02 Obiegi parowe PMCW semIII inż k

Obiegi parowe

1 Rys historyczny okrętowych turbin parowych;

1. Rys historyczny okrętowych turbin parowych;

2. Obieg Clausiusa-Rankine’a;

3. Regeneracyjne podgrzewanie wody zasilającej;

4. Przegrzew międzystopniowy;

5 Obiegi cieplne siłowni z turbinami parowymi;

5. Obiegi cieplne siłowni z turbinami parowymi;

6. Siłownie nuklearne;

7. Przykłady siłowni z turbinami parowymi.

Turbiny parowe

Pierwszą jednostką pływającą wyposażoną w

turbinę parową (Parsonsa) była zbudowana w

Anglii w 1895 roku „Turbinia” o wyporności

45t. Moc ogólna tej jednostki wynosiła

1472kW, a osiągana prędkość dochodziła do

34 węzłów, co było w tym czasie dużym

sukcesem.

Turbiny parowe

Reakcyjna turbina parowa Parsonsa 500kW (1900)

Turbiny parowe

Wyniki uzyskane z prób zachęciły Admiralicję Brytyjską do stosowania tego rodzaju napędu na

jednostkach wojennych W 1898 roku zbudowano torpedowce Cobra i Viper o łącznej mocy

jednostkach wojennych. W 1898 roku zbudowano torpedowce Cobra i Viper o łącznej mocy

9053kW na każdej jednostce, a prędkości dochodziły do 34 węzłów.

Początkowo

napęd

turbinowy

wprowadzono na 30 torpedowcach, a

w 1906 roku zbudowany został

pierwszy

turbinowy

pancernik

„Dreadnought”.

Pierwsze komercyjne zastosowanie

napędu

turbinowego

znalazło

zastosowanie na statku T/S King

Edward w 1901r. Innym przykładem

statku z napędem turbinowym z

owych czasów to liniowiec pasażerski

Mauretania.

Turbiny parowe

Okrętowe turbiny parowe wprowadzane były głównie na jednostki wojenne ale również na

statki pasażerskie, szybkie statki towarowe (pocztowce, chłodniowce) oraz duże zbiornikowce i

masowce. Pierwsze zastosowanie reaktora jądrowego nastąpiło na

okręcie podwodnym

USS

NAUTILUS (SS 571) w 1954 roku. Od tego momentu napęd atomowy znajdował zastosowanie

jako napęd główny łodzi podwodnych, lodołamaczy itp.

Bautillus (tankowiec 47 MW)

Bautillus (tankowiec, 47 MW)

Yamal (lodołamacz nuklearny 55 MW)

Yamal (lodołamacz nuklearny, 55 MW)

Typhoon (łódź podwodna 74 MW)

Typhoon (łódź podwodna, 74 MW)

SS United States (okręt pasażerski 177MW)

SS United States (okręt pasażerski, 177MW)

Sovremenny (niszczyciel 76 MW)

Sovremenny (niszczyciel, 76 MW)

Roosevelt (lotniskowiec 200 MW)

Roosevelt (lotniskowiec, 200 MW)

Turbiny parowe

Okrętowe turbiny parowe można podzielić na turbiny główne oraz

pomocnicze. Turbiny główne służą do napędu statku i są w takim wypadku

y p

y g

pę

głównymi i najczęściej jedynymi silnikami napędowymi na danej jednostce.

Turbiny główne mogą napędzać wały z osadzonymi na nich śrubami lub też

poprzez przekładnię (elektryczną, hydrauliczną lub mechaniczną). Główny

turbinowy napęd okrętowy składa się najczęściej z turbiny biegu naprzód

turbiny biegu wstecz co zapewnia możliwość pracy układu napędowego w

dwóch kierunkach. Współpracują ze śrubą o zmiennym skoku. Turbiny

parowe stosowane są obecnie jako napęd główny na statkach o bardzo

d ż h

dużych mocach.

Turbiny pomocnicze można spotkać praktycznie na każdym statku i służą one

do napędu wszelkiego rodzaju mechanizmów pomocniczych siłowni

okrętowych. Są to turbiny o małych mocach i zasilane są parą o dużo

niższych parametrach. Znajdują zastosowanie jako silniki napędowe prądnic

j ją

pę

p ą

okrętowych, pomp balastowych przeciwpożarowych itp.

