sa pamamagitan ng iba't ibang paraan, at pagkatapos ay ang motor ang nagtutulak sa propeller upang magbigay ng propulsion power para sa barko. Ang mga katangian nito ay ang bilis ng propeller ay maaaring maisaayos nang arbitraryo upang matugunan ang mga pangangailangan sa pag-navigate sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon sa pagtatrabaho, at ito ay simple upang mapatakbo at madaling pamahalaan. Ito ay mas angkop para sa ilang mga barko na may mga espesyal na pangangailangan, tulad ng mga submarino, mga barkong pang-agham na pananaliksik, mga ferry, atbp. Ang pinakamalaking bentahe ng electric propulsion device ay mahusay na kakayahang magamit. Ang pinakamababang bilis ng motor nito ay maaaring umabot ng mas mababa sa 1/10 ng na-rate na bilis, at ang barko ay maaaring maglayag sa napakababang bilis. Bilang karagdagan, ang oras ng pagsisimula at pasulong at pag-reverse ng pagbabalik ng ganitong uri ng device ay maikli din. Ang pangunahing generator at ang motor-driven na propeller ay bawat isa ay maaaring gumana sa ilalim ng pinakamahusay na mga kondisyon sa pagtatrabaho, at ito ay madaling kontrolin at pamahalaan nang malayuan, at ang vibration at ingay ng buong aparato ay medyo maliit.

Sa pangkalahatan, ang yunit na ginagamit para sa pagbuo ng kuryente ay binubuo ng isang prime mover at isang generator. Pangunahing kasama sa mga prime mover ang mga steam turbine, diesel engine at gas turbine, na karaniwang kapareho ng mga pangunahing uri ng makina ng mga barko. Tulad ng nabanggit sa itaas, dahil sa medyo maliit na kapangyarihan ng mga diesel engine, ang mga ito ay karaniwang ginagamit para sa mga pangunahing at auxiliary generator set ng mga military auxiliary ship, o ang auxiliary generator set ng mga military ship. Ang mga steam turbine ay may mga pakinabang ng mataas na bilis at mataas na kapangyarihan, at ang teknolohiya ay medyo mature, ngunit mayroon din silang mga disadvantages tulad ng malaking sukat at timbang, mababang kahusayan, malaking lugar ng barko, at mahirap na layout. Kung gagamitin ang mga ito sa mga generator set, mababawasan ang power density ng buong generator set. Bilang karagdagan, dahil sa mataas na bilis ng mga steam turbine, kung ang isang 50 Hz AC power grid ay ginagamit, ang isang malaking gearbox ay kinakailangan upang mabawasan ang bilis, na tataas ang ingay ng buong barko nang naaayon. Ang mga gas turbine ay may magandang prospect sa larangang ito. Sa kasalukuyan, pinipili ng maraming electric propulsion system ng mga barko ang mga gas turbine bilang pangunahing mover para sa pagbuo ng kuryente.

9 Pangkalahatang-ideya ng kasaysayan ng pag-unlad ng teknolohiya ng marine power plant

Dahil ang steam engine ay ginamit sa mga marine power plant, mabilis itong sumakop sa isang tiyak na nangingibabaw na posisyon. Hanggang sa Unang Digmaang Pandaigdig, nangingibabaw pa rin ang mga steam engine sa mga barkong sibilyan at militar sa buong mundo at ang pinakamahalagang pinagmumulan ng kapangyarihan para sa mga barko. Gayunpaman, ang kasagsagan ng mga makina ng singaw ay malapit nang magwakas. Dahil sa malaking sukat at mababang thermal efficiency ng mga steam engine, unti-unti silang pinalitan ng mga diesel engine at steam turbine noong Unang Digmaang Pandaigdig at Ikalawang Digmaang Pandaigdig. Kasabay nito, dahil ang rate ng pagkonsumo ng gasolina ng mga low-speed na diesel engine ay makabuluhang mas mababa kaysa sa mga steam turbine, maaari silang magsunog ng mababang kalidad na gasolina at may mataas na pagiging maaasahan, kaya unti-unti nilang pinalitan ang mga steam turbine sa larangan ng mga sibilyang barko.

