POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY

MECHANIKA I BUDOWA MASZYN

GRUPA 6 - SEKCJA 6

TEMAT : MASZYNY ENERGETYCZNE

Spis uczestników :

1. Gorzeń Krzysztof

2. Słomka Jan

3. Szum Grzegorz

4. Szymiczek Krzysztof

5. Śliwiak Paweł

6. Trzaskalik Łukasz

7. Uliszak Szymon

8. Watoła Piotr

9. Wieczorek Michał

11. Wojciechowski Grzegorz

12 Wojtyczka Marek

13. Zawisz Roman

14. Ziętek Ryszard

Wiadomości wstępne

ENERGETYKA - dział gospodarki obejmujący przetwarzanie, przenoszenie, gromadzenie, wykorzystanie energii, w znaczeniu węższym - dziedzina przemysłu obejmująca te procesy. Rozwój energetyki opiera się na wykorzystaniu naturalnych zasobów energii na Ziemi - regenerowanych (energia promieniowania słońca, wiatrów, wód) i nie regenerowanych (energia chemiczna paliw i energia jądrowa). Prawie 96% całej wytwarzanej energii uzyskuje się obecnie wskutek przetwarzania energii paliw (z węgla ok. 39%, ropy naftowej i jej pochodnych 33%, gazu ziemnego 17%, drewna 4%)

Energetyka ma zasadnicze znaczenie dla przemysłu, transportu (zużywa on ponad 50% całej energii wytwarzanej na świecie), rolnictwa i gospodarki komunikacyjnej.

Przez silnik cieplny przepływa substancja, charakteryzująca się dużymi zmianami objętości właściwej przy zmianach temperatury i ciśnienia, zwana czynnikiem pracującym.

Ze względu na rodzaj czynnika pracującego rozróżnia się :

• silniki spalinowe

• silniki parowe

Silniki spalinowe - są silnikami o spalaniu wewnętrznym, tj. proces spalania przebiega wewnątrz silnika, do którego jest doprowadzone powietrze i paliwo; praca wykonana jest przez rozprężające się gazy spalinowe.

Silniki parowe - są silnikami o spalaniu zewnętrznym, przy czym czynnik pracujący jest tu ogrzewany spalinami w wymienniku ciepła.

Ze względu na sposób wykorzystania energii czynnika silniki dzielimy na:

• silniki tłokowe

• silniki turbinowe

• silniki odrzutowe

W silnikach tłokowych - ruch tłoka wywołany jest przez zmienne naciski czynnika pracującego. Najczęściej stosowany jest posuwisto-zwrotny ruch tłoka;

W silnikach turbinowych - wirnik turbiny obraca się pod wpływem działania dynamicznego strumienia czynnika o dużej prędkości przepływu.

W silnikach odrzutowych - wypływający z dużą prędkością czynnik wytwarza bezpośrednio siłę reakcji działającą na silnik, zwaną ciągiem.

Wg przeznaczenia rozróżnia się :

• silniki przemysłowe

• silniki trakcyjne ( samochodowe, okrętowe, lotnicze itp.)

W zakresie dużych mocy, stosowanych w energetyce, najbardziej rozpowszechnione są turbiny parowe. Dla małych mocy, spotykanych w urządzeniach trakcyjnych, stosowane są prawie wyłącznie spalinowe silniki tłokowe.

Ze względu na prędkość obrotową rozróżnia się :

< silniki wolnoobrotowe

< silniki szybkoobrotowe

Silniki wolnoobrotowe - o prędkościach obrotowych do 400obr/min i dużych mocach, mają tłok osadzony na tłoczysku, które przez wodzik łączą się korbowodem napędzającym wał korbowy (rys.1a)

Silniki szybkoobrotowe - są z reguły bezwodzikowe, posiadają korbowód połączony bezpośrednio z tłokiem przez sworzeń tłokowy ( rys.1b ).