Obieg Clausiusa-Rankine’a

Obi

R ki ’

Obieg Clausiusa-Rankine’a

Ciśnienie początkowe pary świeżej

W pewnym obszarze ciśnień (30-65 MPa)
sprawność obiegu jest maksymalna

Stosowane ciśnienie początkowe w turbozespołach:

•

9-10 MPa dla turbin małej mocy

•

9-13 MPa dla turbin średniej mocy

18 22 MP dl t bi d ż j

•

18-22 MPa dla turbin dużej mocy

Ciśnienie początkowe pary świeżej

A. Wzrost ciśnienia początkowego nie ma jednoznacznego wpływu na sprawność

obiegu C-R;

Ciśnienie początkowe pary świeżej

obiegu C R;

B. W pewnym obszarze zależnym od temperatury początkowej sprawność obiegu C-R

wzrasta;

C. W praktyce nie udaje się wykorzystać maksymalnego ciśnienia ponieważ rośnie

wielkość zawilgocenia (zawilgocenie graniczne 0.85);

D. Każdej wartości temperatury początkowej (przy założonej stałej wartości ciśnienia

w skraplaczu) odpowiada jedno ciśnienie początkowe dla którego sprawność

obiegu idealnego C-R jest największa;

E. Ze wzrostem ciśnienia sprawność wewnętrzna turbin małej mocy maleje;

F. Wzrost ciśnienia wiąże się ze wzrostem kosztów inwestycyjnych i gorszymi

własnościami manewrowymi;

G. Ze zmianą ciśnienia zmienia się spadek entalpii w turbinie potrzebny do realizacji

zadanej mocy i jednocześnie rośnie liczba stopni turbiny

zadanej mocy i jednocześnie rośnie liczba stopni turbiny.

Temperatura początkowa pary świeżej

Wzrost

temperatury

Wzrost

temperatury

początkowej

zawsze

zwiększa

sprawność

obiegu C-R!!!







śr







Temperatura początkowa pary świeżej

Wzrost temperatury początkowej zawsze zwiększa sprawność obiegu C-R;

t i

(

t i ł

ść WP

t k tł )

II.

Ze wzrostem temp rosną koszty inwestycyjne (materiały – część WP oraz elementy kotła);

a). Stale węglowe do około 400°C;
b). Stale niskostopowe molibdenowe, chromomolibdenowe (0.5% molibdenu i 1% chromu) do około

450°C;

450 C;

c). Stale wysokostopowe, stopy austenityczne powyżej 450°C;
d). Stale stopowe o strukturze ferrytycznej (zwiększone dodatki Chromu, Molibdenu Wolframu i

Wanadu), zależnie od składu od 535 do 580°C;

;

e). Stale żaroodporne o strukturze austenitycznej lub stopy austenityczne oparte o Nikiel lub Kobalt

powyżej 580°C;
stale b) 2-5 razy droższe niż stale a);
stale c) do 50 razy droższe niż stale a);
stale d) do 100 razy droższe niż stale a);

III. Obecnie praktycznie stosuje się stale ferrytyczne w zakresach od 535 do 570°C;
IV. Wartości temperatury początkowej i ciśnienia początkowego dobiera się w zależności od pracy

turbiny;

- dla turbin ruchu podstawowego (mało zmienne obciążenie) wyższe wartości;

dla bloków manewrowych (silnie zmienne warunki) niższe wartości

- dla bloków manewrowych (silnie zmienne warunki) niższe wartości.

Ciśnienie końcowe pary w skraplaczu

Zmniejszenie ciśnienia końcowego powoduje obniżenie dolnej temperatury obiegu i mimo

jednoczesnego obniżenia średniej górnej temperatury obiegu zawsze prowadzi do wzrostu

sprawności obiegu.

śr







Dążymy do najniższego możliwego ciśnienia ale zależy od temperatury wody chłodzącej jaką

dysponujemy oraz od krotności chłodzenia.

3 5 kPa dla akwenów otwartych;

p = 3.5 kPa dla akwenów otwartych;

p = 7kPa dla chłodni kominowych;

Zmniejszenie

przyrostu

temperatury

wody

chłodzącej

wymaga

wzrostu

krotności

chłodzenia - zwiększenie strumienia wody chłodzącej-podrożenie instalacji wody chłodzącej;

bądź zwiększenie powierzchni wymiany ciepła-większy kondensator i turbina-większe koszty