BEM - wyklady, WSZOP, BHP, SEMESTR 5, Budowa i ekspoloatacja maszyn i urządzeń (wszop)


MASZYNY - są to urządzenia służące do przetwarzania jednej postaci energii w inną lub w prace w celu ułatwienia człowiekowi pracy fizycznej lub umysłowej. Dzięki maszynom praca ludzi jest wielokrotnie wydajniejsza i bardziej ekonomiczna

Maszyny dzielą się na:

  1. energetyczne

    1. maszyny przetwarzające energie

      • pompy

      • sprężarki

      • prądnice

  2. silniki

  • robocze

    1. maszyny techniczne,

    2. maszyny transportowe

    Silniki - to maszyny pobierające energie z zewnątrz źródła w celu jej przetwarzania na energie mechaniczną potrzebną do napędu i innych maszyn roboczych. Zależnie od postaci dostarczanej energii silniki dzielą się na:

    Silniki cieplne dzielimy na:

    Silniki cieplne wykorzystują energie wewnętrzną otrzymana w :

      1. w procesie spalania paliw konwencjonalnych,

      2. wyzwolona w skutek reakcji jądrowych,

      3. wykorzystujących w postaci pętli,

      4. geotermalnej czerpalnej z głębi ziemi

    Silniki wiatrowe - wykorzystują energie kinetyczna wiatru.

    Silniki wodne - wykorzystują energie kinetyczna potencjalna wody.

    Prądnice - wytwarzają z energii mechaniczne energie elektryczną.

    Sprężarki - przetwarzają energie mechaniczna na energie ciśnieniową.

    Maszyny robocze - to maszyny pobierające id silników energie mechaniczna w celu przetworzenia jej na prace użyteczną potrzebna do pokonania oporu tworzyw. Opór ten może być związany ze zmianą kształtów i wymianami ciała i jego położenia.

    Maszyny transportowe - to maszyny przeznaczone do zmiany położenia ciał i dzielą się na:

    POMPY - to urządzenia służące do podnoszenia cieczy z poziomu niższego na wyższy (zmiany energii potencjalnej grawitacji) lub do przetłaczania cieczy z obszaru o ciśnieniu niższym do obszaru o ciśnieniu wyższym ( zmiany energii potencjalnej sprężystości). Ponieważ pompy s maszynami przepływowymi to część energii potencjalnej zmienia się w energie kinetyczną którą zawsze należy brać pod uwagę - podstawową zależnością opisującą prace pomp jest równanie - energetycznego ruchu pyłów.

    Ps (ciśnienie statyczne) + (W2 x q)/2 (ciśnienie dynamiczne) + qgh (ciśnienie położenia) = const

    W zależności od sposobu pracy przemieszczania cieczy z przestrzeni ssawnej do przestrzeni tłocznej pompy dzieli się na:

    Pompy przenośne - to urządzenia służące w zasadzie do zwiększania jedynie energii potencjalnej cieczy lub mieszanin z ciałami stałymi. Czerpadło pobierania energii z dolnego zbiornika podnosi je na pewną wysokość zwiększając jej energię potencjalną lecz nie zmieniając ciśnienia i energii kinetycznej.

    Rozróżnia się czerpadła pojemnikowce, ślimakowe, śrubowe i cięgnowe.

    Czerpadła pojemnikowe - to koła czerpalne z umieszczonymi na ich obwodzie pojemnikami napełniającymi się cieczą przy obrocie koła, które następnie wylewają się do wyżej umieszczonego koryta. Pojemniki mogą być również umocowane do łańcucha. Role pojemnika mogą też pełnić odpowiednio ukształtowane łopatki.

    Czerpadło ślimakowe - to koło z odpowiednio ukształtowanymi kanałami.

    Czerpadło cięgnowe - są stosowane do cieczy lepkich np. lina podnosi ją, oblepiona ciecz zdejmowana jest następnie zgarniaczami kierowana jest do zbiornika górnego.

    Czerpadło śrubowe - ma nachylony do poziomu wirnik, utworzony przez zwoje nawiniętej nań śrubowo blachy. Obracający się w korycie wirnik przenosi ciecz w porcjach zawartych miedzy sąsiednimi zwojami a ścianami koryta. Czerpadła te obecnie są stosowane w oczyszczalniach ścieków w zakładach rud oraz przy odwadnianiu.

    Pneumatyczne przenośniki cieczy pracują na zasadzie bezpośredniego oddziaływania sprężonego powietrza pary a czasami spalin na ciecz wypychając ja z komory roboczej do obszaru tłocznego. Cechą jest przemienność działań wskutek komory są na przemian ssawne i tłoczne.

    Sprężarka zasysa powietrze z komory (2) wtłacza je do komory (1) wskutek czego do komory (2) ciecz dopływa a z komory (1) jest wytłaczana przez automatyczne przełączanie zaworów Z1 i Z2 Można osiągnąć nieprzerwane działanie urządzenia. Pompa tzw. mamut - prawidłowy podnośnik cieczy działa na zasadzie słupa cieczy o mniejszej gęstości wypełniając przewód (3) pod wpływem naporu słupa zasysanej cieczy o większej gęstości wypełniającej studnie sprężonego powietrza doprowadzonego rurociągiem (1) do garnka (2) tworząc z wodą mieszaninę rozrzedzoną. Zaletą urządzenia jest niezawodność działania i mały koszt.

