Sobre la eficiencia económica del uso de naves de turbina de caldera
El barco está diseñado para la guerra en el mar y es una estructura de ingeniería compleja que, transportando оружие y todos los bienes necesarios para cumplir con las tareas, dependiendo de las tareas que se le asignen, son capaces de flotar sobre el agua, sobre el agua y debajo del agua. El barco es una unidad de combate naval. flota. Las armas y el equipo del barco deben funcionar de manera confiable en un entorno marino. Un barco es una estructura de ingeniería de un tipo especial, ya que debe tener la capacidad de moverse, que se proporciona mediante el uso de la planta de energía principal (GEM).
Hoy en día, los buques de superficie de la Armada de varios países están equipados con plantas de turbinas de caldera, diesel, turbinas de gas, turbinas de gas diesel, diesel-eléctricas y nucleares. Cada planta de energía tiene sus propias características de operación, ventajas y desventajas. Algunos son más simples en diseño y operación, tienen una masa y dimensiones más pequeñas, se preparan rápidamente para el trabajo y se ponen en funcionamiento, pero usan combustible costoso. Otros son más complejos, tienen grandes características de peso y tamaño, están más preparados para el trabajo y se ponen en funcionamiento, pero son fáciles de operar y funcionan con combustible más barato.
Rusia es una gran potencia marítima y tiene sus propias escuelas de construcción naval y motores marinos, calderas y turbinas. En el Concepto de Reforma Cualitativa y Cuantitativa de la Armada de la Federación Rusa (Armada de la Federación Rusa), se da prioridad a la construcción de barcos equipados con diesel, turbina de gas, turbina de gas diesel y plantas de energía nuclear, mientras que la construcción de barcos con KHPP fue prácticamente abandonada. La mayoría de los barcos de caldera-turbina fueron retirados de la flota y posteriormente desmantelados, lo que implicó una reducción en la especialidad de ingenieros mecánicos militares de KTEU en la universidad de ingeniería naval.
Hoy, los barcos con KTEU como parte de la Armada rusa se pueden contar con los dedos. La decisión de rechazar o no KTEU se toma correctamente, el tiempo lo dirá.
A finales del siglo XVIII, para garantizar el movimiento de los buques, se comenzó a equipar con calderas de vapor y máquinas de vapor que conforman la central eléctrica de vapor (PSU). Como combustible para las calderas, primero se usó leña y luego carbón. Desde 1788, el primer barco del mundo con CSP comenzó a operar en los Estados Unidos, después de lo cual todos los barcos que utilizan vapor se conocieron como barcos de vapor. Casi todas las embarcaciones, desde pequeñas embarcaciones hasta acorazados, estaban equipadas con instalaciones de vapor en ese momento. Después de la invención de los tanques de combustible marino (los llamados tanques Fram) y el equipo de combustible, el combustible marino comenzó a usarse como combustible marino de PSU a principios del siglo XX, al mismo tiempo que las máquinas de vapor comenzaron a reemplazarse por turbinas de vapor, y la principal planta de energía de los barcos se llamaba turbina de vapor (PTEU) . El surgimiento de una nueva planta de energía requirió la capacitación de nuevos técnicos, más tarde llamados ingenieros mecánicos de plantas de vapor (CCP).
La instalación de vapor se usó en barcos y barcos hasta finales de la década de 1970, y la turbina de vapor, más tarde llamada turbina de caldera, todavía se usa, está equipada, por regla general, con grandes barcos de desplazamiento: portaaviones, cruceros y destructores.
Desde 1893, el motor de vapor de una planta de energía a vapor se convirtió en el prototipo de todos los motores de combustión interna, que desde principios del siglo XX comenzaron a equipar barcos.
La experiencia operativa de las plantas de energía de calderas y turbinas y diésel demostró que las primeras tienen una baja eficiencia, incluyen una gran cantidad de mecanismos complejos que ocupan áreas y volúmenes de embarque significativos, y las últimas tienen una potencia limitada, una construcción compleja, son pesadas y requieren combustible de alta calidad para funcionar.
