ZAKRES EGZAMINU
DYPLOMOWEGO

Zagadnienia konstrukcyjno –
technologiczne
(Zakres 2.3 – 2,4)

2.3 Turbiny parowe i gazowe

•

2.3.1 – Turbina parowa – podstawowe informacje

•

2.3.2 – Układ pracy turbiny parowej

•

2.3.3 – Budowa i zasada działania stopnia turbinowego

•

2.3.4 – Typy turbin parowych

•

2.3.5 – Turbina gazowa – podstawowe informacje

•

2.3.6 – Budowa i zasada działania turbiny gazowej

•

2.3.7 – Rodzaje turbin gazowych

•

2.3.8 – Sprawność stopnia turbinowego

2.3.1 Turbina parowa - podstawowe informacje

•

Turbina to cieplna maszyna przepływowa o ściśliwym czynnikiem
roboczym.

•

Zalicza się do grupy silników cieplnych (przekazywanie energii od
płynu do wirnika). Nie pracuje samodzielnie ale w połączeniu z
kotłem i wentylatorami. Czynnikiem obiegowym dla turbiny parowej
jest para wodna. Dzielą się na:

•

1) Kierunek przepływu

•

- osiowe ( 93% wszystkich urządzeń)

•

- promieniowe

•

- diagonalne

•

2)

•

- wirnikowe

•

- strumieniowe

•

Symboliczne oznaczenie turbin odności się do parametrów pary
świeżej dopływającej do maszyny, przeznaczenia oraz mocy.

•

0XY – 000

•

0 – ciśnienie pary dopływającej do turbiny

•

000 – moc turbiny w MW

•

XY – oznaczenie literowe turbiny

Symbol

Turbina

Uwagi

K

Kondensacyjna

Ciśnienie pary
mniejsze niż
atmosferyczna,
elektrownie

C

Ciepłownicza

Ciśnienie pary
wylotowej większe
niż atmosferyczne,
elektrociepłownie

UC

Upustowo – ciepłownicza

UP

Upustowo - przeciwprężna

2.3.2 Układ pracy turbiny parowej

•

W uproszczonym układzie przedstawiono obieg czynnika roboczego
z zastosowaniem turbiny parowej. 3’ – 4 podgrzanie wody
zasilającej kocioł, a następnej jej odparowanie 4 – 5 uzyskawszy
parę nasyconą. Celem podniesienia jej parametrów parę poddaje
się przegrzaniu 5 – 0’ i dopiero kieruje do turbiny parowej. Para
przegrzana przepływając przez główny zawór odcinający ulega
dławieniu izentalpowemu (2% straty). Para poprzez rozprężanie w
turbinie parowej 0 – 2 wykonuje pracę. Para zużyta ulega
całkowitemu skropleniu w skraplaczu 2 – 3. Skropliny poddawane są
regeneracji polegającej na ich podgrzaniu, a następnie poprzez
pompę zasilającą podnosi się ich ciśnienie zbliżone do ciśnienia
pary wypływającej z kotła.

2.3.3 Budowa i zasada działania stopnia
turbinowego

•

Podstawową jednostką jest korpus złożony z dwóch kanałów: ruchomy
(wirnik) i nieruchomy (kierownica). Profile łopatek uzależnione są od
rodzaju kanału. Kierunek przepływu czynnik przebiega od kierownicy
do wirnika. Zmiana parametrów czynnika zachodzi dwu etapowo. Para
świeża niesie ze sobą określoną ilość energii cieplnej i jej oddawanie
następuje poprzez rozprężanie. Kierownica o kształcie dyszy powoduje
zmianę ciśnienia. W wirniku o przekroju stałym ciśnienie nie ulega
zmianie . Energia przekazywana jest w następujący sposób:

•

I etap: energia cieplna zamiennia jest na energię kinetyczną

•

II etap: energia kinetyczna zamieniana jest na energię mechaniczną

•

Przekazanie energii w wirniku umożliwia profilowanie łopatek. Podczas
przepływu pary dochodzi do powstania sił aerodynamicznych
uczestniczących w procesie przekazania energii. Ukształtowanie
profilu wpływa także na zróżnicowanie prędkości przepływu pary,
możliwym dzięki zajściu różnicy ciśnień. Ciśnienie jest wyższe po
stronie wklęsłej. Parcie ciśnienia po obu stronach łopatki tworzy siłę
obwodową obracającą wirnik.