    Uderzeniowy przenośnik cieczy tzw. hydrauliczny - wykorzystywany jest do przenoszenia cieczy. Zjawisko uderzenia hydraulicznego - woda wypływa ze zbiornika zasilającego (1) kanałem (2) i przepływa przez zawór zwrotny (3) zamykając się przy pełnej zwartości strumienia co wywołuje uderzenie hydrauliczne. Wzrost ciśnienia powoduje otwarcie ciśnienia tłocznego (4) i przepływ wody do powietrznika (5) kanału tłocznego (6) i zbiornika (7). Po wytłoczeniu pewnej ilości cieczy następuje równoczesne zamknięcie zaworu (4) i otwarcie zaworu (3). Pod wpływem ciśnienia powietrza ciecz jest dalej wytłaczana do zbiornika (7)

    Strumienica działa wykorzystując zjawisko spadku ciśnienia w skutek wzrostu prędkości w przewężeniu. Ciecz, para lub gaz będą czynnikiem roboczym wypływającym z dyszy zasilającej (1) rozpręża się do ciśnienia niższego od ciśnienia czynnika transportowanego zasysają ją do komory (2). W zwężce (3) i komorze mieszania (4) następuje przyrost energii kinetycznej czynnika zasysanego, zaś w dyfuzorze następuje wzrost ciśnienia obu zmieszanych czynników. Czynnikiem zasysanym może być dowolna ciecz, ze względu na prostą budowę niezawodność pracy i łatwość obsługi strumienice są szeroko stosowane np. w w energetyce, urządzeniach chłodniczych, klimatycznych, w transporcie hydraulicznym, odwadnianiu, ciepłownictwie itp.

    Energomagnetyczne przenośniki cieczy - pracują na zasadzie oddziaływania prądu eklektycznego na ciekły metal w zamkniętym kanale rurowym. Przenośniki elektromagnetyczne są stosowane w zakładach metalurgicznych w reaktorach jądrowych chłodzonych ciekłym sodem itp.

    Pompy wyporowe.

    Są to pompy których działanie polega n a pobraniu określonej dawki cieczy z przestrzeni ssawnej a następnie przetłoczeniu tej dawki do przestrzeni tłocznej za pomocą ruchomego elementu roboczego. Warunkiem działania pompy tego typu jest szczelne odcięcie przestrzeni ssawnej od tłocznej.

    W zależności od rodzaju ruchu elementu roboczego pompy wyporowe dzielą się na:

    1. Pompy o ruchu postępowo zwrotnym organy roboczego. Organem roboczym jest w tym przypadku tłok, nurnik lub przepona (membrana)

    2. Pompy o ruchu obrotowo zwrotnym organu roboczego którym jest tłok skrzydełkowy.

    3. Pompy o ruchu obrotowym organu roboczego tzw. pompy rotacyjne którym może być tłok, koło zębate lub wirnik śrubowy.

    4. Pompy o ruchu obiegowym organu roboczego.

    5. Pompy przewodowe.

    Pompy o ruchu postępowo zwrotnym mogą być jedno lub wielo cylindrowe oraz jedno lub dwu stronnego działania. Elementem roboczym tych pomp jest tłok tj. płaski organ talerzowy lub nurnik tj. organ w postaci pełnego walca. Elementy te umieszczone są w cylindrze lub w kadłubie. Napędzane są zazwyczaj za pomocą mechanizmu korbowego zmieniającego ruch obrotowy na postępowo zwrotny.

    Pompy o ruchu obrotowym są pompami których organ roboczy oddziela organ ssawny od przestrzeni tłocznej w skutek czego zbędne są zawory sterujące. Organ roboczy takiej pompy w czasie jednostajnego obrotu dookoła swej osi powiększa okresowo przestrzeń ssawną zmniejszając jednocześnie przestrzeń tłoczną w skutek czego następuje zasysanie cieczy przez pompę i tłoczenie jej na zewnątrz. Zaletami pomp wyporowych o ruchu obrotowym organu roboczego w porównaniu z innymi pompami wyporowymi są:

    Do pomp wyporowych rotacyjnych zalicza się:

    Pompy przewodowe inaczej perystaltyczne są to pompy których ciecz przetłaczana jest w elastycznym przewodzie pod wpływem nacisku rolek umieszczonych na obracającym się wirniku (s).

    Pompy wirowe.

    Są to pompy których działanie polega na nadaniu cząsteczkom cieczy krętu w wirniku z łopatkami obracającymi się ze stałą prędkością obrotową. Ciecz przepływająca przez wirnik podlega działaniu siły odśrodkowej lub siły wyporu łopatek.

    Dzielą się one na:

    1. Krętne

    2. Krążeniowe

    3. O swobodnym przepływie

    Pompa wirowa krętna jest to pompa której organem roboczym jest wirnik łopatkowy osadzony na obracającym się wale powodujący przepływ od strony ssawnej do tłocznej.

    W czasie przepływu przez wirnik lub zespół wirników wzrasta ciśnienie i energia kinetyczna cieczy a następnie zamieniana częściowo na ciśnienie odprowadzające ciecz w elementach wirnika.

    Pompy wirowe krętne dzielą się na:

    Pompa odśrodkowa zbudowana jest z korpusów w kształcie spirali w którym porusza się osadzony na wale wirnik składający się z łopatek odchylonych w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wirnika. Warunkiem działania pompy jest wstępne jej zalanie wodą która wypełni korpus i rurę ssącą.