En el último cuarto del siglo XIX, las turbinas de gas se inventaron casi simultáneamente con motores diésel, cuyo prototipo eran turbinas de vapor, pero las instalaciones de turbinas de gas se utilizaron ampliamente en barcos y naves solo desde la segunda mitad del siglo XX después del desarrollo de materiales estructurales confiables resistentes al calor.
A mediados de la década de 1970, los buques de superficie comenzaron a equiparse con plantas de energía nuclear (AEU) después de ser probados en submarinos. AEU también es una instalación de turbina de vapor en la que se utiliza un reactor nuclear con un generador de vapor en lugar de una caldera para generar vapor.
Además de estas plantas de energía, los barcos estaban equipados con plantas de energía combinadas, por ejemplo, turbina de vapor-diesel (en Kriegsmarine, Armada de la Alemania Nazi. - Aprox. Aut.), Y todavía están equipados con plantas de energía diesel-turbina de gas y diesel-eléctrica.
La calidad y la perfección de cualquier tipo de arma y equipo militar, como saben, es probada por la guerra. Este axioma es totalmente aplicable a las plantas de energía de barcos.
Dado que la planta de caldera-turbina fue la primera planta de energía en estar equipada con barcos, pasó la prueba de dos guerras mundiales y varias guerras locales y demostró su alta calidad y confiabilidad. Al mismo tiempo, la planta de energía diesel (DEU) fue probada por una guerra mundial y conflictos marítimos locales, y la turbina de gas (GTEU), solo por guerras locales, por ejemplo, la guerra entre Argentina y Gran Bretaña sobre las islas Malvinas (Inglés) o Malvinas (Español) en 1982 año.
La experiencia en la operación de varios tipos de plantas de energía en condiciones reales en diferentes zonas climáticas ha demostrado que KTEU se usa de manera más efectiva en barcos de gran desplazamiento no inferior al destructor y consume combustible de petróleo relativamente económico. Al mismo tiempo, la operación de buques con DEU y GTEU requiere una cantidad significativa de combustible ligero de alta calidad. Además, la experiencia de la guerra y los conflictos militares mostraron que el uso de naves de turbinas de gas y diésel en el teatro de operaciones del Ártico en invierno es posible solo cuando se reabastecen de combustible con el tipo de combustible diésel más caro: el Ártico (DT A). El deterioro de las características de calidad de los combustibles ligeros (por ejemplo, tarring, riego, etc.) en las condiciones del barco, como se sabe, en todos los casos conduce a fallas en los equipos, fallas de energía en el barco y pérdida de rumbo. Los buques cuyas instalaciones consumen combustibles ligeros tienen una mayor probabilidad de explosiones e incendios durante el combate y los daños de emergencia. La reparación de barcos de turbinas de gas y diésel en condiciones de guerra es más larga, incluso debido al alto riesgo de incendio del combustible y la necesidad de su descarga completa, y luego la aceptación en los tanques para un suministro completo. Además, muchos tipos de reparaciones en naves de turbinas de gas y diesel deben ser realizadas exclusivamente por especialistas altamente calificados en los fabricantes de equipos técnicos.
Una instalación de turbina de caldera elimina muchas de las desventajas inherentes a DEU y GTEU. Por lo tanto, KTEU utiliza tipos oscuros de productos derivados del petróleo: el combustible combustible naval y el deterioro de su calidad no afecta significativamente el funcionamiento de la instalación, en particular, el funcionamiento de las calderas de vapor. Las plantas de energía de los barcos de caldera y turbina son más fáciles de mantener, lo cual es importante en condiciones extremas y una separación larga de las bases.
Además, la experiencia de muchas guerras ha demostrado que, en ausencia de combustible de petróleo en un barco de turbina de caldera, se puede lograr un curso mínimo quemando madera de emergencia, objetos de madera y otros elementos combustibles recolectados tanto en el barco como en el mar en calderas.
