plik


ÿþSIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 1 PODSTAWY DZIAAANIA OKRTOWYCH SILNIKÓW NAPDU GAÓWNEGO BUDOWA I KLASYFIKACJA TAOKOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH Klasyfikacja tBokowe silniki spalinowe obejmuje: " sposób dziaBania, " sposób zapalania mieszaniny paliwowo  powietrznej, " teoretyczny obieg porównawczy, " rodzaj paliwa, " sposób zasilania paliwem i tworzenia mieszaniny palnej, " sposób zasilania powietrzem, " cechy konstrukcyjne, " przeznaczenie. PodziaB wedBug sposobu dziaBania: " czterosuwowe, w których jeden obieg pracy realizowany jest w czasie czterech suwów tBoka, to znaczy w czasie dwóch obrotów waBu korbowego, Rys. Zasada dziaBania silnika z zapBonem samoczynnym - czterosuwowym SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 2 Rys. Przekrój wspóBczesnego czterosuwowego silnika okrtowego " dwusuwowe, w których na jeden obieg pracy przypadaj dwa suwy tBoka, to znaczy jeden obrót waBu korbowego. Rys. Zasada dziaBania silnika z zapBonem samoczynnym - dwusuwowym SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 3 Rys. Przekrój wspóBczesnego dwusuwowego silnika okrtowego OBIEG RZECZYWISTY Wykresy obiegów teoretycznych wykonane we wspóBrzdnych p-V wykazuj znaczne ró|nice w stosunku do obiegów rzeczywistych. Rys. Wykresy obiegów rzeczywistych dla silnika czterosuwowego (a) i dwusuwowego (b) SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 4 Ró|nice midzy obiegami teoretycznymi i rzeczywistymi wynikaj z warunków, w jakich te procesy zachodz, a mianowicie: 1. doprowadzanie i odprowadzanie ciepBa w obiegu rzeczywistym nie odbywa si przez podgrzewanie i ozibianie lecz przez spalanie, a jego szybko[ i jako[ mo|e by zmienna, 2. w obiegu rzeczywistym odbywa si cigBa wymiana ciepBa midzy gazami i [ciankami cylindra, tBoka i gBowicy oraz midzy [ciankami i czynnikiem chBodzcym, 3. napeBnianiu cylindra [wie|ym Badunkiem towarzysz straty przepBywu w przewodach oraz zaworach wlotowych i wylotowych, 4. przepBukanie cylindra nie jest doskonaBe, gdy| po zakoDczeniu wydechu zawsze pozostaje w cylindrze pewna ilo[ spalin, 5. ciepBo wBa[ciwe gazów rzeczywistych zmienia si wraz z temperatur, 6. gorce [cianki komory spalania oddziaBuj na temperatur Badunku (podgrzewaj) zmniejszajc napeBnienie cylindra, 7. ilo[ czynnika w obiegu jest zmienna ze wzgldu na nieszczelno[ cylindra. Rys. Zmiany podstawowych wskazników i parametrów dwusuwowych silników okrtowych Ze wzgldu na sposób zapalania mieszaniny paliwowo-powietrznej wyró|nia si: " silniki z zapBonem samoczynnym, " silniki z obcym zródBem zapBonu. SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 5 W silnikach z zapBonem samoczynnym, zwanych równie| silnikami wysokopr|nymi, zapBon nastpuje po podgrzaniu mieszaniny paliwowo-powietrznej do temperatury samozapBonu. Podgrzanie nastpuje na skutek spr|ania Badunku czynnika roboczego w cylindrze. W silnikach tego typu paliwo doprowadzane jest w koDcu suwu spr|ania powietrza, gdzie odparowuje i nastpuje zapBon. Wyjtek stanowi wysokopr|ne silniki dwupaliwowe, w których paliwo gazowe doprowadzane jest na pocztku suwu spr|ania. W