Book _ PFRI _ Parne-Turbine

1. POGLAVLJE

1. ZADATAK

Para mase D=1 kg/s stanja 0,8 MPa i 350 0C (stanje 0) ulazi po cijelom opsegu sapnica u statorski dio jednostupanjske reakcijske turbine bez poetne brzine strujanja pare. Koeficijenti brzina za statorski i rotorski dio iznose ==0,95. Rotor turbine broj okretaja n=6.000 min-1. Na izlazu iz sapnice para ima tlak 0,4 MPa a na izlazu iz lopatice 200 kPa. Izraunati: a) srednji promjer kola rotora turbine (Dk) i obodnu brzinu kola rotora turbine (u) na promjeru Dk b) vrijednosti brzina pare na ulazu i izlazu iz strujnih kanala (sapnice i lopatice) ako para ustrujava u lopatice pod kutem od 150 c) raspoloivi i stvarni toplinski pad d) odnos visina lopatica i sapnica u odnosu na srednji promjer kola rotora (H/Dk) e) termodinamiki stupanj djelovanja turbine T Rjeenje: a) srednji promjer kola rotora (Dk) i obodna brzina kola rotora (u) Volumni protok pare naznaenog stanja iznosi D2s=1 kg/s 1,03 m3/kg=1,03 m3/s Teoretski raspoloivi toplinski pad: lT=(h0-h2s) oitavajui iz parnih tabela ili h,s dijagrama: lT=(3.160 2.830)103=330.000 J/kg Za ekspanziju u sapnici do 0,4 MPa (toka 1s) oitana je vrijednost entalpije 2.982 kJ/kg, proizlazi da je stupanj reaktivnosti reakcijske turbine R=(2.982-2.830)/(3.160-2.830)=0,46 odabiremo odnos: lT/(u2/2)=2,4 iz ega proizlazi da je: u=(2330.000/2,4)0,5=524 m/s Napomena: S obzirom da je izraunata obodna brzina za jedan stupanj turbine daleko iznad 300 m/s to bi u stvarnosti morali ugraditi barem jo jedan stupanj. Za z stupnjeva, u svakom bi se stupnju iskoristio teoretski toplinski pad lT1= lT/z. Odabirajui samo dva stupnja (z=2), obodna brzina bi imala vrijednost 371 m/s a promjer kola znaajno manji. Srednji promjer kola rotora za jednostupanjsku reakcijsku turbinu iznosi: Dk=u/(100) =1,668 m b) vrijednosti brzina pare na ulazu i izlazu iz strujnih kanala apsolutna brzina na ulazu u lopaticu c1= 2(h h ) + c =0,95 2(3.160.000 2.982.000) + 0 =0,95596,6=566,8 m/s2 0 1s 0

Odnos obodne i apsolutne brzine na ulazu u lopaticu iznosi:

u/c1=0,924.

Iz trokuta brzina moemo pisati: cm1=c1 sin 1= 146,7 m/s Iz trokuta brzina za reakcijsku turbinu: w12=u2+c12-2uc1cos150=5242+566,82-2524566,8cos 150=22.0721/1

1. POGLAVLJE

1. ZADATAK

w1=148,6 m/s Za strujanje bez trenja za reakcijsku turbinu: w2=c1 ali zbog trenja umanjuje se sa koeficijentom brzine w2=c1= 0,95566,8=538,4 m/s c22= u2+ w22-2uw2cos 150= 5242+ 538,42-2524538,4cos 150=19.433 c2=139,4 m/s c) raspoloivi i stvarni toplinski pad Raspoloiva entalpija na ulazu u lopaticu: h1=h1s+(1/2-1)c12/2= 2.982.000+(1/0,952-1)566,82/2=2.999.3533.000 kJ/kg. Toka 1 nalazi se na sjeistu linije tlaka 0,4 MPa i entalpije 3.000 kJ/kg. Raspoloiva entalpija na izlazu iz lopatica: h2=h2, s+(1/2-1)w22/2= 2.860.000+(1/0,952-1)538,42/2=2.875.658 J/kg2.876 kJ/kg Toka 2 nalazi se na sjeistu linije tlaka 0,2 MPa i entalpije 2.876 kJ/kg.,8 =0 a MP

h 0

P0

P1

,4 =0

a MP

ls

1 1s=0 P2 , P 2M a

lTn l T ll

2 2s 2's

s

cm1

c1 u

w1

c2 u

w2

14.3 Prikaz strujanja pare za reakcijsku turbinu u h,s dijagramu i trokuti brzina pare za reakcijsku turbinu: 1=2 i 1=2 d) odnos H/Dk ako je =1 (puni privod pare) Visina sapnice H iznosi: H= 10,354/0,951,6681146,7=0,0000485 m=48,5 mm Napomena: Za protok pare od samo 1 kg/s onda privod se pare moe svesti samo na jednu ili nekoliko sapnica (odaberemo =0,01), visina sapnice prvog stupnja bi iznosila H=48,5 mm. Tada bi odnos H/Dk bio:2/2