Junto con la experiencia de combate en el uso de varias plantas de energía (EA), se ha ganado suficiente experiencia en su operación en viajes largos y largos en tiempos de paz, lo que ha demostrado la alta capacidad de supervivencia de una unidad de turbina de caldera en caso de fallas de emergencia de sus elementos individuales. Por lo tanto, una planta de turbina de caldera puede proporcionar el progreso del barco sin interrumpir el funcionamiento del complejo propulsor del barco, incluso cuando solo está funcionando una caldera. Al mismo tiempo, la operación de un motor en barcos con DEU y GTEU puede conducir a la interrupción del sistema de propulsión y al trabajo intenso del cojinete de empuje principal. Además, el funcionamiento confiable de las unidades de turbinas de gas y diésel depende en gran medida de los parámetros del suministro de energía del barco que el funcionamiento de la unidad de turbina de caldera.
La alta capacidad de supervivencia, la capacidad de avanzar con un número mínimo de mecanismos de trabajo, una buena mantenibilidad y una pequeña dependencia de los parámetros de suministro de energía del barco son factores importantes para el funcionamiento de una unidad de turbina de caldera durante la navegación autónoma a largo plazo de un barco en áreas remotas del océano mundial en ausencia de bases navales.
La evaluación de la eficiencia militar-económica del uso de barcos es más relevante para el tiempo de paz, cuando los barcos no se usan para el propósito previsto, y al mismo tiempo requieren costos significativos para su mantenimiento, entrenamiento y entrenamiento de la tripulación, tiro al blanco y viajes de larga distancia.
Se sabe que hasta el 70% del costo de operación de cualquier barco se gasta en combustible.
Por ejemplo, comparamos los costos económicos del combustible marino para garantizar el funcionamiento a toda velocidad de los buques de turbina de caldera del tipo Kronstadt y los buques de turbina de gas del tipo Nikolaev durante una hora. Se sabe que un buque de turbina de caldera utiliza fuel-oil naval F-5, y un buque de turbina de gas utiliza combustible diesel DT, respectivamente. La elección de estos barcos no es aleatoria, ya que la evaluación puede ser correcta y objetiva solo si los barcos tienen el mismo propósito y aproximadamente las mismas características tácticas y técnicas. Cabe señalar que todos los barcos del tipo Kronstadt y Nikolaev ya han sido retirados de servicio de la Armada rusa por chatarra.
Las características de rendimiento (TTX) de los grandes buques antisubmarinos (BOD) "Kronstadt" y "Nikolaev" y sus centrales eléctricas
TTX BPK "Kronstadt" / BPK "Nikolaev":
- tipo de central eléctrica: KTEU GTEU;
- desplazamiento total: ~ 7.600 t / ~ 7.000 t;
- Potencia de la central eléctrica: 90.000 hp / 84.000 hp;
- suministro completo de combustible en el barco (tipo de combustible): 1.950 toneladas (fuel oil F-5) / 1.800 (DT);
- velocidad máxima: 33 nudos / 32 nudos;
- consumo específico de combustible: 0,36 kg / CV. hora / 0,25 kg / hp hora
- rango de crucero (a 18 nudos): 5.200 millas / 6.500 millas;
- el costo promedio del combustible en los precios de julio de 2019: 24.000 rublos / t / 42.000 rublos / t.
Multiplicando la potencia nominal de la central eléctrica por el consumo específico de combustible y el costo de una tonelada de combustible, obtenemos los costos financieros del combustible para garantizar la velocidad máxima de los buques del tipo Kronstadt y los buques del tipo Nikolaev durante una hora, que ascienden respectivamente a 777.600 rublos / hora y 882.000 rublos por hora. Esto significa que el costo del combustible (fuel oil naval) para garantizar el curso largo (navegación) del Kronstadt BPC será significativamente menor que los costos similares (para el combustible diesel) para el BPC Nikolaev.
Se pueden llevar a cabo los mismos cálculos económicos para un barco con una DEU, pero es obvio que también superarán los costos de combustible de una planta de turbinas de calderas en funcionamiento.