Para sa mga barko na may mas malaking displacement, ang mga steam turbine ay halos lahat ay ginagamit, habang ang mga maliliit na barko ay mas hilig na gumamit ng mga makinang diesel. Ito ay hindi hanggang 1947 na lumitaw ang isang bagong karibal para sa mga makinang diesel. Matapos masuri ang unang barkong British na itinutulak ng mga gas turbine, nagsimula itong makipagkumpitensya sa mga makinang diesel at mga steam turbine na nangibabaw noong panahong iyon.

Bagama't ito ay lubos na matipid at nakamit ang mga kahanga-hangang resulta sa larangan ng marine power plants, ang diesel engine mismo ay limitado sa kapangyarihan at hindi na matugunan ang mga kinakailangan sa pagganap ng kuryente ng malalaking barko. Sa kabaligtaran, bagama't ang steam turbine ay may simpleng istraktura at mataas na kapangyarihan, kailangan itong nilagyan ng malaking steam generating device (tulad ng boiler, atbp.) at mga auxiliary system, at mahina ang ekonomiya at kakayahang magamit nito. Nagpatuloy ang magkasalungat na sitwasyong ito hanggang sa lumabas ang gas turbine. Nang ang gas turbine ay malawakang pinasikat sa larangan ng kapangyarihan ng barkong militar, ang mga problema sa itaas ay unti-unting nalutas. Ang mga gas turbine ay hindi lamang makakagawa ng isang modelo ng power unit, ngunit maitugma rin sa iba pang power units gaya ng mga diesel engine upang makabuo ng bagong pinagsamang power unit. Ang mga barko na may mga kumplikadong cycle gas turbine bilang mga power unit ay hindi lamang may magagandang economic indicator, ngunit mayroon ding mataas na pangkalahatang kapangyarihan, na masasabing ang pinakamahusay sa parehong mundo.

Tiyak na dahil ang mga gas turbine ay may mga pakinabang ng madaling pagsisimula at mahusay na kadaliang mapakilos, sila ay nakatanggap ng malawakang atensyon at malamang na maging "mga latecomer". Gayunpaman, dahil ang mga gas turbine ay gumagana sa ilalim ng mataas na temperatura at mataas na mga kondisyon ng presyon, mayroon silang mataas na mga kinakailangan para sa kalidad ng gasolina at ang kanilang thermal efficiency ay makabuluhang mas mababa kaysa sa mga diesel engine, kaya bihira itong ginagamit sa mga sibilyang barko.

Gumagamit ang mga nuclear power plant ng mga nuclear reactor upang makakuha ng mataas na temperatura, mataas na presyon ng singaw. Ang mga nuclear reactor ay bumubuo ng mataas na enerhiya sa pamamagitan ng nakokontrol na nuclear fission chain reactions, na nasisipsip ng patuloy na umiikot na cooling water. Pagkatapos ang init ay inililipat sa tubig sa pangalawang loop sa pamamagitan ng generator ng singaw, na nagiging singaw at pagkatapos ay napupunta sa steam turbine upang gumana. Sa kasalukuyan, ang mga nuclear power plant ay pangunahing ginagamit sa malalaking barko at submarino.

Ang mga bansa sa buong mundo ay nagsagawa rin ng may-katuturang pananaliksik sa aplikasyon ng mga nuclear power plant sa larangan ng mga barkong sibilyan. Matagumpay na nasubok ito ng Estados Unidos sa barkong "Savannah"; ang Unyong Sobyet ay gumamit din ng mga nuclear power plant sa icebreaker na "Lenin". Simula noon, ang Germany at Japan ay nagtayo na rin ng mga barkong sibilyan na pinapagana ng nuklear. Matapos ang isang panahon ng pagsubok na paglalakbay, ang mga nauugnay na barko ay napilitang huminto sa paglalayag para sa legal at pampublikong opinyon na mga kadahilanan. Dahil sa mga alalahanin na ang mga radioactive substance ay magpaparumi sa mga daluyan ng tubig, daungan at kapaligiran sa kalunsuran, maraming daungan ang tumatangging payagan ang mga barkong pinapagana ng nuklear na makapasok sa daungan. Mayroon ding kakulangan ng wastong pamamaraan ng paggamot para sa nuclear waste pagkatapos ng paggamit ng nuclear fuel, na sa isang tiyak na lawak ay naglilimita sa paggamit ng mga nuclear power plant sa mga barkong sibilyan.