    Pompy helikoidalne - charakteryzują się ukośnym przepływem cieczy przez wirnik. Pompy te mają kierownice bezłopatkową i spiralny lub cylindryczny kanał zbiorczy.

    Pompy diagonalne - pompy o przepływie promieniowo-osiowym z wirnikiem wyposażonym w kilka łopatek. Dalszy przepływ cieczy po wypływie z wirnika odbywa się w kierunku osiowym.

    Pompy śmigłowe - pompy o osiowym przepływie przez wirnik. Wirnik może mieć stale lub nastawne łopatki. Kierownica łopatkowa może być umieszczona przed luba za wirnikiem.

    Pompy odśrodkowe samozasysające - mają wirniki podobne do wirników stosowanych w zwykłych pompach odśrodkowych bez ..... Pompy te mają jednak obudowę o specjalnym kształcie z podwójnym spiralnym kanale zbiorczym dzięki czemu po uruchomieniu pompa wysysa powietrze z przewodu ssawnego a następnie już normalnie zasysa i tłoczy ciecz.

    Pompa wirowa krążeniowa - jest pompą, która sama zasysa ciecz jest to zaleta której pozbawione są klasyczne pompy krętne. W pompie tego typu, następuje znaczny przyrost cieczy w skutek kilkakrotnego przepłynięcia jej przez kanały między łopatkowe w wirnikach. Pompy te dzielą się na boczne kanały i peryferalne.

    Pompa o swobodnym przepływie posiada między wirnikiem a kanałem swobodną przestrzeń umożliwiającą transport hydrauliczny rozdrobnionych ciał stałych oraz cieczy gęstych lub włóknistych.

    Maszyna sprężająca to maszyna służąca do sprężania i przetłaczania czynników gazowych. Pobiera ona energie od silnika która, musi być wyposażona w maszyny sprężające, muszą pracować jako jednostki samodzielne lub mogą wchodzić w skład bardziej złożonych urządzeń: chłodziarki, silniki cieplne, kotły parowe.

    Wielkości charakteryzujące maszyny sprężające to:

    Ze względu na wartość wytwarzanego przyrostu ciśnienia gazu, maszyny sprężające można podzielić na:

    W zależności od zasad działania maszyn sprężających (zasady objętościowe i przepływowe):

    Sprężarki tłokowe - sprężanie czynników następuje na skutek postępowania zwrotnego ruchu tłoka...... Tłok jest napędzany silnikiem za pomocą mechanizmu korbowego. W głowicy cylindra znajdują się dwa zawory otwierające się samoczynnie pod wpływem różnicy ciśnienia a zamykają się pod działaniem sprężyn. W czasie jednego cyklu sprężarki tłok wykonuje dwa suwy tj. suw ssania i suw sprężania.

    Praca potrzebna do izotermicznego sprężania czynnika w sprężarce tłokowej równa jest polu na wykresie.

    Konstrukcyjnie rozróżnia się sprężarki jedno i wielostopniowe. Miedzy poszczególnymi stopniami sprężarki wielostopniowe stosuje się w chłodniach w których czynnik jest chłodzony do temp. Początkowej i dopiero wtedy są kierowane do kolejnego cylindra. Zmniejsza to prace oraz ogranicza temp. końcową sprężonego czynnika.

    W sprężarkach rotacyjnych element roboczy wykonuje ruch obrotowy, elementem takim może być wirnik wyposażony w łopatki wirujące tłoki lub śruby obracając się. Elementy te tworzą szereg komór o zmieniającej się cyklicznie objętości. Po stronie ssawnej objętości tych komór zmniejsza się a po stronie tłocznej zwiększa, co powoduje zasysanie, sprężanie i wytłaczanie czynnika gazowego. Wśród wielu konstrukcji sprężarek rotacyjnych najczęściej stosuje się:

    1. sprężarki łopatkowe - których wirnik obraca się mimośrodowo w cylindrze,,

    2. sprężarki w wirującym pierścieniem wodnym których kadłub jest częściowo wypełniony wodą. Ruch obrotowy wirnika powoduje rozrzucenie wody na ścianki kadłuba i wytworzenie uszczelniającego pierścienia wodnego. Powierzchnia wewnętrzna tego pierścienia odgrywa role cylindra.

    3. Sprężarki z wirującymi tłokami - w których organem czynnym jest wirnik lub dwa wirniki robocze wyposażone w tłoki o kształtach krzywek. Wirnik roboczy i pomocniczy obracają się w przeciwnym kierunku. Napędzane są za pomocą tej samej przekładni zębatej umieszczonej na zewnętrznych kadłubach. Kształty tłoka i cylindra są tak dobrane ze podczas obrotu tłoki pozostają w stałym styku z gładzią cylindra.

    4. Sprężarki śrubowe - to sprężarki których 2 mierniki w kształcie śrub obracają się odpowiednio w ukształtowanym kadłubie. Wirniki wzajemnie się zazębiają obracając w przeciwnym kierunku. Wirnik napędzający, może mieć dwa lub cztery zwoje śrubowe.