1. POGLAVLJEH/Dk=0,0485/1,668=0,029 e) termodinamiki stupanj djelovanja turbine T bez koritenja izlazne brzine: T=lTn/lT stvarno iskoriten toplinski pad: lTn=h0-h2=(3.160-2.876)103=284103 J/kg teoretski raspoloivi toplinski pad: : lT=h0-h2s=(3.160-2.830)103=330103 J/kg

1. ZADATAK

T=lTn/lT=284103/(330103) =0,86

3/3

1. POVEANJE TERMODINAMIKOG STUPNJA DJELOVANJA PARNOTURBINSKOG PROCESA

Poveanje termodinamikog stupnja djelovanja toplinskog procesa: poveanjem tlaka (od 60 do 250 bara) i temperature (od 545 do 560 0C) vodene pare pred ulazom u turbinu snienjem tlaka pare u kondenzatoru turbine (do 0,05 bara-ovisno o teperaturi mora) to znai: dovoenje topline toplinskom procesu kod im vee prosjene temperature i im veeg tlaka odvoenje topline iz toplinskog procesa kod im nie prosjene temperature i tlaka

2. POVEANJE RASPOLOIVOG JEDININOG RADA U PARNOJ TURBINI POETNOM TEMPERATUROM PARE

ns

5p= t. ns

t.

Tco

5 3

5 ,6 3 ,4 1 ,2

p=

K

co

3

1

1

4 2

6

7 2 4 6 x 2< x 4< x 6

x=0

x=1

s

POVEANJE RASPOLOIVOG JEDININOG RADA U PARNOJ TURBINI: IZVODI SE: Poveanjem poetne temperature pregrijane pare (do 545 0C) poveava se raspoloivi jedinini rad turbine (lT=h) Smanjuje se vlanost suhozasiene pare u kondenzatoru (x)

3. POVEANJE RASPOLOIVOG JEDININOG RADA U PARNOJ TURBINI SMANJENJEM TLAKA U KONDENZATORU TURBINE

T

h

11 2

K

3 4 7 6 5 4 x 4< x 3< x 2 x=0 x= 1 s 5 2 3 6 7

s

POVEANJE RASPOLOIVOG JEDININOG RADA U PARNOJ TURBINI: IZVODI SE: smanjenjem tlaka pare u kondenzatoru poveava se raspoloivi jedinini rad turbine (lT=h) poveava se vlanost suhozasiene pare u kondenzatoru (x) Tlak u kondenzatoru od 2,5 kPa do 5 kPa (0,025 bara do 0,05 bara) Temperatura suhozasiene pare odreuje se prema tlaku u kondenzatoru Temperatura morske vode pri prolazu kroz kondenzator povea se do 10 0C do 15 0C Primjer!

K

2

1 4

1

1 3

4. RAUNSKI PRIMJER 1.

U parnoturbinskom brodskom postrojenju hlaenje kondenzatora radi ukapljivanja pare na izlazu iz parne turbine izvodi se morskom vodom ulazne temperature 26 0C. Nakon prolaza kroz kondenzator morska se voda zagrije do 34 0C tako da je jo za 6 0C manja od temperature kondenzata. Odrediti: a) teoretski tlak pare u kondenzatoru, ako je okolni tlak zraka 1.000 hPa b) pothlaivanje kondenzata, ako bi se zbog pogrene manipulacije s morskom vodom protok vode poveao i izazvao izlaznu temperaturu morske vode 30 0C umjesto potrebnih 34 0C. c) poveanu potronju goriva u kg/h, za sluaj pod b) ako je protok kondenzata 250 t/h a ogrjevna mo tekueg goriva iznosi 42 MJ/kg. Rjeenje: Za normalni protok morske vode bez pothlaivanja kondenzata, temperatura pare u kondenzatoru iznosi: 34+6=40 0C to rezultira pritiskom zasienja (iz tabele za zasienu vodenu paru temperature 40 0C) p=0,07375 bara vakuum u kondenzatoru iznosi: 1.000-73,75=926,25 hPa ili 92,625% Za poveani protok morske vode, kondenzat se ohladi do: 30+6=36 0 C, nepotrebno se ohladi za 40-36= 4 0 C, pa je iz bilanse topline HdDg=Dpcvt Poveana potronja goriva: Dg= Dpcvt / Hd =250.0004,1864/42.000=99,67 kg/h=2.392 kg/dan