Sa mabilis na pag-unlad ng agham at teknolohiya, ang mga bagong marine power device ay patuloy na lumilitaw, tulad ng mga fuel cell, magnetohydrodynamic propulsion, solar cells, atbp. Kabilang sa mga ito, ang nobelang magnetohydrodynamic propulsion ay may magandang pag-asa. Ang propulsion method na ito ay isang superconducting electromagnetic propulsion. Ang prinsipyo nito ay ang pag-install ng mga superconducting magnet sa barko, at pagkatapos ay ipasa ang kasalukuyang sa tubig-dagat, gamit ang magnetic field na nabuo ng mga superconducting magnet at ang puwersang nabuo ng agos sa tubig-dagat upang itulak ang barko pasulong. Ang mga katangian ng propulsion form na ito ay pinasimple na transmission mode, walang umiikot na bahagi (walang propeller at shaft system), malaking thrust, at mataas na bilis.

10 Pangunahing teknikal na kinakailangan para sa marine power device

Upang matiyak ang kakayahan sa pag-navigate ng mga marine power device, kapag pumipili ng pangunahing makina, ang sumusunod na teknikal na pagganap ay kailangang ganap na matugunan, na maaari ring magsilbi bilang isang mahalagang sanggunian para sa pagpili ng pangunahing makina.

10.1 Maaasahan

Matapos maisagawa sa loob ng isang yugto ng panahon, ang mga kagamitang electromekanikal ay hindi maiiwasang mabibigo. Para sa mga marine power device, ang pagiging maaasahan ay napakahalaga. Ang pagiging maaasahan ay may dalawang kahulugan: ang isa ay ang sigla ng power unit, na pangunahing tumutukoy sa kakayahan ng power unit na mapanatili ang operasyon pagkatapos maapektuhan ng mga panlabas na kadahilanan. Kung mas masahol pa ang mga kondisyon na maaari nitong mapaglabanan, mas malakas ang sigla nito; ang isa pa ay ang oras na ang power unit ay nasa normal na operasyon. Kung mas mahaba ang normal na oras ng operasyon, mas mataas ang pagiging maaasahan, at vice versa.

Para sa mga surface ship power unit, kadalasang ginagamit ang mga multi-engine multi-propeller o multi-engine parallel propulsion na pamamaraan, at ang pagiging maaasahan at sigla nito ay mas mataas kaysa sa single-engine na single-propeller propulsion method. Isinasaalang-alang ang dual-engine dual-propeller propulsion method bilang isang halimbawa, kapag ang isa sa mga pangunahing makina o ang propeller na tumugma dito ay seryosong nabigo, ang isa pang pangunahing makina at propeller ay maaari pa ring gumana nang normal, at ang puwersa ng pagpapaandar ng barko ay hindi ganap na nawala. Samakatuwid, mula sa pangkalahatang propulsion effect, ang dual-engine dual-propeller propulsion method ay may mas malakas na sigla. Samakatuwid, ang mga barkong pang-ibabaw ay kadalasang gumagamit ng dual-engine dual-propeller o multi-engine na dual-propeller na paraan ng paghahatid.

10.2 Kakayahang mapakilos

Ang kakayahang magamit ay tumutukoy sa kakayahan ng isang marine power unit na lumipat mula sa isang operating condition patungo sa isa pa, tulad ng pagsisimula, pagpapabilis, pagpepreno, pag-reverse at pagsasama. Direktang nakakaapekto ang performance ng operating condition conversion ng power unit sa kakayahan ng barko na umalis sa pantalan, maglayag sa mga lugar ng yelo, maglayag sa maulap na panahon, at maiwasan ang mga emerhensiya.

10.2.1 Pagsisimula

Ang kalidad ng startability ay malapit na nauugnay sa uri ng pangunahing engine. Kung tungkol sa oras ng pagsisimula ng isang diesel engine, higit sa lahat ay nakadepende ito sa system na may pinakamahabang oras ng operasyon sa mga auxiliary system tulad ng gasolina, lubricating oil, cooling water, at starting air. Upang mapabuti ang kakayahang magamit ng isang diesel engine, ang mga hakbang tulad ng cylinder warming ay karaniwang pinagtibay.