    Sprężarki wirowe dzielą się na osiowe, są budowane jako jedno lub wielostopniowe. Ilość stopni określa liczba wirujących wieńców łopatkowych. Sprężarki osiowe składają się z krańca wlotowego (1), kompletu stopni w skład którego wchodzą wirujące wieńce łopatkowe zamocowane w wirniki (5) i nieruchome więce łopatkowe (2) zamocowane w kadłubie dyfuzora (3) oraz króćca wylotowego (4). Sprężarka promieniowa składa się z następujących elementów: króciec wylotowy (1), koło wirnikowe z łopatkami (2), dyfuzor bezłopatkowy (3) kolektor zbiorczy (4), króciec wylotowy (5). Sprężarka ta jest napędzana za pośrednictwem przekładni przyspieszającej (6) i jest wyposażona w pompę oleju (7)

    Dmuchawy mają budowę podobną do sprężarek wirowych od 1do 6 stopni sprężania. Różnią się od sprężarek tym że nie stosuje się w nich chłodzenia międzystopniowego sprężonego gazu ze względu na niewielki spręż.

    Rozróżnia się dmuchawy:

    Osiowe przeznaczone są zazwyczaj do pracy przy zmiennych wydajnościach. Posiadają one regulacje tej wydajności za pomocą zaworów na rurociągu ssawnym lub za pmocą łopatek przestawnych dyfuzora. Każdy stopień dmuchawy składa się z wirnika (1), kierownicy łopatkowej (2), wału (3), kanału zwrotnego (4). Wirnik osadzony na wale składa się z 2 tarcz połączonych ze sobą za pomocą zakrzywionych łopatek.

    Wentylatory są maszynami wirowymi jednostopniowymi. Dzielą się na:

    W zależności od wytwarzanej różnicy ciśnień wentylatory dzielą się na:

    Budowane są też wentylatory których podstawowym zadaniem nie jest wytwarzanie nadciśnienia lecz stosunkowo niewielkiego podciśnienia. Maszyny te nazywają się ssawami.

    Zasada działania wentylatora osiowego jest taka sama jak sprężarki osiowej.

    Wentylatory tego typu są budowane w 2 odmianach:

    1. z kierownicą umieszczoną przed wirnikiem

    2. z kierownicą umieszczoną za wirnikiem

    Wentylatory z kierownicą za wirnikiem odznaczają się cichszą pracą.

    W zależności od budowy rozróżnia się:

    Wentylatory promieniowe budową przypominają pompę odśrodkową. Większe wentylatory wyposażone są w urządzenia regulujące. Wentylatory te używane są w przemyśle szczególnie w górnictwie i energetyce do przetłaczania gazów na duże odległości. Wentylatory diagonalne stanowią typ pośredni pomiędzy wentylatorami promieniowymi i osiowymi. Wentylatory diagonalne charakteryzują się dużą sprawnością i mała hałaśliwością.

    Pompy próżniowe.

    W technice próżnią nazywa się obszar wypełniony gazem o ciśnieniu niższym od atmosferycznego.

    Im niższe jest ciśnienie tym próżnia jest wyższa.

    0x01 graphic
    P - ciśnienie w Pa

    Rozróżnia się następujące rodzaje próżni:

    Pompy próżniowe są to maszyny służące do usuwania gazów z zamkniętych przestrzeni.

    Ze względu na ciśnienie jakie może panować na wylocie pompy rozróżnia się:

    Ze względu na zasadę działania pompy próżniowe dzielą się na:

    W instalacjach z pompami suchymi wilgotność gazów usuwa się przed pompą w kondensatorach dla niskiej próżni przez wymrażanie absorpcje.

    W pompach próżniowych mokrych ciecz powstała z pracy może służyć jako ciecz uszczelniająca.

    Pompy wyporowe stosuje się najczęściej do uzyskania próżni wstępnej. Są to pompy mimośrodowe:

    Pompy strumieniowe działają na zasadzie przejmowania przez cząstki gazu energii kinetycznej strumienia wody lub pary wodnej.

    W pompie molekularnej gaz przemieszcza się na skutek tarcia jego cząstek o powierzchnię wirnika obracającego się z dużą prędkością ok. 20 tyś obr/min. W pompie miedzy króćcami

    (3) i (4) znajduje się kanał (5) o szerokości zaledwie 0,01 - 0,08 mm. Podczas obrotu wirnika w rozrzedzonym gazie cząsteczki gazu uderzają o jego powierzchnię i nabierają dodatkowej prędkości w kierunku obrotów wywołując tym samym różnice ciśnień P4 - P3

    Do wytwarzania wysokich i b. wysokich próżni służą dyfuzyjne pompy rtęciowe lub olejowe. Tłoczenie gazu odbywa się w nich przez przenoszenie energii uderzeniowej strumienia o dyszę. Dzięki przewodzeniu cząstek gazowych do strumienia pary na skutek dyfuzji wytwarza się różnicę ciśnień.

    Silniki cieplne

    Podział silników cieplnych:

    Silniki cieplne - są to maszyny energetyczne, których zadaniem jest przetwarzanie energii cieplnej na pracę mechaniczną.

    Rozróżnia się silniki o spalaniu:

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

    W silnikach tych czynnikiem roboczym jest para wodna wytwarzana w kotłach parowych lub wymiennikach ciepła reaktorów jądrowych. Spalanie paliwa odbywa się poza silnikiem w palenisku kotła parowego

    Silniki o spalaniu wewnętrznym - są to silniki, których czynnikiem roboczym jest gaz zwany spalinami powstający w wyniku spalania paliw wewnątrz silnika.

    W wyniku rozprężania wysokociśnieniowej pary do dużej prędkości następuje zamiana energii cieplnej na energie kinetyczną strumienia pary, a następnie energia kinetyczna jest zamieniana na pracę mechaniczną obracającego się wirnika turbiny.