silnikach z obcym zródBem zapBonu, zwanych czsto silnikami z zapBonem iskrowym, zapBon mieszaniny nastpuje od iskry elektrycznej. Ci[nienie spr|ania w nich jest ni|sze ni| w silnikach z zapBonem samoczynnym, a temperatura spr|anego powietrza jest ni|sza od temperatury zapBonu paliwa. Do grupy silników z obcym zródBem zapBonu nale| równie| silniki dwupaliwowe (gaz i paliwo ciekBe), w których stosuje si dawk zapBonow paliwa ciekBego. PodziaB wedBug obiegu porównawczego; Ze wzgldu na teoretyczny obieg porównawczy wyró|nia si silniki ze spalaniem: " przy staBej objto[ci (V=const); silniki o niskim stopniu spr|ania z obcym zródBem zapBonu, silniki iskrowe (obieg Otto), " przy staBym ci[nieniu (p=const); silniki o wysokim stopniu spr|ania, paliwo rozpylane jest za pomoc spr|onego powietrza (obieg Diesla), " przy staBej objto[ci i staBym ci[nieniu (obieg Sabathe), wszystkie wspóBczesne wysokopr|ne silniki spalinowe z hydraulicznym rozpylaniem paliwa w cylindrze. Otto Diesla Sabathe Rys. Obiegi teoretyczne silników PodziaB wedBug rodzaju paliwa obejmuje silniki: " gazowe, zasilane gazem ziemnym, generatorowym lub innymi rodzajami gazu, " na paliwo ciekBe, zasilane benzyn, naft, spirytusem, olejem napdowym lub olejem opaBowym, " wielopaliwowe, przystosowane do spalania paliw pBynnych ró|nego pochodzenia lub paliwa gazowego i ciekBego. SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 6 Do tej ostatniej grupy nale| silniki dwupaliwowe stosowane na zbiornikowcach do przewozu gazów LNG (Liquid Natural Gas). Podczas spalania paliwa gazowego w tych silnikach, paliwo ciekBe stosowane jest jako paliwo zapBonowe. PodziaB wedBug sposobu zasilania paliwem dotyczy silników z zasilaniem wtryskowym, zasilane powietrzem i oddzielnie paliwem pBynnym; paliwo jest wtryskiwane do komory spalania w koDcu suwu spr|ania dziki dziaBaniu: " bezpo[redniemu, " po[redniemu. Rys. Zasada dziaBania ukBadów wtryskowych bezpo[rednich i po[rednich Wtrysk paliwa stosuje si równie| w silnikach z zapBonem iskrowym. W tym wypadku wtrysk nastpuje do kanaBu dolotowego powietrza. SkBad mieszaniny reguluje elektroniczny ukBad regulacyjny. PodziaB wedBug sposobu zasilania powietrzem zawiera silniki: " niedoBadowane, w których powietrze lub mieszanina palna dopBywa do cylindra pod wpBywem podci[nienia wywoBanego ruchem tBoka - suw ssania (silniki czterosuwowe), lub niewielkiego nadci[nienia wystarczajcego do pokonania oporów przepBywu Badunku (silniki dwusuwowe). Tego typu silniki nazywa si silnikami wolnosscymi, albo samozasysajcymi, " doBadowane, w których Badunek jest wstpnie spr|any przed doprowadzeniem do cylindra za pomoc specjalnych spr|arek. Silniki tego typu niekiedy nazywa si silnikami kombinowanymi, poniewa| obok silnika tBokowego posiadaj dodatkow spr|ark, najcz[ciej wirnikow, która podaje powietrze do silnika pod zwikszonym ci[nieniem. Ze wzgldu na prdko[ obrotow waBu korbowego wyró|nia si silniki: " wolnoobrotowe (n <240 obr/min), " [rednioobrotowe (240 < n < 1200 obr/min), " szybkoobrotowe (n > 1200 obr/min). SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 7 Ze wzgldu na nawrotno[ wyró|nia