Kung ikukumpara sa mga steam turbine, ang mga diesel engine ay nangangailangan ng isang tiyak na daloy ng mataas na temperatura ng singaw sa panahon ng proseso ng pagsisimula ng mga steam turbine, kaya higit sa lahat ay nakasalalay sa proseso ng mga parameter ng singaw na umaabot sa tinukoy na estado pagkatapos na ang boiler ay nag-apoy. Bagama't ang ilang boiler ay mabilis na makakapagbigay ng singaw, ang karaniwang oras ng pagsisimula ng mga steam turbin ay mas mahaba pa rin kaysa sa mga makinang diesel.

Kung ikukumpara sa mga diesel engine, ang mga gas turbine ay may medyo mas maikling oras ng pagsisimula, ngunit sa pangkalahatan, walang makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng dalawa.

10.2.2 Pagpapabilis

Ang pagpapabilis ay nauugnay din sa uri ng pangunahing makina. Ang unang kundisyon para sa pagpapaikli ng oras ng acceleration ay ang pangunahing makina ay kailangang dagdagan ang kapangyarihan sa pinakamataas na halaga sa maikling panahon. Ang pangalawa ay kung ang propeller ay maaaring ganap na sumipsip ng power output ng pangunahing makina sa panahon ng proseso ng acceleration at i-convert ito sa panlabas na propulsion power.

Para sa pangunahing makina, ang pangunahing mga kadahilanan na nakakaapekto sa oras ng pagbilis ay ang timbang at thermal inertia ng mga bahagi. Ang mas magaan na timbang at mas mababang thermal inertia ay nakakatulong sa acceleration. Sa pangkalahatan, ang mga heat-bearing component ng mga gas turbine ay medyo magaan at maliit, kaya mas maganda ang performance ng mga ito.

Para sa mga propeller, dahil ang bilis ng fixed-pitch propeller ay napapailalim sa ilang mga paghihigpit, ito ay tataas nang naaayon sa pagtaas ng bilis ng barko. Samakatuwid, habang ang bilis ng mga fixed-pitch propeller ay tumataas, ang lakas ng pangunahing makina ay kailangan ding unti-unting tumaas upang makamit ang isang makatwirang tugma. Ang adjustable pitch propeller ay hindi limitado sa sarili nitong bilis kapag sumisipsip ng kapangyarihan, at maaaring makabuo ng mas malaking thrust sa maikling panahon, kaya ang acceleration nito ay mas mahusay kaysa sa fixed-pitch propellers.

10.2.3 Pagpepreno at reverse performance

Ang pagganap ng isang barko sa pagpepreno at reverse ay higit sa lahat ay nakasalalay sa propeller at sa kaukulang transmission mode. Para sa kumbinasyon ng isang mababaligtad na low-speed diesel engine + fixed-pitch propeller, ang low-speed na diesel engine ay dapat munang huminto sa pag-inject ng gasolina at bawasan ang bilis sa isang tiyak na hanay bago magsimulang mag-reverse, kaya ang oras ng pagbabalik ay karaniwang mas mahaba.

Para sa mga kumbinasyon tulad ng hindi nababaligtad na pangunahing makina + clutch + fixed-pitch propeller, higit sa lahat ay nakadepende ito sa performance ng clutch. Kung ang sistema ay gumagamit ng friction clutch, ang reverse time ng barko ay higit sa lahat ay nakasalalay sa pagtaas ng temperatura ng mga friction parts kapag ang clutch ay bumaligtad. Kung mas mataas ang mechanical load at thermal load na kayang tiisin ng clutch kapag bumabaligtad, mas nakakatulong ito upang mapabuti ang emergency braking at reverse na mga kakayahan.

Para sa mga kumbinasyon tulad ng hindi nababaligtad na pangunahing makina + adjustable pitch propeller, dahil ang barko ay hindi kailangang ihinto ang pangunahing makina kapag nagpepreno, at ang reverse thrust ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng pagsasaayos ng pitch ng mga blades, ang pagpepreno at reverse performance nito ay medyo maganda. .