    Podstawowymi elementami turbiny są:

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

    Działanie najprostszej jednokadłubowej jest następujące:

    Para przegrzana o ciśnieniu do 25MPa dopływa z kotła rurociągiem (3), dostaje się do turbiny przez zawór główny (1) całkowicie otwarty w czasie normalnej pracy. Następnie kierowana jest do zaworów regulujących (2) sterowanych regulatorem prędkości obrotowej. Zawory regulujące są połączone z komorami dyszowymi (16) u wylotu których zamocowane są nieruchome łopatki kierownicze 1-go stopnia turbiny (13). Na wylocie z turbiny panuje ciśnienie znacznie niższe od atmosferycznego ok. 3500 Pa. Podciśnienie wytwarzane przez połączone z turbiną urządzenie kondensacyjne złożone z pompy próżniowej i chłodnicy. Duża różnica ciśnień między wlotem i wylotem turbiny umożliwia duże rozprężanie pary. Zachodzi ono stopniowo w kolejnych stopniach turbiny. W nieruchomych kanałach kierownic poszczególnych stopni para uzyskuje odpowiednią energie kinetyczną dzięki której wykonuje następnie pracę w wieńcach wirujących. Po przepłynięciu przez wszystkie stopnie turbiny rozprężona para opuszcza turbinę przez wylot (17) który jest połączony ze skraplaczem.

    Głównym zadaniem turbin jest napędzanie prądnic.

    Silniki cieplne - są to zespoły urządzeń, których zadaniem jest przetwarzanie energii cieplnej pochodzącej z energii chemicznej paliw lub energii jądrowej pochodzących z przemian materiałów rozszczepialnych na energie mechaniczną. Energia ta jest następnie przetworzona na energię kinetyczną. Większość wytwarzanej na świecie energii kinetycznej pochodzi z turbozespołów parowych tj. turbin i związanych z nimi prądnic. Zespół ten wraz z układem urządzeń pomocniczych stanowi elektrownię cieplną. Jeżeli elektrownia oprócz energii elektrycznej dostarcza również ciepła do procesów technologicznych lub ogrzewania to nazywa się elektrociepłownią.

    Najprostszy schemat elektrowni cieplnej przedstawia się następująco:

    Pompa (P) tłoczy wodę do kotła (K) gdzie w wyniku doprowadzonego ciepła „q1” otrzymanego ze spalania paliwa zostaje zamieniona na parę przegrzaną. W wyniku spalenia tej pary w turbinie (T) zostaje przekazana praca na wał (Lt). Przekształcona następnie w generatorze na energię elektryczną (Pel). Rozprężona w turbinie para jest jako para mokra skraplana w skraplaczu (S). W wyniku odebrania jej przez wodę chłodzącą ciepła „q2” rozpraszanego później do otoczenia.

    Sprawność energetyczna takiej elektrowni dochodzi do 40%.

    Ponieważ brak jest technicznych możliwości efektywnego wykorzystania energii ogromnych ilości wody o temp 20-40 C energia jest tracona. Zagospodarowanie dużej ilości tej energii umożliwiają elektrociepłownie.

    Elektrownia jądrowa - jest to elektrownia cieplna, której źródłem ciepła jest energia rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich, czyli paliwa jądrowego uzyskana w reaktorze jądrowym.

    Współczesne elektrownie jądrowe na ogół są wyposażone w turbiny kondensacyjne, a kocioł zastąpiony jest przez reaktor jądrowy i wytwornicę pary.

    Energia cieplna wyzwalana w reaktorze jako skutek reakcji jądrowej jest równa różnicy energii wiązań jąder pierwiastków otrzymywanych w wyniku reakcji i energii wiązania jąder ciężkich.

    Energia ta jest znacznie większa niż energia cieplna powstająca podczas spalania tradycyjnego paliwa tj. węgla, gazu, ropy naftowej.

    Z 1 kg stosowanego dziś w reaktorach paliwa jądrowego tj. uranu 235 można wydzielić energię odpowiadająca ciepłu spalania 10.000 kg węgla.

    W chwili obecnej istnieje wiele innych typów konstrukcyjnych reaktorów jądrowych, jednak w praktyce przemysłowej wykorzystuje się głównie tzw. reaktory ciśnieniowe PWR

    Schemat ideowy elektrowni z reaktorem PWR jest następujący:

    Ciepło wywiązujące się w rdzeniu reaktora (1) jest odbierane przez omywająca go wodę chłodzącą która krąży w obiegu zamknięty (I) obejmującym: reaktor, rurociągi, pompy obiegowe (2) i wymiennik ciepła (3) zwany wytwornicą pary. Obieg ten nazywa się obiegiem pierwotnym . Para wytworzona w wytwornicy (3) napędza turbinę pary (5), a po skropleniu w skraplaczu (7) i podgrzaniu w układzie regulacji (9) wraca tłoczona przez pompę zasilającą (8) do wytwornicy pary. Obieg ten nazywa się obiegiem wtórnym (II)

    W obiegu pierwotnym panuje wysokie ciśnienie rzędu 15 MPa, dzięki czemu nie następuje wrzenie wody podgrzewanej w rdzeniu do ok. 300 C. W obiegu pierwotnym krąży więc czynnik jednofazowy. Stałe ciśnienie w tym obiegu utrzymuje stabilizator ciśnienia(4).

    W wytwornicy pary utrzymuje się parę nasyconą o ciśnieniu 4,5 - 6,5 MPa.