si silniki: " nienawrotne o jednym kierunku obrotów w "prawo" lub "lewo"; kierunek obrotów w "prawo" przyjmuje si za zgodny z ruchem wskazówek zegara, widziany od strony koBa zamachowego, " nawrotne, mogce si obraca w obu kierunkach; nawrotno[ jest cech charakterystyczn silników napdzajcych [rub okrtow o staBym skoku. Ze wzgldu na przeznaczenie wyró|nia si silniki: " napdu gBównego (bezpo[redniego i po[redniego), jako silniki napdu gBównego bezpo[redniego stosowane s zazwyczaj dwusuwowe, wolnoobrotowe silniki wodzikowe jednostronnego dziaBania, o mocy do 3000 kW/cyl. i [rednicy cylindra do 800 mm (dawniej 1060 mm). Silniki takie wykonuje si jako nienawrotne, je|eli przeznaczone s do bezpo[redniego napdu [ruby nastawnej i nawrotne - w wypadku [ruby o staBym skoku. Jako silniki napdu gBównego po[redniego, tak zwane silniki przekBadniowe, wykorzystuje si czterosuwowe, [rednioobrotowe silniki doBadowane o mocy do 1500 kW/cyl. i prdko[ci obrotowej od 400 do 1500 obr/min. oraz [rednicy cylindra od 250 do 650 mm. " pomocnicze ró|nego przeznaczenia, zespoBów prdotwórczych. Silniki poszczególnych grup, a tak|e wewntrz tych grup, mog ró|ni si cechami konstrukcyjnymi. Wspóln cech tych silników jest ilo[ cylindrów, wtrysk i samozapBon paliwa, a tak|e rodzaj paliwa (olej napdowy lub opaBowy) oraz doBadowanie. ZASADA DZIAAANIA TURBIN PAROWYCH Turbina parowa jest silnikiem typu wirnikowego przetwarzajcym energi ciepln pary wodnej na energi mechaniczn. Jako silnik turbina parowa stanowi tylko cz[ siBowni, bdcej obszerniejszym urzdzeniem energetycznym, którego pierwszym elementem jest kocioB parowy zasilajcy turbin parow stanowic czynnik roboczy o odpowiednim ci[nieniu i temperaturze. Pod tym wzgldem turbina parowa, podobnie jak ka|dy silnik parowy, ró|ni si od silnika spalinowego, w którym czynnikiem roboczym jest gaz otrzymywany przez wewntrzne spalanie paliwa, dziki czemu silnik spalinowy stanowi kompletne, zamknite urzdzenie energetyczne. Turbina parowa realizuje proces przetwarzania energii inaczej ni| inny silnik parowy, a mianowicie parowy silnik tBokowy, w którym para rozpr|ajc si w cylindrze bezpo[rednio dziaBa na tBok, pokonujc opór u|yteczny przyBo|ony do trzona tBokowego. W turbinie parowej energia cieplna zawarta w podawanej parze zamienia si najpierw w energi kinetyczn, a ta dopiero jest wykorzystywana do wykonania pracy mechanicznej. Podstawowy, znacznie uproszczony ukBad okrtowej siBowni parowej przedstawiono na rysunku. Jej zadaniem podobnie jak ka|dej siBowni okrtowej jest napdzanie statku kosztem energii otrzymanej ze spalonego paliwa. Paliwo podawane jest do kotBa l, gdzie nastpuje podgrzanie wody i zmiana jej stanu skupienia z ciekBego na lotny. Para wodna zostaje nastpnie osuszona i przegrzana w przegrzewaczu 2, ogrzewanym równie| spalinami powstaBymi ze spalonego paliwa. SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 8 Wyprodukowana w ten sposób para rozpr|a si nastpnie w turbinie parowej 3, dziki czemu wykonywana jest praca mechaniczna sBu|ca do napdu [ruby okrtowej. Rys. Schemat podstawowego ukBadu okrtowej siBowni parowej turbinowej l - kocioB; 2 - przegrzewacz pary; 3 - turbina; 4 - skraplacz; 5 - pompa zasilajca; 6 - pompa wody chBodzcej skraplacz Po rozpr|eniu w turbinie para wodna skrapla si w skraplaczu 4 chBodzonym wod zaburtow podawan pomp 6. Skropliny uzyskane w skraplaczu wtBaczane s z powrotem do kotBa pomp zasilajc 5, tworzc tym samym zamknity obieg parowo-wodny siBowni okrtowej. PODZIAA I BUDOWA OKRTOWYCH TURBIN PAROWYCH Okrtowe turbiny parowe ze wzgldu na ich przeznaczenie mo|na podzieli na dwie zasadnicze grupy: " turbiny gBówne, " turbiny pomocnicze. 1. Turbiny gBówne sBu| do napdu statku i s w takim wypadku gBównymi i najcz[ciej jedynymi silnikami napdowymi na danej jednostce (w wyjtkowych i nielicznych wypadkach mo|na spotka napd turbinowy parowy obok innego rodzaju gBównego silnika napdowego). Turbiny gBówne mog napdza waBy z osadzonymi na nich [rubami bezpo[rednio (rozwizania stosowane na pocztku wieku XX  obecnie nie u|ywane) lub te| przez przekBadni (mechaniczn, hydrauliczn lub elektryczn). GBówne napdowe okrtowe turbiny parowe wykonywane s najcz[ciej jako silniki nawrotne, to znaczy maj one mo|liwo[ pracy w dwóch kierunkach. GBówne turbiny nawrotne spotykane s z reguBy w starszych wykonaniach turbin. WspóBcze[nie stosuje si równie| napdowe ukBady turboparowe wspóBpracujce ze [rub o zmiennym skoku. Turbiny parowe stosowane s obecnie jako napd gBówny na statkach o bardzo du|ych mocach, powy|ej 200 000 kW. S to, wic albo jednostki o bardzo du|ej no[no[ci (zbiornikowce, masowce) i stosunkowo niewielkich prdko[ciach, albo te| statki o mniejszej nieco no[no[ci, ale za to o bardzo du|ych prdko[ciach (ekspresowce, kontenerowce, statki typu ro-ro). Zaletami gBównego napdu turbinowego jest znacznie mniejsza pracochBonno[ obsBugi (brak licznych przegldów ukBadów, remontów), nieco wiksza niezawodno[ samego silnika gBównego oraz mniejsza wra|liwo[ na okresowe przeci|enia. Mniejsze jest te| zu|ycie oleju smarowego i materiaBów eksploatacyjnych. SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 9 Do wad tego napdu nale|y zaliczy wiksze jednostkowe zu|ycie paliwa (cho mo|e by ono znacznie gorszego gatunku, a przez to taDsze), wiksze trudno[ci manewrowe oraz konieczno[ do[ dBugiego okresu uruchamiania i odstawiania silnika gBównego lub cigBego jego utrzymywania w pogotowiu. 2. Turbiny pomocnicze mo|na spotka w odró|nieniu od turbin gBównych nie tylko na statkach o napdzie parowym, lecz równie| na statkach o innych rodzajach napdów. Turbiny pomocnicze sBu| do napdu wszelkiego rodzaju mechanizmów pomocniczych siBowni okrtowych. S to z reguBy turbiny o wiele mniejszych mocach ni| turbiny gBówne i dostarczana jest do nich para zazwyczaj o ni|szych parametrach. Znajduj one zastosowanie jako silniki napdowe prdnic okrtowych, wszelkiego rodzaju pomp obsBugujcych gBówne silniki napdowe, kotBy statkowe (pompy chBodzce, zasilajce, skroplinowe itp.) czy instalacje okrtowe (pompy balastowe, przeciwpo|arowe, zzowe, Badunkowe na zbiornikowcach itp.). Ostatnio coraz cz[ciej spotyka si parowe turbiny pomocnicze na statkach z napdem spalinowym. SBu| tam one przewa|nie do napdu prdnic statkowych, a celem ich stosowania