11 Pagsusuri ng mga prospect ng aplikasyon ng mga marine power unit

Sa mga nagdaang taon, ang mga makinang diesel ay naging pangunahing pinagmumulan ng kuryente para sa iba't ibang uri ng mga barko. Sa panahon ngayon ng lalong kakaunting enerhiya, kung isasaalang-alang ang mataas na thermal efficiency ng mga diesel engine at ang pagsulong ng mababang kalidad na teknolohiya ng langis, ang mga makina ng diesel ay patuloy na sasakupin ang isang mahalagang posisyon sa mga pangunahing makina ng barko sa susunod na ilang taon.

Ang mga nasa gitna at maliliit na barko sa ibabaw ay kadalasang pinapagana ng mga makinang diesel. Kasama sa mga barkong ito ang mga mangangaso sa ilalim ng tubig, mga minesweeper, mga patrol boat, mga bangkang baril, mga bangkang torpedo, mga bangkang misayl at mga pantulong na barko. Ang ilang malalaking barko tulad ng mga frigate at mga destroyer ay gumagamit din ng mga diesel engine o diesel-fuel combined power units bilang pinagmumulan ng kuryente. Sa diesel-fuel combined power units, ang mga diesel engine ay kadalasang ginagamit bilang cruise main engine para samantalahin ang mababang fuel consumption rate para mapalawak ang cruising range ng barko. Para sa mga submarino, maliban sa mga nuclear power unit, ang lahat ng conventional submarine ay gumagamit ng mga diesel engine bilang pangunahing mga makina, at ang ilan ay gumagamit din ng air-independent propulsion system (AIP).

Sa kasalukuyan, dahil sa pag-unlad ng mga diesel engine at gas turbine, ang mga steam power unit na kinakatawan ng mga steam turbine ay sumuko sa kanilang dating komprehensibong pangingibabaw at bumuo ng isang three-legged tripod na magkasama. Gayunpaman, nangingibabaw pa rin ang mga steam turbin sa malalaking barko, lalo na ang mga carrier ng sasakyang panghimpapawid at nuclear submarine.

Dahil sa malaking pagkonsumo ng gasolina ng mga steam turbine, ang bilang ng mga bagong gawang sibilyan na steam turbine na barko ay bumababa taon-taon. Sa kabaligtaran, halos lahat ng liquefied natural gas ships ay gumagamit ng mga steam turbine upang i-recycle at gamitin ang mga tumakas na natural gas bilang boiler fuel. Sa aking bansa, nangingibabaw pa rin ang mga steam turbine sa malalaki at katamtamang laki ng mga barko, tulad ng mga aircraft carrier at nuclear submarine. Mula sa pananaw ng aktwal na paggamit ng barko, ang mga natitirang bentahe ng mga steam turbine ay kaligtasan at pagiging maaasahan, mahusay na kakayahang magamit, kadalian ng paggamit, at mahusay na pagpapanatili. Ang kawalan nito ay mahinang ekonomiya. Sa ilalim ng parehong dami ng gasolina, ang hanay ng cruising ay maikli. Ito ay isang nakamamatay na kahinaan na nakakaapekto sa pagbuo ng mga marine steam turbine. Upang mapagana ang patuloy na pag-unlad ng mga steam turbine, ang mga pagsisikap ay dapat gawin upang mapabuti ang ekonomiya.

Tulad ng nabanggit sa itaas, sa panahon at pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, ang mga makinang diesel at mga steam turbine ay malawakang ginagamit sa mga barko. Gayunpaman, sa kasunod na pag-unlad ng teknolohiya, nagkaroon ng trend ng paggamit ng mga gas turbine bilang pangunahing makina. Sa kasalukuyan, ang mga gas turbine ay maaaring nahahati sa mga light gas turbine at heavy gas turbines ayon sa kanilang iba't ibang uri ng istruktura. Kabilang sa mga ito, ang mga light gas turbine ay isang uri ng bagong unit na nakabatay sa aviation gas turbines at higit pang binago upang umangkop sa mga kondisyon ng nabigasyon ng barko. Ang mga heavy gas turbine ay binuo batay sa mga industrial gas turbine at sa kasalukuyan ay angkop para sa malalaking sibilyan na barko, tulad ng mga container ship, roll-on/roll-off na barko at ferry, ngunit dahil sa mahinang ekonomiya ng ganitong uri ng unit, ang paggamit nito nasa experimental stage pa lang.