2.3.4 Typy turbin parowych

•

1) Turbiny podzielone ze względu na kierunek przepływu

•

A) Turbiny osiowe

•

Przepływ czynnika następuje w sposób osiowy. Łopatki kierownicy
są umieszczone na nieruchomym obwodzie tarczy, a łopatki wirnika
przytwierdzone są do tarczy ruchomej. Czynnik rozprężając się
między łopatkami kierownicy nabiera prędkości i trafia na łopatki
wirnika. Różnica ciśnień wzdłuż łopatek umożliwia powstanie siły
obwodowej i zajście obrotu.

•

B) Turbiny promieniowe

•

Przepływ czynnika w osi prostopadłej. Dzieli się on na dwie grupy:
odśrodkowy (w kierunku promienia od osi na zewnątrz) i
dośrodkowy (odwrotnie). Łopatki wirnikowe są umieszczone są
równolegle (promieniowo – turbiny osiowe). Rozmieszczone w
postaci pierścienia kierownica kieruje przepływ w kierunku
promieniowym. Para napływa osiowo, a następnie przez kierownicę
pływnie promieniowo między łopatki wirnika.

•

C) Wielostopniowe turbiny osiowe

•

Uzyskanie dużych mocy wymaga zastosowanie turbin
wielostopniowych. Wielostopniowość pozwala na reedukację
prędkości obrotowej na zasadzie stopniowania ciśnienia lub
prędkości. Każdy stopień pobiera parę wylotową z poprzedniego,
przejmie część niesionej energii i przekazuje dalej. Wśród rozwiązań
dominuje zastosowanie stopniowania ciśnienia. Daje to większą
sprawność i możliwość regeneracyjnego podgrzewania wody.

•

2) Stopień zamiany energii cieplnej w wirniku (wskaźnik
reakcyjności )

•

A) Turbiny akcyjne

•

Zamiana energii zachodzi tylko w kierownicy (teoretycznie, bo w
rzeczywistości część energii ulega zamianie w kierownicy do 10%).

•

B) Turbiny reakcyjne

•

Zamiana energii zachodzi w wirniku i kierownicy. Wskaźnik
reakcyjności > 10%.

•

 

2.3.5 Turbina gazowa – podstawowe informacje

•

Maszyna wirnikowa o takiej samej zasadzie działania jak turbina parowa.
Z tą różnicą, że czynnikiem roboczym jest gaz, gorące spaliny. Turbina
współpracuje z sprężarką powietrza i komorą spalania tworząc
turbozespół o mniejszych rozmiarach niż turbozespół parowy. Wirnik to
monolityczna, jednowałowa konstrukcja z wspólną częścią dla turbiny i
sprężarki. Część turbinowa złożona jest z kilu stopni, z których pierwsza,
a nawet drugi są chłodzone. Efektywność pracy uzależniona jest od
temperatury wlotowej czynnika roboczego ograniczonej żaroodpornością
łopatek wirnikowych i kierowniczych pierwszego stopnia.

•

Podział:

•

1) Ze względu na złożoność obiegu cieplnego

•

- układ prosty lub złożony

•

2) Ze względu na charakter obiegu czynnika roboczego

•

- układ otwarty lub zamknięty

•

3) Struktura budowy

•

- jedno - , dwu – lub trzywałowe

•

4) Ze względu na zastosowanie

2.3.6 – Budowa i działanie turbiny gazowej

•

Turbina gazowa składa się z trzech zasadniczych elementów.
Sprężarka powietrza zasysa powietrze z zewnątrz podnosi jego
ciśnienie i podgrzewa do temperatury > 200 i dostarcza do komory
spalania. Komora spalania (KS) miejsce zajścia procesu spalania
mieszanki paliwa (dostarczone z zewnętrz) i sprężonego powietrza
(sprężarka). Gorące spaliny przenoszą energię cieplną do turbiny,
gdzie dochodzi do rozprężania gazu i część energii cieplnej
zamienia się w mechaniczną. Z turbiny wydostają się spaliny o
temperaturze obniżonej z ok. 900 - 1200 do ok. 500
wykorzystywane następnie w części parowej lub wypuszczane do
atmosfery.

•

 

2.3.7 – Rodzaje turbin gazowych

Turbina w obiegu otwartym

Turbina w obiegu zamkniętym

2.3.8 Sprawność stopnia turbinowego

•

Wykres obrazujący przebieg procesu rozprężania izentropowego w turbinie z
dokładnym opisem zmian parametrów czynnika przepływającego.