5. SHEMA RAUNSKOG PRIMJERA 1.Ulaz zasiene pare iz parne turbine 40 C bez pothlaenja kondenzata 40 C 40 C 34 C Izlaz morske vode 34 C (30 C) P=0,07375 bara tlak u kondenzatoru Ulaz morske vode 26 C 26 C s pothlaenjem kondenzata 36 C 30 C

26 C

Izlaz ukapljene pare (kondenzat) 40 C (36 C)

6. POVEANJE RASPOLOIVOG JEDININOG RADA U PARNOJ TURBINI MEUPREGRIJAVANJEM PARE

T

h

3

t=const.

h3-h2 h1-h 2

1

1 3 K 2 K

2

h3-h 44

5

4

5

s

h1-h 5s

7. PARAMETRI MEUPREGRIJAVANJA VODENE PARE U PARNOTURBINSKOM PROCESUU nastojanju da se toplinski proces im vie priblii Carnotovom krunom procesu, procesu sa najveim termodinamikim stupnjem djelovanja, izvodi se meupregrijavanje pare i time se povisuje srednja temperatura dovoenja topline Budui da je temperatura pregrijanja pare ograniena svojstvima konstrukcijskih materijala pregrijavanje i meupregrijavanje pare izvodi se najee do najvie do 545 0C ( 818 K ) Pregrijavanjem i meupregrijavanjem pare dovodi se do povienja termodinamikog stupnja djelovanja od 2% do 4%, te snienje vlanosti i specifine potronje pare toplinskog postrojenja Moderna postrojenja rade s jednim pregrijaem pare i jednim meupregrijaem pare Meupregrijavanje pare provodi se kod tlakova pregrijanja pare viih od 8 Mpa (80 bara) Para izobarnim dovodom topline ponovno postie poetnu temperaturu kao pregrijana para. Obino se u meupregrijau pregrije para sa 350 0C na 545 0C dok je tlak meupregrijanja ovisan o raspodjeli snage po kuitu turbine Tlak meupregrijanja obino iznosi oko 30% od tlaka na ulazu u visokotlanu turbinu

8. IZMJENJENE TOPLINE I TERMODINAMIKI STUPANJ DJELOVANJA KOD MEUPREGIJAVANJA PAREjedinini dobiveni rad zbroj je rada visokotlane turbine (l1 - l2 ) i niskotlane turbine (l3 - l4) lT= (l1 - l2 ) + (l3 - l4) (J/kg) jedinina toplina dovedena pari u kotlu qK zbroj je topline dovenene u zagrijau napojne vode, isparivau i pregrijau pare q1,5 i topline dovedene u meupregrijau q2,3 qK= q1,5 + q2,3 = (l1 l5 ) + (l3 l2) (J/kg) toplina koja se dovodi u kondenzator parom iz turbine qC i iz njega mora odvesti rashladnom morskom vodom iznosi: (J/kg) q C = q4 q 5 termodinamiki stupanj djelovanja (idealnog) toplinskog procesa t predstavlja omjer teoretski raspoloivog rada na turbini lT i dovedene topline pari u kotlu qK: t = lT//qK