Ang mga marine gas turbine ay pangunahing sumusunod sa landas ng pagbabago ng aviation. Sa ilalim ng mga kondisyon ng kapaligiran sa dagat at mga kinakailangan ng paggamit ng barko, isang malaking bilang ng pananaliksik at eksperimentong gawain ang isinagawa mula sa mga aspeto ng pagpapabuti ng ekonomiya at pagiging maaasahan, at maraming mga bagong teknolohiya at proseso ang pinagtibay. Ang mga produkto ay na-update nang maraming beses at umabot sa medyo mature na yugto, ngunit kumpara sa mga makinang diesel, mayroon pa ring tiyak na puwang sa ekonomiya. Sa kasalukuyan, parehong nagsusumikap ang mga steam turbine at gas turbine upang mapabuti ang ekonomiya at bawasan ang pagkonsumo ng gasolina, at nakamit ang mga magagandang resulta.

Upang balansehin ang ekonomiya sa ilalim ng mga kondisyon ng cruising at ang acceleration na kinakailangan para sa mga madiskarteng maniobra, ang mga surface ship sa pangkalahatan ay gumagamit ng pinagsamang power units, kabilang ang cruise units at acceleration units. Ang parehong mga yunit ay konektado sa pangunahing reducer sa pamamagitan ng isang clutch, at reverse at forward gearbox o adjustable pitch propellers ay ginagamit upang ipatupad ang reverse. Ang bentahe ng pinagsamang yunit ng kuryente ay mayroon itong sapat na kapangyarihan, at ang bigat at dami ng yunit ay medyo maliit. Nilulutas nito ang kontradiksyon sa pagitan ng full-speed high power at cruising economy, at pinapabuti ang tibay ng barko.

Ang mga yunit ng nuclear power ay maaaring makabuluhang mapabuti ang kapangyarihan at tibay ng mga barko, at hindi nangangailangan ng air combustion, na mas angkop para sa mga barko sa ilalim ng dagat tulad ng mga submarino. Gayunpaman, dahil ang mga radioactive substance ay maaaring magdulot ng malubhang pinsala sa katawan ng tao at marumi ang nakapaligid na kapaligiran, dapat na i-set up ang mahigpit na radioactive protection equipment para dito. Bagaman ang nuclear fuel ay sumasakop sa isang maliit na espasyo sa mga barkong pinapagana ng nuklear, kung isasaalang-alang ang kinakailangang shielding layer at malaking pantulong na kagamitan, ang mga pakinabang ay na-offset, at posible pa ring dagdagan ang kabuuang karga ng barko. Bilang karagdagan, ang mga nuclear power plant ay bihirang ginagamit sa mga barkong sibilyan dahil sa kanilang mabigat na timbang, mataas na gastos, at kumplikadong konstruksiyon, operasyon, at mga teknolohiya sa pamamahala. Sa kasalukuyan, ang paggamit ng mga nuclear power plant sa mga barkong sibilyan ay higit na tinutukoy ng mga salik tulad ng pagtanggap sa kapaligiran ng lokal na daungan, mga internasyonal na kasunduan, mga kasunduan sa seguro, at mga paunang gastos, sa halip na simpleng teknikal na pagiging posible.

Sa kabuuan, ang mga prospect ng aplikasyon ng mga marine power plant ay ipinapakita sa Talahanayan 4.