jest w tym wypadku ch ekonomicznego wykorzystania ciepBa gazów odlotowych gBównego spalinowego silnika napdowego. Ka|da turbina parowa ma nastpujce podstawowe elementy konstrukcyjne: " nieruchome, kierujce par, przyrzdy ekspansyjne (rozpr|ne) odpowiedniego ksztaBtu i przekroju, czyli tzw. dysze lub kierownice, w których nastpuje zamiana energii cieplnej na energi kinetyczn wskutek spadku zarówno ci[nienia, jak i entalpii pary roboczej, " Bopatki robocze, o odpowiednim ksztaBcie i wielko[ci, osadzone promieniowo w ruchomych (obracajcych si) wirnikach, w przepBywie przez które nastpuje wykorzystanie energii kinetycznej pary do wykonania pracy. Proces wykorzystania energii kinetycznej do wykonania pracy mechanicznej polega na tym, |e para wypBywajca ze znaczn zazwyczaj prdko[ci z przyrzdów ekspansyjnych (rozpr|nych) trafia na wklsBe profile Bopatek, odchyla si wzdBu| nich i zmieniajc kierunek wywiera wskutek tego siB styczn do obwodu wirnika i moment powodujcy obracanie si wirnika turbiny. Omówiona zasada dziaBania turbiny mo|e by realizowana w sposób akcyjny lub reakcyjny. W turbinach typu akcyjnego caBkowity spadek cieplny, jaki ma si do dyspozycji (przy rozpr|aniu od parametrów pocztkowych p1 i t1 (ci[nienie i temperatura) do przeciwci[nienia p2 zamienia si w energi kinetyczn w przyrzdach ekspansyjnych. Para, która wpada do kanaBów midzyBopatkowych po wyj[ciu z przyrzdów ekspansyjnych, nie podlega ju| dalszemu rozpr|eniu. Omówiony podziaB turbin uwzgldnia sposób dziaBania pary roboczej. Oprócz tego podziaBu istnieje jeszcze wiele innych. Ze wzgldu na podziaB pracy rozró|nia si turbiny: " jednostopniowe, " wielostopniowe. W turbinie jednostopniowej bdcy do dyspozycji spadek cieplny jest zamieniany na energi kinetyczn, a ta z kolei jest wykorzystywana do wykonania pracy tylko w jednym zespole (stopniu) zBo|onym z tarczy z przyrzdami rozpr|nymi oraz z wirujcej tarczy z Bopatkami roboczymi. SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 10 Rys. Schemat turbiny akcyjnej ze stopniami prdko[ci i ci[nienia W turbinie wielostopniowej proces wykorzystania energii cieplnej bdcej do dyspozycji do wykonania pracy realizowany jest kolejno w kilku zespoBach, z których ka|dy zBo|ony jest z tarczy z przyrzdami rozpr|nymi i z tarczy wirujcej z Bopatkami roboczymi lub te| z nieruchomego wieDca z Bopatkami kierujcymi i wirujcej tarczy z Bopatkami roboczymi (ten ostatni przykBad dotyczy opisanych ni|ej stopni prdko[ci). Rozró|nia si dwa rodzaje stopni: " stopnie ci[nienia, " stopnie prdko[ci. Stopniem ci[nienia turbiny nazywa si zespóB przyrzdu ekspansyjnego (lub kompletu przyrzdów umieszczonych na obwodzie w kadBubie lub w tarczy kierowniczej) i wirnika z wieDcem Bopatek roboczych Stopniem prdko[ci mo|e by zespóB zBo|ony z nieruchomo osadzonego w obudowie lub w tarczy kierowniczej rzdu Bopatek odwracajcych i obracajcego si wirnika z wieDcem Bopatek roboczych. Okrtowe turbiny jednostopniowe s dzi[ bardzo rzadko u|ywane i mo|na je spotka jedynie jako turbiny nieznacznych nocy do napdu mechanizmów pomocniczych. Wszystkie turbiny okrtowe wikszych mocy i to zarówno turbiny akcyjne, jak