Silniki tłokowe - mogą być silnikami o działaniu obustronnym - czynnik znajduje się po obydwu stronach tłoka (rys.1a) lub silnikami o działaniu jednostronnym - czynnik pracujący znajduje się po jednej stronie tłoka (rys.1b).

Ze względu na położenie osi cylindrów dzieli się silniki tłokowe:

• poziome

• pionowe

Silniki parowe dwucylindrowe mogą być wykonane w układzie bliźniaczym (rys.2a), gdy cylindry znajdują się obok siebie a wykorbienia wału przesunięte są o 90⁰, lub w układzie posobnym, gdy cylindry umieszczone są jednym za drugim, a tłoki osadzone są na wspólnym tłoczysku. ( rys.2b).

Ze względu na rozmieszczenie cylindrów wielocylindrowych silników spalinowych rozróżnia się:

- silniki rzędowe - silniki gwiazdowe.

Najczęściej spotykanymi układami cylindrów w tych silnikach są:

1. układ rzędowy pionowy, normalny

2. układ dwurzędowy widlasty, normalny

3. układ dwuszeregowy z cylindrami przeciwległymi

4. układ gwiazdowy

5. układ dwugwiazdowy.

SILNIKI SPALINOWE

1. Silniki tłokowe - w spalinowych silnikach tłokowych stosowany jest najczęściej posuwisto-zwrotny ruch tłoka. Są to silniki suwowe.

W zależności od liczy suwów tłoka, po wykonaniu których zjawiska w silniku powtarzają się, rozróżnia się silniki:

• czterosuwowe

• dwusuwowe

Do cylindrów silnika może być doprowadzona uprzednio przygotowana mieszanka palna z powietrza i paliwa ciekłego gaźniku lub powietrza i paliwa gazowego w mieszalniku. W silnikach wtryskowych następuje wtrysk paliwa do powietrza sprężonego w cylindrze. Zapłon mieszanki paliwa z powietrzem w cylindrze może być spowodowany iskrą elektryczną, rozżarzonym elementem głowicy lub też może następować samoczynnie na skutek nagrzania powietrza podczas sprężania powyżej temperatury samozapłonu paliwa. ( Tablica 1 )

Zaletami silnika dwusuwowego w porównaniu z czterosuwowym są:

• prostsza konstrukcja

• prostsza obsługa

• prostsza naprawa

Wadami są:

• większe zużycie paliwa, szczególnie przy zasilaniu gaźnikowym.

2. Silniki turbinowe - mają przynajmniej jedną turbinę wykonującą pracę użyteczną, zwaną turbina napędową. Najczęściej silnik spalinowy turbinowy jest silnikiem o spalaniu wewnętrznym. Do silnika zasysane jest powietrze z otoczenia. Spaliny o ciśnieniu i temperaturze wyższych od ciśnienia i temperatury otoczenia wytwarzane są zazwyczaj w wirnikowej, rzadziej w tłokowej wytwornicy spalin. ( Tablica 2 ).

3. Silniki odrzutowe - napędzają samoloty lub pociski rakietowe przez bezpośrednie wykorzystanie siły reakcji strumienia spalin wypływających z dużą prędkością z dyszy silnika. Siła ta jest nazywana ciągiem silnika.

Silniki odrzutowe przelotowe pobierają tlen potrzebny do spalania z powietrza atmosferycznego dopływającego do silnika. ( rys. 3 ).

SILNIKI PAROWE - jest silnikiem cieplnym zamieniającym energię pary wodnej na energię mechaniczną.

Rozróżniamy silniki parowe:

• Silnik parowy tłokowy - ( maszyna parowa ) dokonuje zmiany energii cieplnej pary na pracę mechaniczną przez bezpośrednie działanie pary na tłok silnika umieszczonego w cylindrze. Prostoliniowy ruch tłoka zamieniany jest na ruch obrotowy wału za pośrednictwem mechanizmu korbowego.