De hecho, la operación de los buques de turbina de caldera es más barata, como lo demuestra su uso (navegación) durante el estacionamiento a largo plazo de buques de turbinas de gas y diesel en sus bases en casi todos los años 1990 debido al alto costo o la falta de combustible diesel.
Un factor importante que determina el ciclo de vida de cualquier barco es la calidad y el momento del proceso de restauración de sus propiedades operativas y de combate, llamadas reparación. Desafortunadamente, el colapso de la URSS y la ruptura de los lazos económicos entre las repúblicas del país una vez unido tuvieron un impacto negativo no solo en el proceso de construcción, sino también en el proceso de reparación de plantas de energía de barcos. Entonces, la Planta de Turbinas del Sur (UTZ) en Nikolaev, que era la empresa líder para la producción y reparación de motores de turbinas de gas de barcos en la URSS, ahora se encuentra fuera de Rusia, por esta razón la reparación de motores de turbinas de gas de barcos requiere grandes costos financieros, incluyendo moneda Esto significa que hoy en día reparar un barco con una instalación de turbina de gas es mucho más costoso que reparar barcos de calderas y turbinas y diésel. Además, el período de uso directo de los barcos de turbinas de gas y diesel está determinado por el tiempo de los recursos del motor de sus motores principales. De acuerdo con el orden establecido, la vida útil del motor de los motores principales del barco se prolonga por el comando de la flota en base a la conclusión de los especialistas del fabricante sobre la posibilidad de una mayor operación de los motores. Cuando se trabaja con recursos motores, el acceso al mar de barcos está prohibido, como saben, y permanecen inactivos por más tiempo en las bases, lo que se observó más recientemente en casi todas las flotas de la Federación Rusa con barcos construidos por los soviéticos.
cada histórico el período plantea sus tareas a la marina, que requieren la mejora obligatoria de las propiedades de combate y operativas de la nave en su conjunto y sus subsistemas individuales, incluida la planta de energía. Las nuevas tareas también imponen requisitos más estrictos a los barcos y sus plantas de energía. Resulta obvio que al decidir equipar el barco diseñado con uno u otro tipo de planta de energía, es necesario en primer lugar tener en cuenta la experiencia operativa adquirida por la planta de energía y la capacidad del tipo seleccionado de planta de energía para mejorar aún más a fin de aumentar la eficiencia del barco.
Para aumentar la eficiencia del uso de los barcos, se pueden mejorar uno o varios elementos de su planta de energía. Los autores están convencidos de que hoy es posible, por ejemplo, reducir el componente de combustible del costo de mantener barcos equipados con todo tipo de centrales eléctricas que utilizan combustible de petróleo. La reducción del componente de combustible se puede lograr en las siguientes áreas:
- reducción del consumo de combustible por unidad de peso de la UE, por ejemplo, mediante la introducción de nuevos materiales estructurales en los motores y calderas principales;
- reducción del consumo específico de combustible debido a la mejora del equipo de combustible y la intensificación del proceso de combustión del combustible;
- eliminación de la reserva de combustible "muerta" en los tanques consumibles y la reserva "mínima" en los elementos del sistema de combustible de motores y calderas;
- ampliación de la gama de tipos de combustible de petróleo utilizados en la UE;
- reducción de pérdidas de combustible, por ejemplo, por evaporación;
- preservación de indicadores cualitativos y cuantitativos de combustible durante su almacenamiento en un barco, etc.
Cabe señalar que una disminución en el componente de combustible debido a un aumento en la eficiencia del uso de combustible marino en todos los casos conduce, incluso a un aumento en la limpieza ambiental y el sigilo del barco en su conjunto.
Es obvio que la planta de energía de la turbina de la caldera, probada por guerras y campañas, tiene perspectivas, y lo más importante, reservas para su mayor desarrollo, modernización y mejora, por lo que es prematuro abandonar este tipo de energía eléctrica. Al mismo tiempo, hoy es necesario mejorar todos los demás tipos de centrales eléctricas en la dirección de aumentar su eficiencia de funcionamiento teniendo en cuenta la experiencia mundial.
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