9. RAUNSKI PRIMJER (SLIKA 6.)(8 sati;10.03.04. ZD)

Brodski generator pare proizvodi 150 t/h pregrijane vodene pare poetnog stanja 15 MPa (150 bara) i 560 0C. Nakon ekspanzije u visokotlanoj turbini do 3,5 MPa para se izobarno pregrijava u meupregrijau na poetnu temperaturu. Tlak u kondenzatoru iznosi 4,2 kPa (0,042 bara). Dozvoljeno zagrijavanje rashladne morske vode iznosi 10 0C. Za loenje se koristi tekue gorivo ogrjevne moi 41,7 MJ/kg. Toplinski stupanj djelovanja generatora pare iznosi 0,91. Odrediti: Snagu na osovini turbinskog postrojenja, vlanost pare na kraju ekspanzije u niskotlanoj turbini, potronju goriva, potronju rashladne morske vode, termodinamiki stupanj djelovanja procesa i specifinu potronju pare. Rjeenje: Iz parnih tabela ili h,s dijagrama oitamo za poetno stanje pare: h1=3.480 kJ/kg; h2=3.040 kJ/kg; h3=3.590 kJ/kg; h4=2.180 kJ/kg; h5=120 kJ/kg; x4=0,86 Jedinini dobiveni teoretski rad turbina iznosi:lT=(h1-h2)+ (h3-h4)=3.480-120+3.590-3.040=1.850 kJ/kg Teoretska snaga na turbini iznosi:PT=DlT=(150.000/3.600)1.850=77.083 kW Vlanost na kraju ekspanzije iznosi: 1-x4=1-0,86=0,14 ili 14% Dovedena toplina vodenoj pari: Qd=D[(h1-h5)+ (h3-h2)]=41,666[(3.480-120)+ (3.590-3.040)]=162.914 kW Potronja goriva iznosi:Dg=Qd/(HdK)=162.914/(41.7000,91)=4,293 kg/s=15,5 t/h Odvedena toplina rashladnom morskom vodom:Qw=D(h4-h5)=41,666(2.180-120)=85.832 kW Potronja rashladne morske vode: Dw= Qw/(cwT)=85.832/(3,9810)=2.156 kg/s=7.762 m3/h Termodinamiki stupanj djelovanja procesa:t=PT/Qd=77.083/162.914=0,473 ili 0,47,3% Teoretska specifina potronja pare iznosi:dT=150.000/77.083=1,95 kg/kWh

10. AKCIJSKA TOPLINSKA TURBINAOsnov rada akcijske toplinske turbine i oblik lopatica 1-sapnica, 2-lopatica, 1-kut ulazne brzine medija iz sapnice, 1-kut ulazne brzine medija u lopaticu, 2kut izlazne brzine medija iz lopatice 1 = 2 Samo skretanje mlaza medija izmeu lopatica na rotoru proizvodi silu koja zakree rotor turbine. Brzina strujanja medija izmeu lopatica je nepromjenjena kao i tlak. Kod akcijske turbine cjelokupni se pad tlaka, to znai i pad entalpije, preobrazuje u brzinu medija u sapnici smjetenoj na statoru, odnosno kuitu turbine. Lopatice uzrokuju promjenu smjera brzine medija te se uslijed toga pojavljuje sila koja okree rotor.

2

1

2

1

1

11. REAKCIJSKA TOPLINSKA TURBINA

2 11

Osnov rada reakcijske turbine i oblik lopatica1-sapnica, 2-lopatica, 1-kut ulazne brzine medija iz sapnice, 1-kut ulazne brzine medija u lopaticu, 2-kut izlazne brzine medija iz lopatice

2 = 1Reakcijska turbina razlikuje se od akcijske po tome to se i u rotorskom dijelu poveava brzina strujanja medija (izmeu lopatica) Poveanje brzine medija izvodi se smanjem presjeka kanala izmeu lopatica u smjeru napredovanja medija U reakcijskoj se turbini dodatno deava preobraanje toplinskog pada u kinetiku energiju (brzinu medija) i u rotorskom dijelu, a ne samo u statorskom dijelu, kao to je to sluaj kod akcijske turbine Udio toplinskog pada koji se preobrazuje u brzinu strujanja medija u rotoru turbine naziva se stupanj reaktivnosti Kod reakcijskih toplinskih turbina najee stupanj reaktivnosti iznosi 50%, tj. polovica se toplinskog pada preobrazuje u kinetiku energiju u statoru a polovica u rotoru Kod akcijskih toplinskih turbina (bez trenja) stupanj reaktivnosti iznosi 0%, a kod strujanja s trenjem stupanj reaktivnosti za akcijske toplinske turbine iznosi i do 5%

2 1

12. AKSIJALNA TOPLINSKA TURBINA

Strujanje pare kroz aksijalnu toplinsku turbinu PARALELNO S SMJEROM OSI ROTORA

13. RADIJALNA PARNA TURBINA

Strujanje medija kroz radijalnu parnu turbinu OKOMITO NA SMJER OSI ROTORA

14. PODJELA PARNIH TURBINAprema broju stupnjeva prema broju kuita

Prema broju stupnjeva (red lopatica i sapnica): jednostupnjevne turbine (sastoje se samo od jednog reda sapnica i jednog reda lopatica) viestupnjevne turbine (sastoje se od vie redova sapnica i isto toliko redova lopatica) Prema broju kuita turbine: jednokuine turbine viekuine turbine