    Parametry pary przed turbiną są tu znacznie niższe niż w elektrowniach paliwowych co obniża ich sprawność do 30%.

    Silniki spalinowe - dzielą się na 3 podstawowe grupy:

          1. silniki spalinowe tłokowe o postępowo zwrotnym lub krążącym ruchu tłoka,

          2. silniki turbinowe, czyli turbiny spalinowe o obrotowym ruchu organu czynnego, którym jest wirnik,

          3. silniki odrzutowe - działające na zasadzie reakcji dynamicznej strumienia spalin uchodzących z silnika.

    Silniki spalinowe tłokowe - są to maszyny energetyczne przetwarzające energię cieplną doprowadzoną w postaci paliwa ciekłego lub gazowego na energie mechaniczną .Przemiany termodynamiczne towarzyszące temu przetwarzaniu zachodzą w tzw. przestrzeni roboczej silnika, której objętość jest zmienna. Silnik tłokowy ma co najmniej jeden tłok stanowiący ruchowe ograniczenie przestrzeni zajmowanej przez czynnik roboczy. Tłok wykonuje ruch postępowy lub krążący i służy do przenoszenia sił .Praca użyteczna takiego silnika polega na przesunięciu tłoka pod wpływem nacisku czynnika roboczego. Czynnikiem tym są spaliny uzyskane w wyniku spalania paliwa. Dzięki zastosowaniu mechanizmu korbowego tłok przesuwając się powoduje wału korbowego, z którego odbierana jest moc użyteczna silnika .

    Silniki spalinowe krążące - stanowią odmianę silników tłokowych. Ich cecha charakterystyczną jest cykliczna zmiana objętości przestrzeni roboczej w wyniku obrotowego ruchu w cylindrze organu roboczego nazywanego tłokiem obrotowym.

    Silnik taki jest zbudowany z cylindra o przekroju poprzecznym trochoidalnym, w którym porusza się ruchem okrężnym tłok o przekroju trójkąta i bokach krzywoliniowych, którego wierzchołki w każdej chwili stykają się z cylindrem. Dzięki temu między cylindrem a tłokiem powstają jednocześnie 3 komory, które zmieniają swą objętość. Każda z nich podczas pełnego obrotu tłoka dwukrotnie przyjmuje max i min wartość objętości. Krążący tłok poprzez przekładnię planetarną jest połączony z wałem.

    Turbinowy silnik spalinowy ma co najmniej jeden wirnik napędzany strumieniem gazu o dużej energii kinetycznej. Moc użyteczna jest odbierana z wału głównego silnika .

    W silnikach tych może ponadto występować tzw. siła ciągu tj. reakcja wypływających z dużą prędkością spalin. Siła ciągu może być wykorzystywana do napędu samolotu lub pojazdu mechanicznego na tzw. poduszce powietrznej.

    SILNIKI ODRZUTOWE

    W silnikach odrzutowych wykorzystywana jest wyłącznie siła ciągu, natomiast nie odbiera się mocy użytecznej wału silnika.

    Rozróżnia się :

    1. silniki przepływowe (przelotowe)

    2. silniki rakietowe

    Silniki przepływowe potrzebny do spalania tlen pobierają z powietrza przepływającego przez silnik w czasie pracy.

    Dzielą się one na:

    Silnik strumieniowy - składa się z dyfuzora (1), komory spalania (2) i dyszy wylotowej (3)

    Niezbędne do pracy silnika sprężone powietrze uzyskuje się w dyfuzorze w czasie ruchu silnika.

    Silnik pulsacyjny - ma w przedniej części zamykająca przelot przegrodę zaworową (4).

    Doprowadzone powietrze i paliwo tworzą mieszaninę palną zapalaną od świecy.

    Spaliny wypływają z dyszy, a w końcowym okresie wypływu powstaje w komorze spalania podciśnienie powodujące otwarcie się zaworów przez które wpływa do silnika nowa porcja powietrza. Następnie proces się powtarza.

    W silniku turboodrzutowym - powietrze po wstępnym sprężeniu w dyfuzorze (1) i dalszym sprężaniu w sprężarce (2) dopływa do komory spalania (3) zasilanej ciekłym rozpylonym paliwem. Po spalaniu spaliny przepływają przez turbinę osiową (4). Rozprężające się w niej częściowo spaliny wykonują pracę przekazywaną do silnika. Po spaleniu spaliny [rzepływają przez turbinę osiową. Dalsze rozprężanie zachodzi w dyszy (5) co powoduje wzrost prędkości, a w konsekwencji powstanie siły ciągu.

    W silnikach rakietowych znajdują się nie tylko zbiorniki z paliwem, ale również z tlenem.

    Dzięki temu mogą one pracować również w kosmosie.

    Silniki rakietowe dzielą się na:

    Silnik rakietowy na paliwo stałe ma kształt cylindra (1), z jednej strony zamkniętego, a z drugiej zakończonego dyszą (2). W jego wnętrzu znajduje się ładunek stały (3), będący mieszaniną paliwa i utleniacza. Po zapaleniu się ładunku za pomocą układu zapłonowego (4) powstają duże ilości gazów, które wypływają z dyszy z dużą prędkością - umożliwiając osiągnięcie bardzo dużej siły ciągu. Kształt i powierzchnia spalania mogą być różnie uformowane co pozwala na projektowanie dynamiki silnika.

    Silniki rakietowe na paliwo ciekłe mają wiele rozwiązań konstrukcyjnych. Najczęściej posiadają układ dwuskładnikowy z osobnymi zbiornikami na paliwo i utleniacz (1) zabezpieczonymi membranami (2). Zasilanie może być ciśnieniowe lub pompowe.