Ayon sa sitwasyon sa itaas, ang mga barkong sibilyan ay gagamit pa rin ng mga makinang diesel bilang pangunahing planta ng kuryente sa loob ng ilang panahon. Para sa malalaking barkong sibilyan, ang mga low-speed diesel engine ay karaniwang pangunahing planta ng kuryente, habang para sa mga barko na may limitadong taas ng cabin tulad ng mga ro-ro ship, pampasaherong barko, ferry, atbp., ang medium at high-speed na diesel engine ay mas angkop. . Kabilang sa mga ito, ang mga barko sa loob ng bansa ay higit sa lahat ay medium- at high-speed diesel engine, habang ang mga malalaking barko na dumadaan sa karagatan ay pangunahing mga low-speed na diesel engine. Sa mga nagdaang taon, ang rate ng pagkonsumo ng gasolina ng mga medium-speed na makina ay malapit sa mababang bilis ng mga makinang diesel. Mayroon silang mga bentahe ng mataas na kahusayan sa paggamit ng init ng basura, maliit na sukat, magaan ang timbang, mababang gastos, at magandang prospect.

Ayon sa sitwasyon ng aking bansa, ang mga daluyan at maliliit na barkong pang-ibabaw, mga submarino at mga pandiwang pantulong na barko ay higit sa lahat ay magkakaroon pa rin ng mga medium at high-speed na diesel engine. Ang mga malalaking submarino ay tututuon sa pagbuo ng mga nuclear power unit at gagamit pa rin ng mga steam turbine bilang pangunahing makina. Kasabay nito, ang mga gas turbine ay may makabuluhang pakinabang sa pagganap at unti-unting naging karaniwang yunit ng kuryente para sa mga barkong militar sa loob at dayuhan. Ang iba't ibang pinagsamang mga yunit ng kuryente na may mga gas turbine bilang mga acceleration unit ay dapat ding bigyang pansin at paunlarin. Sa kasalukuyan, apurahang palakasin ang pananaliksik at pagpapaunlad ng mga high-power gas turbines para sa mga barko.

12 Mga prospect para sa marine power units

Kung susumahin ang nasa itaas, ang mga makinang diesel ay may mga pakinabang ng mataas na thermal efficiency, mahusay na ekonomiya, malaking hanay ng kuryente, compact na istraktura, kakaunting pantulong na kagamitan, at maaaring direktang magmaneho ng mga propeller. Gayunpaman, sa unti-unting pagtaas ng tonelada ng barko, ang mga marine diesel engine ay kinakailangan upang bumuo sa direksyon ng mataas na kapangyarihan. Upang madagdagan ang lakas ng mga makinang diesel, ang tanging paraan ay dagdagan ang diameter ng silindro, dagdagan ang bilang ng mga silindro o gumamit ng maraming modelo. Ito ay tiyak na tataas ang timbang at dami, na ginagawang mahirap at magastos ang pagmamanupaktura. Samakatuwid, ang mga makinang diesel ay karaniwang hindi ginagamit bilang pangunahing yunit ng kapangyarihan ng pagpapaandar sa malalaking barko. Matapos ang mga taon ng pag-unlad, ang mga marine diesel engine ay umabot sa medyo mataas na teknikal na antas. Gayunpaman, para sa mga daluyan at maliliit na barko sa ibabaw, maginoo na mga submarino at mga sibilyang barko, ang mga makinang diesel pa rin ang pangunahing pinagmumulan ng kuryente. Ang mababang carbon emissions ay isang seryosong hamon na kinakaharap ng mga makinang diesel sa yugtong ito. Sa mga paghihigpit sa mga emisyon mula sa marine diesel engine, mas mahirap na mapabuti ang kanilang ekonomiya, na isa ring bagong paksa sa hinaharap na pag-unlad ng marine diesel engine. Sa pangkalahatan, dahil sa mga makabuluhang katangian ng mga makinang diesel, ang kanilang teknolohikal na pag-unlad ay lubos na nagsulong ng pag-unlad at rebolusyon ng teknolohiya ng barko at nagbukas ng isang bagong kabanata sa pagbuo ng mga marine power unit.

Ang mga steam turbine ay may mataas na kapangyarihan, maliit na sukat, magaan ang timbang, matatag na operasyon, mahabang buhay, mataas na pagiging maaasahan, mababang lubricating oil consumption rate, malakas na overload capacity, maaaring magsunog ng mababang kalidad na gasolina, mababang vibration at ingay, ngunit mababa ang thermal efficiency, kumplikadong pamamahala , mahirap na pagproseso at pagmamanupaktura, mataas na gastos, ay dapat na nilagyan ng isang reduction gearbox at isang malaking pangunahing boiler, at dapat na itaboy ang propeller sa pamamagitan ng isang reduction device. Sa kasalukuyan, kadalasang ginagamit ang mga ito sa malalaking oil tanker, aircraft carrier, at nuclear submarine.