(sastoje se iz jednog rotora i jednog kuita) (sastoje se od dva i vie rotora kao i istog broja kuita)

Za brodski pogon najee se izvodi dvokuina i trokuina turbina to ima niz prednosti Najvea je prednost u tome to se jedno kuite moe koristiti samostalno kao rezervni stroj V.T.-visokotlana turbina, N.T.-niskotlana turbina, S.T.-srednjetlana turbina

15. KONDENZACIJSKE I PROTUTLANE PARNE TURBINE

16. PODJELA PARNIH TURBINA PREMA NAMJENIGLAVNE PARNE TURBINE POMONE PARNE TURBINE (6 sati; 08.03.04 RI )

17. STRUJANJE MEDIJA U NEPOKRETNOM LOPATINOM KANALU

Za strujanje u nepokretnom lopatinom kanalu (prostor izmeu dviju lopatica) protokom mase medija s razlikom izmeu ulazne i izlazne brzine, uspostavi se sila kojom medij djeluje na lopaticu: F= D (C2-C1) (kg/s)(m/s) ili (N) Gdje je: F - sila kojom medij djeluje na lopaticu N D maseni protok medija kg/s C1- brzina medija na ulazu u lopatini kanal m/s C1- brzina medija na izlazu iz lopatinog kanala m/s u smjeru x (okomito na os rotora) djeluje komponenta Fx sile F: Fx= D (C2x-C1x) u smjeru y (paralelno s osom rotora) djeluje komponenta Fy sile F: Fy= D (C2y-C1y) Sila Fx djeluje na vrtnju rotora i poeljna je im vea, to se postie zakretanjem lopatinog kanala u smjeru dok komponenta brzine C2x ne postane suprotna smjeru komponente brzine C1x. Sila Fy djeluje uzdu osi rotora i nepoeljna je. Komponenta brzine C2y i komponenta brzine C1y uvijek su istog smjera.

18. TROKUTI BRZINA U LOPATINOM KANALU

u

w1 c1 u

c2

w2

c1

u

w1

c2

u

w2

19. SILE NA ROTORU TOPLINSKE TURBNINE

Za strujanje u pokretnom lopatinom kanalu (prostor izmeu dviju lopatica) protokom mase pare s razlikom izmeu ulazne i izlazne brzine, uspostavi se sila kojom medij (para ili plin) djeluje na lopaticu: (N) jedinice (kg/s)(m/s) F= D (w2-w1) Gdje je: F N sila kojom medij djeluje na lopatice rotora D kg/s maseni protok medija m/s relativna brzina medija na ulazu u lopatini kanal w1 m/s relativna brzina medija na izlazu iz lopatinog kanala w1 u smjeru x (okomito na os rotora-tangencijalno) djeluje komponenta Fx sile F: Fx= D (w2x-w1x) u smjeru y (paralelno s osom rotora-aksijalno) djeluje komponenta Fy sile F: Fy= D (w2y-w1y) Sila Fx djeluje na vrtnju rotora i poeljna je im vea, to se postie izvedbom lopatinog kanala u smjeru dok komponenta brzine w2x ne postane suprotna smjeru komponente brzine w1x. Fx= D (w2x+w1x) (razliiti smjer w!!!) Sila Fy djeluje uzdu osi rotora i nepoeljna je. Komponenta brzine w2y i komponenta brzine w1y uvijek su istog smjera.

20. SILA I SNAGA NA ROTORU AKCIJSKE TOPLINSKE TURBINE

ZA AKCIJSKU TOPLINSKU TURBINU VRIJEDI: lopatice su simetrie 1 = 2 lopatini kanal ima konstantni popreni presjek relativne brzine pare (w1 = w2) za sluaj bez trenja iz trokuta brzina w1X = w1 cos 1 = c1 cos 1 u w1X = w1 cos 1 = w2X w2X = w2 cos 2 Sila zakretanja rotora akcijske parne turbine (okomito na os rotora turbine-tangencijalna sila): FX= D (w2x+w1x)=D(w2 cos 2 + w1 cos 1 ) FX= D(2 w1 cos 1 )= 2D(c1 cos 1 u)= 2D(c1 cos 1 u)= 2 D c1(cos 1 u/c1)= N jedinice (kg/s)(m/s) FX= 2 D c1(cos 1 u/c1) Sila pomaka rotora akcijske parne turbine (u osi rotora turbine-odrivni leaj-aksijalna sila): N Fy= D (w2y-w1y) Snaga zakretanja rotora akcijske parne turbine: W jedinice (N)(m/s) PTn = Fx u