• Silnik parowy wirnikowy - ( turbina parowa ) dokonuje zamiany energii pary pośrednio, zamieniając ją najpierw na energię kinematyczną, która z kolei zamienia się na pracę mechaniczną, przy czym uzyskujemy od razu ruch obrotowy wału.

Obecnie silniki parowe tłokowe są używane wielu dziedzinach jak np.

do napędu: parowozów, statków, pomocniczych urządzeń okrętowych, walcarek, maszyn wyciągowych, prądnic, wentylatorów.

Największą zaletą turbiny parowej jest możliwość uzyskania bardzo dużych mocy przy stosunkowo małych wymiarach. Obecnie buduje się turbiny o mocach 300MW, a przygotowaniu są jednostki jeszcze większe.

Zasada działania turbiny parowej:

para doprowadzona jest do urządzenia rozprężającego, którym mogą być dysze jak na rysunku lub wieniec łopatek kierowniczych. Para rozpręża się w dyszy i z dużą prędkością wchodzi na łopatki powoduje obrót wirnika. Rozprężona para przechodzi do skraplacza. Stąd skropliny podawane są do kotła.

Typy turbin:

• Ze względu na sposób rozprężania pary rozróżnia się turbiny:

• akcyjne

• reakcyjne

• akcyjno-reakcyjne

Turbiny akcyjne - mogą być wykonane jako jednostopniowe np. turbina akcyjna Lavala lub wielostopniowe.

T. akcyjne mogą być budowane ze stopniami prędkości turbiny Curtisa - małe moce lub ze stopniami ciśnienia turbiny Rateau iZoelly - średnie moce.

Turbiny reakcyjne - turbiny Parsonsa - wielostopniowe, bardzo duże moce.

Turbiny kombinowane akcyjno-reakcyjne - turbina Curtis-Parsons - średnia moc, turbina Curtis-Zoelly-Parsons - duże moce.

• Zależnie od przeznaczenia turbiny mogą być :

• kondensacyjne

• przeciwprężne

• upustowe

• na parę wylotową

• czołowe

POMPY - maszyny służące do podnoszenia cieczy z poziomu niższego do poziomu wyższego lub też do przetłaczania cieczy z przestrzeni o ciśnieniu niższym do przestrzeni o ciśnieniu wyższym. Działanie pompy opiera się na wytwarzaniu różnicy ciśnień pomiędzy stroną ssącą a tłoczącą organu roboczego pompy ( tłoka, wirnika, przepony).

• W zależności od sposobu wytwarzania różnicy ciśnień między stroną ssawną a tłoczną dzielimy najczęściej na:

• pompy o zasysaniu dawkowym zwanymi p. wyporowymi

• pompy o zasysaniu ciągłym zwane p. wirowymi

Pompy wyporowe:

• pompy o posuwisto-zwrotnym ruchu organu roboczego ( tłokowe )

• pompy o obrotowo-zwrotnym ruchu organu roboczego ( skrzydełkowe )

• pompy o obrotowym ruchu organu roboczego ( zębate )

Pompy wirowe:

• pompy o przepływie promieniowym ( odśrodkowe )

• pompy o przepływie promieniowo-osiowym ( helikoidalne i diagonalne )

• pompy o przepływie osiowym ( śmigłowe )

Pompy wyporowe tłokowe:

• jednostronnego działania

• obustronnego działania

• różnicowe

• przeponowe (membranowe )

Pompy wyporowe skrzydełkowe:

• wahadłowe podwójnego działania

• wahadłowe poczwórnego działania

Pompy wyporowe zębate:

• o zębach prostych

• o zębach daszkowych

• o kształcie krzywek

Pompy wirowe odśrodkowe:

• jednokierunkowa z wirnikiem jednostrumieniowym

• jednowirnikowa z wirnikiem dwustrzemieniowym

• wielowirnikowa wielostopniowa

10

---