Современным газотурбинным двигателям и газотурбинным установкам присущи небольшие габариты и масса (особенно у прямоточных газотурбинных двигателей), быстрота запуска, высокая степень агрегатирования, упрощение обслуживающих вспомогательных механизмов и систем. Наряду с этим газотурбинный двигатель и газотурбинная установка имеют определенные недостатки: сравнительно небольшие ресурс и срок службы, повышенные требования к качеству топлива, определенные трудности с обеспечением реверса без применения ВРШ, недостаточно широкий диапазон регулирования мощности, выброс больших масс газов высокой температуры 300 ÷ 500 °C, снижающий КПД установки и формирующий интенсивное температурное поле.
Котлотурбинные установки уступают газотурбинным в отношении массогабаритных показателей, требуют большего числа вспомогательных механизмов и систем, имеют достаточно сложные и разветвленные тепловые схемы, не столь быстро запускаются, но зато более надежны, имеют большие межремонтные периоды и сроки службы, равные сроку службы самого судна, способны работать на самых низкосортных и дешевых сортах топлива (топочные и сернистые мазуты, а при необходимости – уголь), имеют практически неограниченную мощность в одном турбоагрегате, зависящую только от начальных параметров и расхода пара на паровую турбину, позволяют легко и безопасно осуществлять любые маневры без возникновения явлений помпажа и срыва работы, имеют хорошие перегрузочные характеристики (возможность работы на мощностях выше расчетной).
Дизельные установки при определенных условиях могут обеспечить высокую экономичность, которая еще более повышается при утилизации теплоты выхлопных газов, имеют хорошие пусковые свойства. Но с точки зрения массогабаритных показателей (особенно у крейцкопфных малооборотных дизелей), повышенных вибрации и шума (для среднеоборотных и высокооборотных дизелей), и других некоторых характеристик уступают котлотурбинным и газотурбинным установкам. Кроме того, дизельные установки чувствительны к качеству топлива (особенно среднеоборотные и высокооборотные дизели). В то же время для судов, не требующих большой мощности энергетической установки (примерно до 10000 л.с.), применение газотурбинной установки и котлотурбинной энергетической установки затруднительно, и единственным приемлемым типом энергетической установки для таких судов является дизельная энергетическая установка.
Основные типы судовых энергетических установок (ДЭУ, ГТУ, КТЭУ) в чистом виде уже достигли достаточно высокой степени совершенства. Дальнейшее улучшение их характеристик и повышение эффективности требует приложения значительных усилий и материальных затрат.
Каждый класс судна, в зависимости от специфики его использования, имеет те или иные преобладающие ходовые режимы. Например, для рейсовых транспортных и пассажирских судов характерны длительные режимы полного хода (75 ÷ 96 % ходового времени). Малые хода для таких классов судов используются в основном в период маневрирования в узкости, на акваториях портов и при швартовке. Энергетическая установка при этом работает в неэкономичном режиме, а иногда ее использование становится невозможным, если главные двигатели обладают значительной эффективной мощностью и относительно небольшим диапазоном ее регулирования. Основными ходовыми режимами других классов судов: ледокольных, рыбопромысловых, паромов, боевых кораблей, являются режимы малых и средних ходов с необходимостью частых изменений ходовых режимов и реверсирования. При этом полные хода даются редко (около 5 ÷ 10 % от общего ходового времени), только при необходимости быстрого перехода в заданный район плавания.
Полный диапазон изменения мощности и скорости движения судна можно обеспечить с помощью одного двигателя, который бóльшую часть времени работает на полном ходу – в первом случае, и на частичных режимах – во втором. Но более рациональным вариантом является использование специальных установок или двигателей небольшой мощности, работающих в номинальном режиме на малых ходах, а при необходимости развития полных ходов целесообразным становится применение отдельных двигателей большой мощности. При этом двигатели малого и полного хода могут принадлежать к одному классу энергетической установки или быть разнородными.
Стремление сочетать достоинства различных типов установок и как можно полнее использовать энергию сгорания топлива стимулировало создание комплексных установок, включающих в себя разнородные двигатели. Такие установки называют комбинированными энергетическими установками – КЭУ. В КЭУ можно получить такие сочетания характеристик, причем достаточно простыми средствами, которые недостижимы в каждом отдельно взятом типе энергетической установки. Применение КЭУ также стимулируется стремлением сочетать высокую экономичность установки на малых, средних и полных ходах, а также как можно более полно использовать тепловую, а в ряде случаев и динамическую энергию выхлопных газов. В определенных случаях применение комбинированной энергетической установки позволяет существенно снизить полную массу энергетической установки судна.
Литература
Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]
