5192606240

184

Dział techniczny

PRACA

Jan Stępień

Koiły wysokiego ciśnienia

I. Wysokie ciśnienia i temperatury a sprawność termiczna

Poważna konkurencja silników wewnętrznego spalania, a nawet zdystansowanie pod względem ilości w nowych konstrukcjach ostatnich lat, jak to wykazał kol. Około-Knlak. zmusiła konstruktorów wypieranego silnika parowego do obrony.

Po latach długiego zastoju rozwój silników parowych ruszył z miejsca. Szczególnie ostatnie dziesięciolecie przyniosło lak wiele, że można mówić o do-pędzaniu i dotrzymywaniu kroku silnikom spalinowym.

Zasadnicze osiągnięcia dało przejście na drogę podnoszenia ciśnienia i temperatury przegrzania pary. Pociągnęło to z kolei za sobą przystosowanie maszyn do nowych warunków. W rezultacie powstały różnych systemów maszyny tłokowe, które przejęły od przeciwnika rozrząd zaworowy, kombinacje tych maszyn z turbiną niskiego ciśnienia i udoskonalone na wysokie temperatury i ciśnienia turbiny parowe.

..Staruszka¹ maszyna tłokowa z rozrządem suwakowym. pracująca na parę nasyconą o ciśnieniu przeciętnie 12 atm. ma sprawność termiczną = ok. 14°/o.

Maszyna tłokowa zaworowa, np. Lentza. pracująca na parę przegrzaną do 350° C i przeciętnym ciśnieniu ok. 15 atm. posiada sprawność termiczną = ok. 21%.

Dawna turbina miała sprawność termiczną, niewiele różniącą się od maszyny tłokowej = ok. 15%.

Nowoczesna turbina wysokiego ciśnienia z koiłem w^rysokicgo ciśnienia na parę przegrzaną do 400° C i ciśnienie 50 atm. daje sprawność termiczną = ok. 25%.

A teoretyczne wyliczenia dla zespołu turbinowego z kotłami wysokiego ciśnienia na parę przegrzaną 450° C i ciśnienie 80 atm. przewidują sprawność termiczną = ok. 32%. co lcżv w granicach praktycznej osiągał ności.

Wielkość ta zbliża się już do sprawności, jaką daje silnik spalinowy. Sprawność termiczna np. 4-ro-suwowego motoru DicsePa jednostronnego działania = się ok. 35%.

Jak wiemy z termodynamiki, (inż. K. Bielski ..Turbiny parowe i wiadomości z termodynamiki¹), sprawność termiczna teoretycznego silnika Carnofa dla idealnego gazu wyraża się wzorem: strat ciepła między źródłem pary a maszyną i bez strat w samej maszynie, przez co rozprężenie pójdzie po adiabacie ci m do temperatury wody w skraplaczu i zasilającej = 50° C.

T

					rr

Rys. i

Temperatura wrzenia zależna jest tylko od wysokości ciśnienia i wyrasta ze wzrostem ciśnienia:

T²

T

—    41° C

—    99,i°    C

—    100° C

—    151° C

—    179° C

—    197° C

—    309.:,«C

—    374° C

przy

gdzie Ti oznacza temperaturę źródła ciepła, a T2 lem peraturę chłodnicy.

Po przekształceniu T, =

Wzór w tej postaci pokazu je jasno, że ze wzrostem temperatury źródła ciepła wzrasta teoretyczna spra-w ność termiczna.

Jaki wpływ na ekonomiczną wydajność ma wysokie ciśnienie pary 1 wysoka temperatura, najlepiej uwidacznia wykres temperatura — entropia T.S dla pary wodnej (rys. 1), gdzie linia a d oznacza linię w'odv; linia ai di — linię suchej pary nasyconej; linie poziomie między nimi a ai, b bi, c c, itd. — entropię ciepła parowania (utajonego); linie di ki, ci 1,. c, r> — linie parv przegrzanej; a figura b e ei m — obieg Rankiiin dla idealnej maszyny parowej bez

ciśnieniu 0.1 kg./cnv I kg_f/cm² I atm.

5 kg./cm² 10 15 100 225

Ze wzrostem temperatury parowania (wrzenia), a tym samym ze wzrostem ciśnienia, zmniejsza się ciepło parowania (utajone). Na przykład przy temperaturze wrzenia 100° C. czyli przy ciśnieniu 1 atm. ciepło parowania wynosi 350.3 kal.. a przy temperaturze wrzenia 200° C. czyli przy ciśnieniu 15,85 kg./cm². ciepło parowania równa się 464.3 kal.

Na załączonym wykresie linie entropii parowania a a„ b bi, c ci, d di, i wyżej stają się coraz mniejsze, by przeciąć się w punkcie krytycznym, który odpowiada ciśnieniu krytycznemu 223 kg./cm². i temperaturze krytycznej 374°’ C. W punkcie tym entropia pa-

1

Shiipping Record", ..Werft, ReedeTei. Hafen“: Der Deutsche Seemarm" ii uiydh.

2

Opracowując niniejszy artykuł, korzystałem z sfzasopism technicznych:    ..Przegląd Mechaniczny'', „Shipbuildircg and