    Przy zasilaniu ciśnieniowym źródłem sprężonego gazu jest butla powietrza (3) z regulatorem ciśnienia (4). Mieszanka paliwowo - powietrzna spala się w komorze spalania (5) i wypływa z dużą prędkością z dyszy (6).

    Kocioł parowy jest to naczynie ciśnieniowe, którego zadaniem jest wytwarzanie pary wodnej o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego. Para jest użytkowana na zewnątrz kotła jako czynnik roboczy, głównie w turbinach parowych oraz jako czynnik grzewczy w wielu procesach technologicznych i w gospodarce komunalnej.

    Energię cieplną potrzebną do wytwarzania pary w kotle otrzymuje się w procesie spalania paliwa w palenisku.

    Gorące gazy spalinowe opuszczające palenisko płyną wzdłuż tzw. powierzchni ogrzewalnej kotła, której oddają ciepło ogrzewając wodę i powodując jej parowanie.

    Otrzymana w ten sposób para nasycona jest następnie przegrzewana.

    Wytwarzanie pary w kotle składa się więc z trzech głównych procesów:

    Kocioł jest stale zasilany wodą, paliwem i powietrzem.

    Produktem głównym kotła jest para wodna o określonych parametrach, produktami ubocznymi, które należy usunąć są spaliny i żużel.

    Kotły parowe wytwarzają głównie parę przegrzaną o ciśnieniu 0,02 - 35 MPa i temperaturze 200 - 6500C.

    Zależnie od ilości wytworzonej pary produkowane są kotły o różnej wielkości. Od małych o prostej konstrukcji i wydajności 50 kg pary/h aż do bardzo dużych o skomplikowanej budowie i wydajności 4000 ton pary/h

    Urządzenie parowe składa się z szeregu zespołów:

    1. Paleniska w którym spala się paliwo

    2. Parownika wyważającego parę nasyconą

    3. Przegrzewacza pary w którym wytwarza się suchy gaz wodny

    4. Podgrzewacza wody w którym podgrzewa się doprowadzaną z zewnątrz wodę za pomocą ciepła

    5. Podgrzewacza powietrza w którym podgrzewa się powietrze spalania równań za pomocą ciepła spalin

    6. Armatury w skład której wchodzą zwory, wodowskazy itp.

    7. Konstrukcji nośnej i zakotwienie wraz ze schodami, podestami i pomostami

    8. Obmurowania i izolacji

    9. Osprzętu, drzwiczek, klap, podpór i podwieszeń

    10. Aparatury kontrolno - pomiarowej i urządzeń automatyki

    11. Urządzeń do wytwarzania ciągu

    12. Urządzeń do oczyszczania spalin

    DZIAŁANIE KOTŁA PAROWEGO.

    Zmielony w młynach pył paliwowy wdmuchiwany jest z powietrzem za pomocą palników (1) do komory paleniskowej (2). Ściany komory paleniskowej wyłożone są rurami (3) tworzącymi tzw. ekrany. Rury te połączone są u dołu z komorami zbiorczymi (4), a u góry z walczakiem (5).

    Woda z walczaka doprowadzana jest do komór zbiorczych rurami nie ogrzewanymi (6), nazywanymi rurami opadowymi.

    W komorze paleniskowej płomień i spaliny o wysokiej temperaturze przekazują ciepło rurom ekranującym głównie przez promieniowanie. Taki typ kotła nazywa się opromieniowany.

    W wyniku ogrzewania wody w rurach ekranujących powstają pęcherzyki pary.

    Mieszanina parowo - wodna w rurach tych ma mniejszą gęstość niż woda w rurach opadowych bez pęcherzyków pary.

    W związku z tym powstaje siła naturalnego wyporu i woda w rurach (6) opada, a mieszanina parowo-wodna w rurach wznoszących (3) płynie w górę do walczaka, gdzie następuje rozdzielenie pary i wody.

    Woda z walczaka ponownie wpływa do rur opadowych. Krążenie wody jest samoczynne. Jest to więc kocioł z naturalnym obiegiem wody.

    Kotły wznoszące opadowe, komory i walczak tworzą parownik.

    Wytworzona w parowniku para nasycona przepływa z walczaka do przegrzewacza (7), składającego się z komór (8) i wężownic (9).

    Przepływające spaliny ogrzewają wężownicę i przegrzewają parę. Spaliny na wylocie z komory paleniskowej mają wysoką temperaturę ok. 10000C. Po przejściu spalin przez przegrzewacz ich temperatura wynosi jeszcze 600 - 7000C.

    Dalsze odbieranie ciepła spalinom następuje w drugim ciągu kotła, którym spaliny płyną w dół. Jest tu umieszczony podgrzewacz wody (10) podobny do przegrzewacza pary.

    Pompa zasilająca tłoczy wodę przez podgrzewacz do walczaka.

    Za podgrzewaczem wody jest umieszczony podgrzewacz powietrza (11), za którym temperatura spalin wynosi już tylko 120 - 1800C.

    Podgrzanie powietrza poprawia proces spalania i podwyższa temperaturę w komorze paleniskowej.

    Z kotła spaliny płyną kanałem (13) do urządzeń oczyszczających (14).

    Stąd wentylator sztucznego ciągu(15), czyli ssawa kominowa tłoczy je do komina.

