7 (1605)

16

densatorze”). Woda chłodząca kondensator odbiera na zewnątrz ciepło skraplania pary Q₂. Kondensat dopływa do pompy zasilającej P, sprężającej skropUny do ciśnienia kotłowego. Na napęd pompy zużywana jest określona moc N_p, stanowiąca niewielki procent mocy rozwijanej przez turbinę.

Czynnikiem pracującym w turbinie parowej jest z reguły para H_zO. Może to być inny skraplający się gaz, np. amoniak NH₃, dwutlenek węgla CO_z itd.

Schemat siłowni turbogazowej pokazano na rysunku 1.2. Rolę kotła i pompy wody zasilającej przejmuje tu wytwornica gazu, złożona z kom-

Rys. 1.2. Schemat siłowni gazówo-turbinowej

presora K i komory spalania KS. Kompresor (sprężarka) napędzany jest turbiną T_s. Zasysa on powietrze bezpośrednio z otoczenia i spręża je do odpowiedniego, niezbyt wysokiego ciśnienia. Powietrze to ogrzewa się w komorze spalania, do której doprowadzane jest paliwo płynne lub gazowe. Sprężony gaz o temperaturze rzędu 1000° C (i wyższej) ekspanduje w turbinie T_s służącej do napędu kompresora. Pozostałą część energii cieplnej gazów spalinowych wykorzystuje się do produkcji mocy użytecznej N„ w turbinie napędowej T_w. Gazy spalinowe ekspandują w niej do ciśnienia otoczenia i wypływają do atmosfery, pełniącej rolę dolnego źródła ciepła obiegu turbogazowego.

W odróżnieniu od obiegu parowo-turbinowego, nie zachodzi tu zmiana stanu skupienia (skraplanie i odparowanie) czynnika pracującego. Ponadto komora spalania przedstawia wymiennik ciepła mieszankowy, produkty spalania przepływają do turbiny. W siłowni parowej wytwornica pary jest wymiennikiem powierzchniowym, w którym spaliny nie mieszają się z czynnikiem pracującym w turbinie. Inną jeszcze istotną cechą obiegu turbogazowego jest duża moc potrzebna do napędu kompresora N_f, wynosząca przeciętnie dwa razy więcej niż moc efektywnie oddawana na wale turbiny napędowej.

Zastąpienie dużego i ciężkiego kotła parowego przez małą i lekką komorę spalania oraz eliminacja wymiennika niskotemperaturowego (kondensatora) prowadzi do znacznego obniżenia ciężaru, zmniejszenia gabarytów i ceny zespołu gazowo-turbinowego w porównaniu z blokiem parowo-turbinowym. g

Obecnie domeną turbin parowych jest energetyk a stacjonarna — elektrownie i elektrociepłownie zawodowe i przemysłowe, gdzie sumaryczna moc tych silników stanowi około 90% całej mocy zainstalowanej. Siłownie paro* wo-turbinowe służą tu do produkcji energii elektrycznej lub (w układzie skojarzonym) do produkcji energii elektrycznej i energii cieplnej potrzebnej w ciepłownictwie komunalnym (ogrzewanie miast) bądź w przemyśle (np. fabryki chemiczne i inne). Turbiny parowe znajdują ponadto zastosowanie w napędzie okrętowym jako maszyny główne lub maszyny pomocnicze w obiegach utylizacyjnych siłowni dieslowych.

Ważną korzystną właściwością siłowni parowo-turbinowej jest możliwość spalania dowolnego paliwa. Może to być paliwo wysokiej jakości, np. gaz ziemny lub olej opałowy, może to być również paliwo stałe, np. węgiel kamienny, węgiel brunatny lub nawet odpady komunalne (śmieci).

W związku z zarysowującą się wyraźną różnicą cen między paliwami płynnymi a stałymi istnieje obecnie tendencja do przechodzenia na opalanie kotłów paliwem stałym, węglem, znacznie tańszym od paliwa płynnego. Tendencja ta może zwiększyć zainteresowanie armatorów przemysłu okrętowego szerszym wprowadzeniem turbin parowych w napędzie głównym statków handlowych.

Początek rozwoju przemysłu budowy turbin parowych określają udane prototypy, opracowane przez szwedzkiego inżyniera Karola Gustawa Patrika de Lavala w 1883 r. i angielskiego inżyniera Charlesa Algemona Parsonsa w 1884 r. Po roku 1900 turbiny parowe zaczynają skutecznie wypierać stosowane do tego czasu maszyny parowe tłokowe. Dotyczy to zastosowań zarówno w energetyce lądowej, jak w napędach przemysłowych i w okrętow-nictwie. W latach 1925—1950 rozwój siłowni parowo-turbinowych cechuje się przechodzeniem na coraz większe moce i coraz wyższe parametry pary oraz wprowadzeniem układów blokowych. Układem blokowym nazywamy taką konfigurację, w której jeden kocioł zasila jedną turbinę i nie występują poprzeczne połączenia z innymi kotłami i turbinami danej siłowni. Układy blokowe przyjęły się zwłaszcza w siłowniach wielkiej mocy i w napędach okrętowych.

Nowoczesne turbiny parowe buduje się do mocy ponad milion kilowatów w jednostce. Technicznie możliwe są jeszcze większe maszyny.

Począwszy od roku 1960 rozpoczyna się era siłowni nuklearnych, w których ciepło doprowadzone do obiegu pochodzi nie z energii otrzymanej w wyniku reakcji chemicznej, lecz z procesu rozszczepienia jądra atomu. Udział siłowni nuklearnych w światowej produkcji energii elektrycznej wynosi obecnie około 10%. W okrętownictwie napęd nuklearny ogranicza się na razie głównie do specjalnych okrętów wojennych.

W siłowni parowo-turbinowej kocioł jest elementem drogim i dużym gabarytowo. Dlatego od dawna próbowano budować silniki ze spalaniem wewnętrznym, które zamiast pary wodnej wykorzystywałyby bezpośrednio spaliny jako czynnik roboczy. Pierwszy patent na turbinę gazową otrzymał

2 - Maszyny PrzepL L 10