21. SILA I SNAGA NA ROTORU REAKCIJSKE TOPLINSKE TURBINE

ZA REAKCIJSKU TOPLINSKU TURBINU VRIJEDI: lopatice nisu simetrine te je: 1 = 2 ; 2 = 1 ; w1=c2; w2=c1 lopatini kanal nema konstantni popreni presjek relativne brzine pare (w1 w2) za sluaj s i bez trenja iz trokuta brzina w1X = w1 cos 1 = c1 cos 1 u w2X = w2 cos 2 = c2 cos 2 + u Sila zakretanja rotora reakcijske parne turbine (tangencijalna sila): FX= D (w2x+w1x)=D(w2 cos 2 + w1 cos 1 )= D [ c1 cos 1 + (c1 cos 1 - u)] FX= D(2 c1 cos 1 - u )= D c1(2 cos 1 u/c1) N jedinice (kg/s)(m/s) FX= D c1(2 cos 1 u/c1) Sila pomaka rotora reakcijske parne turbine (u osi rotora turbine-odrivni leaj-aksijalna sila): N jedinice (kg/s)(m/s) Fy= D (w2y-w1y) Snaga zakretanja rotora reakcijske parne turbine: W jedinice (N)(m/s) PTn = Fx u

22. OVISNOST TANGECIJALNE SILE I SNAGE O ODNOSU OBODNE I APSOLUTNE BRZINE MEDIJA NA ULAZU U TOPLINSKU TURBINU

Fx Fxmaxreakcijska turbina

akcijska turbina

0

u/c1=1

u/c1=2

u/c1

Sila zakretanja rotora Fx=0 i snaga PTn=0 akcijska turbina FX= 2 D c1(cos 1 u/c1)=0 u/c1 =cos 1= cos 150 1 reakcijska turbina FX= D c1(2 cos 1 u/c1)=0 u/c1 =2cos 1= 2 cos 150 2 Maksimalna sila zakretanja rotora (Fxmax) akcijska i reakcijska turbina za u/c1=0 N FXmax= 2 D c1 cos 1 Maksimalna snaga P Tnmax za u/c1=0 W PTnmax = Fxmax u= 2 D u c1 cos 1

PTn PTnmax

reakcijska turbina akcijska turbina

u/c1=1

u/c1=2

u/c1

23. PRIKAZ DJELOVANJA SILA NA ROTOR TOPLINSKE TURBINE

DJELOVANJE TANGENCIJALNE SILE

FXDJELOVANJE AKSIJALNE SILE

FY

1.

ODNOS ENERGIJA U TOPLINSKOJ TURBINI

c02/2 0 P0 ls

1 P1 1s ll

lTn l T

c22/2 2 2s P2 s 2's

(0-1s) raspoloivi toplinski pad u sapnici (1s-2s) raspoloivi toplinski pad u lopatici (0-1) stvarni toplinski pad u sapnici (ls) (1-2) stvarni toplinski pad u lopatici (ll) (0-2) stvarni toplinski pad u sapnici i lopatici (jedan stupanj turbine) lTn (0-2s) raspoloivi toplinski pad u sapnici i lopatici (jedan stupanj turbine) lT

2. IZGLED SAPNICA, PROMJENA TLAKA I APSOLUTNE BRZINE MEDIJA U AKCIJSKOJ I REAKCIJSKOJ TURBINI

P, c P

P, c P

c

c

sapnica

lopatica reakcijske turbine

sapnica

lopatica akcijske turbine

3. ODNOS BRZINA U TOPLINSKOJ TURBINI

Prema zakonu o odranju energije vrijedi: h+c2/2 =konst. Za strujanje bez trenja u sapnici toplinske turbine: h0+c02/2 = h1s+c1s2/2 Teoretska brzina na izlazu iz sapnice (bez trenja): c1s =[2(h0 - h1s) + c02 ]0,5 Teoretska brzina na izlazu iz sapnice (uz trenje): c1 =[2(h0 - h1) + c02 ]0,5 = c1/c1s koeficijent apsolutne brzine medija (gubitak na brzini zbog trenja u sapnici) poetna apsolutna brzina medija na ulazu u sapnicu c0 R=ll/lTn stupanj reaktivnosti toplinske turbine R= 0 Za akcijsku toplinsku turbinu (ekspanzija samo u sapnici, u lopatinom kanalu samo skretanje medija) R= 1 Za reakcijsku toplinsku turbinu (ekspanzija samo u lopatinom kanalu, u sapnici samo privod medija) R= 0,5 Za reakcijsku toplinsku turbinu (polovica ekspanzije u sapnici i polovica ekspanzije u lopatinom kanalu uz dodatno skretanje medija)