    Kotły maja wymiary:

    Do podwieszania walczaka, rur, podgrzewacza, przegrzewacza itp. niezbędna jest stalowa konstrukcja nośna. Cały kocioł wymaga obmurowania i izolacji cieplnej

    W paleniskach kotłowych można spalać różnego rodzaju paliwa:

    Przystosowanie kotła do spalania danego rodzaju paliwa wymaga zastosowania paleniska odpowiedniej konstrukcji.

    Do opalania kotłów stosuje się głównie paliwa gorszej jakości oraz odpady.

    W Polsce podstawowym paliwem kotłowym są gorsze gatunki węgla kamiennego i węgiel brunatny.

    Zadaniem paleniska jest możliwe zupełne i całkowite spalenie paliwa z doprowadzonym powietrzem.

    Konstrukcja paleniska zależy od rodzaju paliwa i sposobu jego spalania oraz od parametrów pary, wydajności i typu kotła.

    Paleniska kotłowe dzielą się na trzy grupy:

    1. Paleniska warstwowe, czyli rusztowe do spalania paliw stałych.

    2. Paleniska komorowe do spalania gazów, olejów i pyłów.

    3. Paleniska fluidalne do spalania szczególnie zanieczyszczonych paliw stałych.

    W palenisku warstwowym warstwa paliwa spala się na ruszcie. Powietrze potrzebne do spalania napływa od dołu przez szczeliny rusztu i przepływa przez warstwę płonącego paliwa.

    Paleniska te dzielą się na:

    Paleniska komorowe dzielą się na:

    W Polsce podstawowe znaczenie mają paleniska pyłowe. Pył jest wytwarzany w pyłowniach. Przygotowanie pyłu składa się z trzech podstawowych operacji:

    1. Rozdrobnienia większych brył węgla na kawałki o wymiarach 30 - 40 mm w łamaczach lub kruszarkach

    2. Suszenie węgla w suszarkach lub bezpośrednio w młynie za pomoca strumienia gorącego powierza lub spalin

    3. Mielenie węgla na pył w specjalnych młynach.

    Gotowy pył węglowy składa się z cząstek 80 - 200μm i wilgotności 0,5 - 2%. Pył węglowy zmieszany z powietrzem płynie rurociągami jak ciecz.

    W palenisku komorowym drobne cząstki paliwa zostają rozpylone w strumieniu powietrza wtórnego. Bardzo duża powierzchnia całkowita cząstek paliwa zapewnia właściwy dostęp powietrza i szybki przebieg procesu spalania.

    W przypadku palenisk do spalania paliw stałych pył jest wytwarzany w młynowniach i transportowany jest do kotła za pomocą sprężonego powietrza.

    Paleniska fluidalne wykorzystują zjawisko fluidyzacji, polegające na zawieszeniu rozdrobnionego ciała stałego w płynącym do góry strumieniu gazu.

    Stosując odpowiednie wymiary ziaren ciała stałego otrzymuje się jego intensywne mieszanie, co w połączeniu z bardzo rozwiniętą powierzchnią tego ciała stwarza doskonałe warunki do przenikania ciepła i ruchu masy.

    Spalanie odbywa się w temperaturze 780 do 870oC.

    Cząstki ciała stałego w stanie fluidalnym czyli pseudociekłym cyrklują w warstwie na podobieństwo wrzącej cieczy.

    Parowniki czyli kotły właściwe ze względu na to czy spaliny omywają powierzchnię ogrzewalną parownika po stronie wewnętrznej czy zewnętrznej dzielą się na:

    Charakterystyczną cechą kotłów wodnorurowych jest naturalny obieg wody i duża liczba rur.

    TYPY KOTŁÓW PAROWYCH.

    Istnieje szereg różnych kryteriów podziału kotłów.

    1. Ze względu na ciśnienie wytwarzanej pary:

    1. Ze względu na konstrukcję paleniska.

    1. Ze względu na konstrukcję parownika:

    1. Ze względu na sposób wymiany ciepła:

    1. Ze względu na obieg wody:

    Specyficzną oraz bardziej rozprzestrzeniającą się konstrukcją kotłów są kotły fluidalne posiadające wiele zalet:

    1. Możliwość wykorzystania jako paliwa mułów popłucznych z instalacji wzbogacenia węgla.

    2. Proste przygotowanie paliwa do spalania oraz proste doprowadzenie paliwa do komory.

    3. Znaczna dochodząca do 80% redukcja emisji SO2 do atmosfery przez doprowadzenie do złoża związków wiążących siarkę.

    4. Niska emisja NOX z uwagi niską temperaturę złoża

    5. Niska emisja węglowodorów

    6. Wysoka sprawność spalania ze względu na silne mieszanie turbulentne i długi czas przebywania cząstek w złożu cyrkulacyjnym.

    7. Temperatura spalania nie przekracza temperatury mięknięcia popiołu zawartego w paliwie, co powoduje niewielkie zabrudzenie powierzchni kotłowych.

    W układach szeregu dużych pieców przemysłowych wypływają z przestrzeni piecowych olbrzymie strumienie spalin o wysokiej temperaturze. Powoduje to powstanie strat ciepła oraz pogarsza efektywność ekonomiczną procesów wytwarzania.

    Aby odzyskać energię zawartą w spalinach w kanałach spalinowych układów piecowych instaluje się bezpaleniskowe kotły odzysknicowe do wytwarzania pary technologicznej i grzewczej.

    10


    Wyszukiwarka