Turbina akcyjna

Turbina reakcyjna

•

Podczas obliczeń wyznaczamy sprawność stopnia turbinowego na
podstawie wcześniej uzyskanych wyników:

•

1) sprawność obwodowa

•

Wyznacza się je w oparciu o wcześniej wyliczoną pracę obwodową .

•

2) sprawność wewnętrzna

•

Wyznacza się sprawność o wcześniej obliczoną pracę wewnętrzna .

•

 

2.4 Typy palników stosowane w kotłach małej
mocy

2.4.1 Podstawowe pojęcia

•

Palnik – urządzenie przekształcające energię paliwa w ciepło użyteczne,
obszarem spalania jest płomień mogący mieć charakter kinetyczny,
dyfuzyjny lub kinetyczno – dyfuzyjny

•

Podstawowe zalety dobrego palinka:

•

- poprawna i stabilna praca bez oderwania i cofania się płomienia w
szerokim zakresie zmian obciążenia

•

- zapewnienie odpowiedniej czystości paliwa w połączeniu z niską emisją
NOx, COx i sadzą

•

- duża trwałość i stałość parametrów cieplno – eksploatacyjnych

•

- niski poziom hałasu w szczególności dotyczący palników
wentylatorowych.

•

Palniki wentylatorowe wyposażone są w dmuchawę powietrza do
spalania.

•

Źródłem wilgoci w spalinach jest:

•

- wodór zawarty w paliwie

•

- wilgoć zwarta w powietrzu podczas procesu spalania

•

- wilgoć zawarta w paliwie

2.4.2 Podział palników

•

1) Podział palników ze względu na spalane paliwo:

•

- gazowe

•

- olejowe

•

2) Podział palników ze względu na sposób podawania powietrza

•

A) Gazowe

•

- atmosferyczne (inżektorowe) : pracują w warunkach ciśnienia
atmosferycznego z naturalnym odprowadzanie spalin przez zimne powietrze,
płomień o charakterze kinetycznio – dyfuzyjnym, stosowane w kotłach
domowych do 80 – 110 kW

•

- wentylatorowe: proces mieszania paliwa i powietrza wspomaga wentylator,
stosowane w kotłach > 100 kW

•

B) Olejowe

•

- wentylatorowe: zbudowane z dmuchawy, zespołu urządzeń
zabezpieczających, mieszających i sterujących urządzeń mieszankowych i
zapłonowych.

•

3) Palniki niebieskie

•

Palniki o ceramicznej rurce, w której następuje cyrkulacja i podgrzewanie
spalin. Mniejsza emisja NOx

•

4) Podział ze względu na stopień regulacji

•

- I stopnia: pracują w warunkach (wyłącznie) obciążenia
nominalnego i wymuszają całodobowe czuwanie płomienia
pilotującego generując straty

•

- II stopnia: pracują w zakresie obciążenia 60 i 100%

•

- III stopnia: pracują w zakresie obciążenia 30, 60 i 100%

•

5) Palniki z mocą modulowaną

•

Palniki zmiennoobciązeniowe umożliwiające dostosowanie pracy
palnika w zależności od stopnia obciążenia kotła. Stosowane w
kotłach dużej mocy wiszące lub kondensacyjne.

2.4.3 Palniki gazowe

•

Palniki pracujące w oparciu o paliwo gazowe. Ich zadaniem jest
dostarczenie gazu i powietrza oraz takie zorganizowanie mieszania
żeby ukształtować płomień o pożądanych cechach.

•

Typy palników:

•

A) Sposób podawania powietrza

•

- inżektorowe (atmosferyczne): nisko - / wysokociśnieniowe

•

- nadmuchowe: szczelinowe, wirowe

•

B) Charakter płomienia

•

- dyfuzyjne

•

- kinetyczne

•

- mieszane

2.4.4 Palniki olejowe

•

Palniki pracujące w oparciu o paliwo ciekłe. Zadaniem palnika jest
dostarczenie paliwa i powietrza oraz takie rozpylenie paliwa aby
uzyskać najlepsze warunki spalania.

•

Typy: ze względu na rozpylanie

•

- rozpylanie ciśnieniowe: olej podawany pod ciśnieniem
wytwarzanym przez pompkę ulega drobnemu rozpyleniu poprzez
dyszę, układ blokowy, głownie olej lekki

•

- rozpylanie parowe: olej rozpyla się poprzez parę ale wymaga
podłączenia do źródła pary wodnej, stosowany w wyższych mocach

•

- rozpylanie rotacyjne (obrotowe): olej doprowadza się do szybko
wirującego kubka, który rozdrabnia go na maluteńkie krople,
stosowane są różnego pochodzenia oleje