i reakcyjne s z reguBy turbinami wielostopniowymi. Inny podziaB turbin parowych, przeprowadzony ze wzgldu na gBówny kierunek przepBywu pary, wyró|nia turbiny: " osiowe, " promieniowe. W turbinach osiowych poszczególne stopnie turbiny umieszczone s na wale kolejno jeden za drugim, i wówczas przepByw pary przez turbin od wlotu do wylotu jest mniej wicej równolegBy do osi waBu turbiny. Schemat takiej turbiny z zaznaczonym kierunkiem gBównego przepBywu pary przedstawiony jest na rysunku. W wypadku turbiny promieniowej wieDce Bopatkowe umieszczone s wspóB[rodkowo wzgldem waBu, a gBówny kierunek przepBywu pary jest w takim ukBadzie prawie prostopadBy do osi waBu turbiny, czyli ma charakter promieniowy. SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 11 Rys. Schemat turbiny: a) osiowej; b) promieniowej Na ogóB wszystkie okrtowe turbiny gBówne s turbinami osiowymi. Turbiny promieniowe, których zalet jest midzy innymi mo|liwo[ realizowania stuprocentowej reakcyjno[ci, sBu|y mog jedynie do napdu mechanizmów pomocniczych (zespoBów prdotwórczych, pomp). W zale|no[ci od stopnia wykorzystania spadku cieplnego mo|na dokona podziaBu turbin na: " kondensacyjne, " przeciwpr|ne lub przeciwci[nieniowe. W turbinach kondensacyjnych wykorzystuje si dla uzyskania pracy caBkowity spadek cieplny zawarty midzy parametrami pary w kotle i parametrami panujcymi w skraplaczu. W wypadku turbiny przciwpr|nej lub przeciwci[nieniowej par rozpr|a si do ci[nienia wy|szego ni| panujce w skraplaczu (najcz[ciej jednocze[nie do ci[nienia wy|szego ni| atmosferyczne). Para odlotowa z turbin tego rodzaju bywa zazwyczaj nastpnie wykorzystywana do celów pomocniczych, jak na przykBad ogrzewanie wody zasilajcej podawanej do kotBa, podgrzewanie powietrza kotBowego. SIAOWNIE OKRTOWE  TM, IRM 12 Rys. Zmiany parametrów pary wodnej w kierownicach Okrtowe gBówne turbiny parowe s turbinami kondensacyjnymi. Turbiny przeciwpr|ne spotykane w siBowniach okrtowych s to najcz[ciej turbiny napdzajce zespoBy prdotwórcze. Poza wy|ej wymienionymi rodzajami turbin mo|na jeszcze rozró|ni: " turbiny upustowe, " turbiny na par odlotow. Turbiny upustowe (zwane inaczej turbinami z pobieraniem pary zaczepowej) s to turbiny, w których caBkowita ilo[ pary dostarczanej do nich bierze udziaB w pracy jedynie w zakresie wysokich ci[nieD, czyli na pierwszych stopniach. Po przej[ciu przez nie pewna ilo[ pary zostaje pobrana z wntrza turbiny do innych celów (np. podgrzewania wody zasilajcej kocioB w podgrzewaczu wysokoci[nieniowym, zasilania wyparownika) tak,|e w dalszych stopniach turbiny gBównej udziaB w pracy bierze ju| zmniejszona o pobran z upustu ilo[ pary. Turbiny na par odlotow s to turbiny, które wykorzystuj energi pary odlotowej z tBokowych silników parowych.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
TM part 5
TM part 1
TM part 6
TM part 4
TM part 2
The Kama Sutra Part V Chapter 3
les09 page handling tm
Drawing the Skull Part 2
3 EngineElectronics (Part 1)
The Kama Sutra Part I Chapter 2
Making Robots With The Arduino part 1
Nugent 5ed 2002 The Government and Politics in the EU part 1
part

więcej podobnych podstron