Siłownie turboparowe

1. Ogólna budowa siłowni turboparowej.

Pompa zasilająca wtłacza skropliny do kotła, K, (przemiana 3-4), gdzie doprowadzane jest do nich ciepło wywiązujące się podczas spalania paliwa. W kotle woda zamieniana jest w parę przegrzaną o wysokim ciśnieniu, wysokiej temperaturze i dużej entalpii właściwej (przemiana 4-1). Para przegrzana rozpręża się adiatermicznie w turbinie, T, (przemiana 1-2) do stanu pary nasyconej mokrej o wysokim stopniu suchości, niskiej temperaturze, niskim ciśnieniu i małej entalpii właściwej. Praca ekspansji pary przekazywana jest za pośrednictwem łopatek turbiny na wał turbiny i dalej do odbiornika, np. generatora energii elektrycznej, G. Para mokra trafia do skraplacza, S, gdzie woda chłodząca odbiera od niej ciepło (przemiana 2-3), aż do całkowitego skroplenia pary.

Przemiany realizowane w obiegu Clausiusa-Rankine’a

4-1 – izobaryczne doprowadzanie ciepła w kotle (wytwarzanie pary wodnej)

1-2 – ekspansja izentropowa (adiatermiczna odwracalna) pary wodnej

2-3 – izobaryczne odprowadzanie ciepła w skraplaczu (skraplanie pary)

3-4 – izentropowa kompresja skroplin (wtłaczanie skroplin do kotła)

1. Kotły parowe.

Kocioł parowy jest zespołem urządzeń o budowie naczynia zamkniętego, w którym wytwarzana jest para wodna o określonym ciśnieniu i temperaturze, użytkowana na zewnątrz kotła.

Klasyfikacja kotłów:

• Podział ze względu na zastosowanie: kotły główne, kotły pomocnicze.

• Podział ze względu na sposób dostarczania energii cieplnej: kotły opalane, kotły utylizacyjne.

• Podział ze względu na wydajność: kotły małej wydajności, kotły średniej wydajności, kotły dużej wydajności.

• Podział ze względu na ciśnienie pary wodnej: kotły niskiego ciśnienia, kotły średniego ciśnienia, kotły dużego ciśnienia.

• Podział ze względu na konstrukcję: kotły płomieniówkowe, kotły opłomkowe, inne.

1. Turbiny parowe.

Ogólna zasada pracy turbiny parowej polega na ciągłym procesie zamiany energii cieplnej pary na energię kinetyczną a następnie na pracę mechaniczną. Para doprowadzana z kotła pod dużym ciśnieniem i przy wysokiej temperaturze, przepływając przez przyrządy ekspansyjne uzyskuje dużą prędkość, następnie trafia na profile łopatek wirnika, zmienia kierunek wywołuje siłę styczną do obwodu wirnika oraz moment obwodowy.

Przekrój poprzeczny przez turbinę.

Klasyfikacja turbin:

W zależności od przeznaczenia:

• turbiny główne – służą do napędu statku

• turbiny pomocnicze – służą do napędu maszyn i urządzeń pomocniczych (prądnice, pompy)

W zależności od liczby stopni rozróżnia się:

• turbiny jedno- i wielostopniowe.

W zależności od kierunku przepływu pary:

• turbiny osiowe i promieniowe.

W zależności od mocy:

• turbiny małej mocy (np. do 2,5 MW)

• średniej mocy (np. 2,5-50 MW);

• dużej mocy (np. 50-400 MW);

• wielkiej mocy (np. ponad 400MW).

Ze względu na ciągły wzrost mocy produkowanych turbin pojęcia dużej i wielkiej mocy ulegają zmianie.

W zależności od źródła pary dolotowej:

• turbiny na parę świeżą (z kotła) i turbiny na parę odlotową (np. z innej turbiny, silnika tłokowego młotów parowych itp.);

• turbiny jedno- lub wieloprężne, to jest zasilane z jednego lub kilku źródeł pary o różnym ciśnieniu (w praktyce 2 rzadko 3 źródła); para o najwyższym ciśnieniu jest tu doprowadzana do pierwszego stopnia para o ciśnieniu niższym do dalszych stopni; są to więc turbiny z międzystopniowym doprowadzeniem pary

W zależności od ciśnienia (parametrów) pary dolotowej:

• turbiny niskiego ciśnienia (np. 0,12-0,20 MPa, tj. głównie na parę odlotową);

• średniego ciśnienia (np. do 6,4 MPa);

• wysokiego ciśnienia (np. 6,4 – 24 MPa)

• turbiny o ciśnieniu nadkrytycznym (np. ponad 24 MPa).

Ponieważ ciśnienia pary są powiązane z temperaturami, można też mówić o turbinach na niskie, średnie, wysokie i nadkrytyczne parametry pary.

W zależności od prędkości obrotowej:

• turbiny o stałej prędkości obrotowej (napędzające prądnice elektryczne)

• zmiennej prędkości obrotowej (napędzające sprężarki, pompy oraz turbiny okrętowe);

• wolnobieżne (1500 obr/min)

• normalne (3000 obr/min)

• szybkobieżne (ponad 3000 obr/min)

Prędkości obrotowe turbin dochodzą do 15000 obr/min i więcej).

1. Przykładowy schemat siłowni parowej – turbinowej z regeneracyjnym podgrzewem wody zasilającej oraz przegrzewem międzystopniowym.