4. TERMODINAMIKI STUPANJ DJELOVANJA TOPLINSKE TURBINE

Za strujanje s trenjem u sapnici toplinske turbine zakon o odranju energije: h0+c02/2 = h1+c12/2 bez izvrenja rada Za strujanje s trenjem u sapnici i lopatici toplinske turbine prema zakonu o odranju energije: h0+c02/2 = h2+c22/2 + lTn uz izvrenje rada na lopatici lTn = (h0+c02/2) (h2+c22/2) izvreni rad na lopatici Termodinamiki stupanj djelovanja turbine predstavlja odnos: T = lTn / lT = [(h0+c02/2) (h2+c22/2)] / [(h0+c02/2)- (h2s+c22/2)]

5. EKSPANZIJA U AKCIJSKOJ TOPLINSKOJ TURBINI

c02/2 0 P0

teoretski raspoloiva energija: lT = (h0 + c02/2) - h1s = c1s2/2 J/kg= c1/c1s

lT = c12/(22)Gubitak energije zbog trenja u sapnici:lTn l T

h1 h1s= c1s 2/2 - c12/2= (c12/2)[(1- 2)/ 2] Gubitak energije zbog trenja u lopatici: h2 h1= w12/2 w22/2= w12/2 - 2 w12/2= h2 h1= (w12/2)(1- 2)

1

c22/2 2

P1=P2

1s=2s

s

6. Termodinamiki stupanj djelovanja u jednom stupnju akcijske turbinedobivena energija: lTn = u(w2 cos 2 + w1 cos 1 ) T = lTn / lT = u(w1cos 1+w2cos 2) / (c1s2 /2)= w2 / w2s = w2 / w1

J/kg

koeficijent relativne brzine pare u lopaticama

T = lTn / lT = 2 2 (u /c1)(cos 1 u/c1)(1+ ) Derivacijom gornjeg izraza po (u/c1) , maksimalna vrijednost termodinamikog stupnja djelovanja akcijske turbine dobiva se za odnos brzina: u/c1=(1/2)cos 1 Tmax = (2/2)(cos 1)2 (1+ ) kut ustrujavanja pare u kolo rotora: 1= 14o i 20 o u/c1= 0,45 do 0,49 . T = 0,89 - 0,94 koeficjent brzine u sapnici iznosi = 0,90 - 0,98 koeficjent brzine u lopaticama = 0,70 - 0,90

7. Termodinamiki stupanj djelovanja jednog stupnja akcijske turbine u ovisnosti o brzinamaTmax = (2/2)(cos 1)2 (1+ ) Za =1, =1, 1=150 Tmax = (cos 1)2 =0,933

te rmodina mi ki s tupa nj dje lova nja a kc ijs ke turbine

1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 u/c1 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 s tvarni termodinamiki s tupanj djelovanja teorets ki termodinamiki s tupanj djelovanja

8. EKSPANZIJA U REAKCIJSKOJ TOPLINSKOJ TURBINI

c02/2 0 P0 ls

teoretski raspoloiva energija: lT=(c1s2/2 c02/2 )+(w2s2/2 w1s2/2)Gubitak energije zbog trenja u sapnici: = c1/c1slTn l T

J/kg

h1 h1s= c1s 2/2 - c12/2= c12/(22)- c12/2= h1 h1s= (c12/2)[(1- 2)/ 2] Gubitak energije zbog trenja u lopatici: =w2/w2s h2 h2s= w2s2/2 w22/2= (w22/2)[(1- 2)/ 2] h1 h2= w22/2 w12/2