Kung ikukumpara sa mga power unit sa itaas, ang mga gas turbine ay maliit sa laki, magaan ang timbang, sumasakop sa pinakamaliit na cabin space at displacement, at may mga pakinabang ng mababang vibration at friction, madaling pamamahala at pagpapanatili, mabilis na pagsisimula, at maaaring maabot ang pinakamataas na kapangyarihan sa loob ilang minuto pagkatapos ng startup. Samakatuwid, mas angkop ang mga ito para sa mga barkong militar. Gayunpaman, dahil sa mga disadvantages ng mababang thermal efficiency, mahinang ekonomiya, maikling buhay, mataas na mga kinakailangan para sa mga materyales na metal at kawalan ng kakayahan upang baligtarin, hindi sila malawak na na-promote sa mga barkong sibilyan, at kadalasang ginagamit sa mga barkong may mataas na pagganap tulad ng hovercraft.

Sa larangan ng mga barkong pang-ibabaw, mayroong pinagsamang mga yunit ng kuryente na gumagamit ng mga gas turbin kasabay ng mga makinang diesel, mga steam turbine, at mga yunit ng nuclear power. Ang ganitong uri ng power unit ay lumitaw pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig at maaaring magbigay ng ganap na paglalaro sa mga pakinabang ng iba't ibang pangunahing makina at ganap na magamit ang mga pakinabang ng mga gas turbine.

Ang mga yunit ng nuclear power ay may mga pakinabang na hindi maaaring pantayan ng ibang mga yunit ng kuryente, ngunit kailangan nilang magkaroon ng maingat at mabibigat na mga hakbang sa proteksiyon, at mahal, at ang teknolohiya sa pamamahala ng konstruksiyon at pagsubok ay kumplikado. Samakatuwid, ang mga ito ay hindi pa malawakang ginagamit sa mga barkong sibilyan sa ngayon, at kadalasang ginagamit sa malalaking barkong pang-ibabaw tulad ng mga sasakyang panghimpapawid at mga submarino. Sa pagtaas ng pagkaubos ng enerhiya tulad ng langis, ang mga yunit ng nuclear power ay inaasahang mas masusulong sa larangan ng mga barkong sibilyan.

13 konklusyon

Sa buod, ang mga marine power unit ay umuunlad sa direksyon ng diversification at high power. Ang mga daluyan at maliliit na barkong sibilyan ay kadalasang gumagamit ng medium at high-speed na diesel engine. Ang malalaki at katamtamang laki ng mga barkong sibilyan ay kadalasang gumagamit ng medium at low-speed na diesel engine. Ang mga steam turbine ay may mga pakinabang ng mature at maaasahang teknolohiya, mahusay na pagpapanatili, at mahabang buhay ng serbisyo, ngunit ang kanilang mga disadvantage ay hindi magandang pang-ekonomiyang kahusayan at kumplikadong pag-install. Bagaman ang mga gas turbine ay may kawalan ng maikling buhay ng serbisyo, ang mga barko ay maaaring ganap na magamit ang mga pakinabang ng mga gas turbine na maaari nilang simulan nang mabilis at makakuha ng mataas na kapangyarihan sa maikling panahon, kaya mayroon pa rin silang magandang mga prospect.

Ang mga nuclear power plant ay magiging isang mahalagang pinagmumulan ng marine power. Kapag na-install na ang nuclear fuel, maaaring maglayag ang barko sa loob ng ilang taon. Ito ay napaka-angkop bilang pinagmumulan ng kuryente para sa malalaking barko, at ang mga steam turbine ay gagamitin din bilang pangunahing makina. Ang electric propulsion ay magiging isang mahalagang uri ng propulsion para sa mga darating na barko. Maaari itong magbigay ng kuryente sa pamamagitan ng mga baterya, mga generator na pinapatakbo ng mga prime mover, at mga kagamitan sa pagbuo ng electrochemical tulad ng mga fuel cell.