1. Schemat instalacji odzysku ciepła odpadowego spalin wylotowych silnika głównego do produkcji pary nasyconej i przegrzanej zasilającej turbinę utylizacyjną.

Turboprądnica zasilana wyłącznie parą nasyconą będzie posiadała najmniejszą moc efektywną przy największym strumieniu pary wyprodukowanej w kotle utylizacyjnym.

1. Uproszczony schemat ideowy parowej siłowni turbinowej z uwzględnieniem turbin głównych i pomocniczych.

Na powyższym rysunku przedstawiono schemat siłowni turbinowej parowej, w której oprócz turbiny głównej 1 znajdują się również następujące turbiny pomocnicze: turbina kondensacyjna 2 napędu prądnicy oraz turbiny przeciwciśnieniowe 3, 4 i 5 napędzające odpowiednio: pompę chłodzącą skraplacz, dmuchawę kotłową i pompę zasilającą.

1. Schemat instalacji paliwowej roboczej kotła.

Opis elementów schematu:

1 – zbiornik rozchodowy oleju opałowego

2 – filtr zgrubnego oczyszczania 16 oczek / cm²

3 – filtr dokładnego czyszczenia

4 – pompy paliwowe

5 – podgrzewacze paliwa

6 – zawór regulacyjny

7 – zawór szybkiego spustu paliwa

8 – zbiornik rozchodowy

9 – pompa podająca paliwa lekkiego

Rob – regulator obciążenia

Rp – regulator powietrza

Rpow – regulator paliwa

1. Ciśnieniowa instalacja smarowa.

Olej smarowy instalacji ciśnieniowej podawany jest na łożyska nośne turbiny i inne punkty smarowe bezpośrednio z pomp obiegowych oleju. W instalacji tej olej dodatkowo zasila regulator prędkości obrotowej turbiny oraz doprowadzony jest do zaworu szybkozamykającego na dolocie pary zasilającej turbinę, brak występowania zbiorników rozchodowych.

1. Instalacja paliwowa kotła w siłowni turbinowej.

Instalacja paliwowa na statku ma za zadanie przyjmowanie , magazynowanie , przygotowanie i dostarczenie paliwa (paliw) do palenisk kotłów. Zgodnie z tymi funkcjami całość instalacji paliwowej składa się z instalacji transportowej oraz roboczej.

Instalacja paliwa ciekłego

Instalacja paliwowa transportowa zawiera końcówkę pokładową do przyjmowania paliwa na statek, filtr wstępnego oczyszczania (16 oczek/cm2), zbiorniki główne oraz pompy transportowe. W zbiornikach zainstalowane są wężownice grzejne. Ogrzewanie parą nasycona niskiego ciśnienia np. wylotowa z mechanizmów pomocniczych, powinno zapewniać w pobliżu kosza ssawnego temperaturę około 30^oC. Ponadto zbiorniki powinny posiadać rury odpowietrzające, wyprowadzone na pokład i zakończone siatką przeciwiskrową. Jako pompy transportowe służą pompy śrubowe lub odśrodkowe.

Ogólnie biorąc instalacja transportowa na statku o napędzie parowym jest podobna do instalacji na statku o napędzie spalinowym, a nawet prostsza, gdyż często nie zawiera instalacji wirowania. Spalanie niezbyt dobrze oczyszczonego paliwa (zanieczyszczenie mechaniczne i woda) nie powoduje tak szkodliwych następstw jak w silnikach spalinowych, chociaż stanowi pewne utrudnienie eksploatacyjne, gdyż może występować koksowanie na dyszach palników oraz pulsacja płomienia w komorach spalania kotłów parowych.

W jej skład wchodzą: zbiorniki rozchodowe, dwie pompy paliwowe, dwa zdwojone filtry, dwa podgrzewacze paliwa. Zbiorniki powinny mieć pojemność wystarczająca na 12 godzin pracy kotłów przy maksymalnej wydajności. Paliwo podgrzane jest w zbiornikach rozchodowych do temperatury 40-60^oC. Zbiorniki służą jednocześnie jako odstojniki, a więc punkt poboru paliwa powinien znajdować się nieco powyżej dna. Do tłoczenia paliwa przy ciśnieniach w granicach 2-6 MPa służą powszechnie pompy zębate. Zdwojone filtry paliwa umożliwiają szybkie przełączenie przepływu: są to zwykle filtry siatkowe. Filtr zgrubnego oczyszczania zawiera 16 oczek/cm2, zaś dokładanego oczyszczania 100-150 oczek/cm2.

W podgrzewaczach doprowadza się paliwo do temperatury zapewniającej zmniejszenie lepkości przed rozpyleniem do 15-39cSt utrzymywanej automatycznie przez wiskozymetr. W odniesieni do palników obrotowych dopuszcza się większą lepkość, nawet do 60cSt. Temperatura podgrzania ciężkich paliw odpadowych sięgać może 130^oC, natomiast w instalacjach na paliwo lekkie np. pomocniczych, służących do rozpalania kotła, podgrzewacze nie są potrzebne. Przed rampą paliwową umieszczoną tuż przy kotle znajduje się szybkoodcinający zawór z możliwością zdalnego sterowania. W razie awarii kotła pozwala on na natychmiastowe odcięcie dopływu paliwa do wszystkich palników i skierowanie go do rurociągu przelewowego.