9. SILNIKI CIEPLNE

Silniki cieplne są to maszyny energetyczne, których zadaniem jest przetwarzanie energii cieplnej na pracę mechaniczną. Rozróżnia się silniki cieplne o spalaniu zewnętrznym i wewnętrznym.

Silniki o spalaniu zewnętrznym są to tłokowe silniki parowe i turbiny parowe.

W silnikach tych czynnikiem roboczym jest para wodna wytwarzana w specjalnych wytwornicach, zwanych kotłami parowymi. Spalanie paliwa odbywa się poza silnikiem w palenisku kotła parowego.

Tak więc schemat układu takiego silnika jest następujący:

ENERGIA ------- PRZEMIANA ENERGII ----- PRZEMIANA ENERGII

CHEMICZNA CHEMICZNEJ W CIEPLNA CIEPLNEJ W MECHAICZNĄ

Silniki o spalaniu wewnętrznym są to silniki, w których czynnikiem roboczym są spaliny powstające w wyniku spalania paliwa wewnątrz silnika.

ENERGIA --------------------PRZEMIANA ENERGII

CHEMICZNA CHEMICZNEJ W MECHANICZNĄ

Rys. 56. Podział silników cieplnych

10. SILNIKI PAROWE

10.1. TŁOKOWE SILNIKI PAROWE

W parowych silnikach tłokowych zamiana energii cieplnej na mechaniczną dokonuje się przez bezpośrednie działanie ciśnienia pary na ruchomy tłok umieszczony w cylindrze.

Rys.57. Schemat parowego silnika tłokowego dwustronnego działania

Współczesna tłokowa maszyna parowa jest maszyną o dwustronnej pracy tłoka. Sterowanie dopływem pary do cylindra odbywa się za pomocą rozrządu suwakowego tzw. stawidła. Na wale korbowym osadzone jest koło zamachowe magazynujące energię kinetyczną w okresie wzrostu siły działającej na tłok i oddające ją w okresie zmniejszania się tej siły.

Rys.58. Wykres pracy parowego silnika tłokowego jednostronnego

i dwustronnego działania

10.2.TURBINY PAROWE

Turbina parowa jest silnikiem cieplnym wirnikowym. W turbinie parowej zachodzi podwójna porzemiana energii. W wyniku rozprężania wysokociśnieniowej pary do dużej prędkości następuje zamiana energii cieplnej na energię kinetyczną strumienia pary, a następnie energia kinetyczna jest zamieniana na ęnergię mechaniczną obracającego się wirnika turbiny.

Podstawowymi elementami turbiny są:

1) nieruchome łopatki kierownicze tworzące dysze,

2) związane z wirnikiem łopatki wirujące, tworzące wieńce łopatkowe.

Zespół złożony z wieńca łopatek kierowniczych i wieńca łopatek wirujących zwany jest stopniem turbinowym, a stopnie łącznie tworzą układ łopatkowy turbiny.

Rys.59. Stopień turbiny parowej

Działanie najprostszej jednokadłubowej wielostopniowej turbiny jest następujące:

Para przegrzana o ciśnieniu do 25 MPa dopływa z kotła rurociągiem 3 i dostaje się do turbiny przez zawór główny 1, całkowicie otwarty w czasie normalnej pracy. Następnie kierowana jest do zaworów regulacyjnych 2 sterowanych regulatorem prędkości obrotowej. Zawory regulacyjne są połączone z komorami dyszowymi 16, u wylotu których zamocowane są nieruchome łopatki kierownicze pierwszego stopnia turbiny 13. Na wylocie z turbiny panuje ciśnienie znacznie niższe od atmosferycznego.(ok. 3500 Pa), wytwarzane przez połączone z turbiną urządzenie kondensacyjne (chłodnica z pompą). Duża różnica ciśnień między wlotem i wylotem turbiny umożliwia duże rozprężanie pary.

Rys. 60. Turbina jednokadłubowa

Zachodzi ono stopniowo, w kolejnych stopniach turbiny. W nieruchomych kanałach kierownic poszczególnych stopni para uzyskuje odpowiednią energię kinetyczną, dzięki której wykonuje następnie pracę w wieńcach wirujących. Po przepłynięciu przez wszystkie stopnie rozprężona para opuszcza turbinę przez wylot 17, który jest połączony z kondensatorem (skraplaczem). Głównym zadaniem turbin parowych jest napęd prądnic.

Podstawowym elementem turbiny, w którym następuje przetwarzanie energii cieplnej w mechaniczną, jest jej stopień.

Rys.61. Zasada pracy stopnia turbiny

W turbinach energetycznych dużej mocy para stosunkowo szybko obniża swą temperaturę przy dość wysokim ciśnieniu i staje się bezużyteczna. Aby temu zapobiec stosuje się międzystopniowy jej przegrzew.

Rys.62. Trójkadłubowa turbina energetyczna dużej mocy z przegrzewem międzystopniowym

1

1

5

---