1 P1 1s ll

c22/2 2 2s P2 s 2's

9. ODNOS ENERGIJA U REAKCIJSKOJ TURBINI

teoretski raspoloiva energija:lT = (c1s2/2- c02/2) + (w2s2 - w1s2)/2 J/kg J/kg dobivena energija: lTn = u(w2 cos 2 + w1 cos 1 ) T = lTn / lT = u(w1cos 1+w2cos 2) / [(c1s2/2)+(w22 - w12)/2] T = lTn / lT = 2[(u /c1)(2cos 1 u/c1)]/{[(2-2)/2)]+ (u /c1)(2cos 1 u/c1)} Derivacijom gornjeg izraza po (u/c1) , maksimalna vrijednost termodinamikog stupnja djelovanja jednog stupnja reakcijske turbine dobiva se za odnos brzina: u/c1= cos 1 Tmax = 2[(cos 1)(2cos 1 cos 1)]/{[(2- 2)/ 2)]+ (cos 1)(2cos 1 cos 1)} Tmax = 2(cos 1)2 /{[(2- 2)/ 2)]+ (cos 1)2} kut ustrujavanja pare u kolo rotora: 1= 14o i 20 o u/c1= 0,90 do 0,98 T = 0,89 - 0,94 koeficjenti brzina u sapnici i lopatici iznose: = = 0,82 - 0,95

10. Termodinamiki stupanj djelovanja jednog stupnja reakcijske turbine u ovisnosti o brzinama1,00 0,90

termo dinamiki s tupanj djelo vanja reakcijs ke turbine

0,80 0,70teoretski

0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

stvarni

Tmax = 2(cos 1)2 /{[(2- 2)/ 2)]+ (cos 1)2} Za =1, =1, 1=200 Tmax = 2(cos 1)2 /{1+ (cos 1)2} Tmax = 1,766 /1,883=0,938 Kod dva stupnja reakcijske turbine optimalni se stupanj djelovanja postie kod u/c1= 0,5 cos 1

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,90

u/c1

2,00

11. Termodinamiki stupanj djelovanja dva stupnja akcijske turbine u ovisnosti o brzinama

termodinamiki stupanj djelovanja akcijske turbine

1,00 0,90 0,80 0,70 0,60teoretski 2. stupnjateoretski 1. stupanj

0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00stvarni 2. stupnjastvarni 1. stupanj

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50u/c1

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

Za dva stupnja akcijske toplinske turbine maksimalni termodinamiki stupanj djelovanja uspostavlja se pri: u/c1= (1/2)(1/2) cos1 u/c1= (1/4) cos1 Obodna brzina (u) opada s porastom broja stupnjeva turbine (za akcijsku i reakcijsku turbinu)

12. Prikaz ukupnih gubitaka unutar toplinske turbine

h 0 P0

c02/2

Ukupni gubici unutar toplinske turbine iznose:

hg = (h2-h2s)+ c22/2ls

1 P1 1s ll

lTn l T

c22/2 2 2s P2 2's

(h2-h2s)+c22/2

13. Prikaz ukupnih gubitaka unutar parnoturbinskog pogona

Ukupni gubici unutar oplinskog procesa parnih turbina iznose.

100-prema primjeru s slike ukupni gubici toplinskog procesa parnoturbinskog pogona iznose 100-34%=66%


3=28,6

3=52,4

1=19,5

c1=82 u=195

0

w1=63

4

c3=

w3

382

u=195

u=195

c2=

411

w2=

590

u=195

co=c1

/= 88

ice sapn

Fy1

c1w1

Fx1

lopatice 1. stupnja

u

skretni kanalc2w2

u Fy2c3

Fx2w3

lopatice 2. stupnja

u

c4

u

2=19 ,5

1=15

=2 31

c4=1

2=5

82

2=28,

4=

2,4

5 0, 11

2

U dvostupnjevnu akcijsku Curtis toplinsku turbinu s brzinom vrtnje n=6.000 min-1 ulazi pregrijana para stvarnom brzinom c1=820 m/s. Sapnice i lopatice imaju koeficijente brzina ====0,93. Para ulazi u prvi stupanj turbine pod kutem od 150. Odnos brzina (u/c1) iznosi 0,2375 Odrediti: 1.Obodnu brzinu kola rotora (u) 2.Promjer kola rotora (Dk) 3.Izraunati ili grafiki odrediti brzine pare kroz turbinu (c2, c3, c4, w1, w2, w3, w4) i kuteve brzina 4.Izraunati tangencijalnu silu na obodu kola rotora i aksijalnu silu na odrivni leaj, ako je protok pare 1 kg/s 5.Izraunati snagu turbine na obodu kola rotora u kW 6.Maksimalni termodinamiki stupanj djelovanja Curtis turbine

6

w4

=2 15

w4

15. RAUNSKI PRIMJER 1.nastavak

1. Obodna brzina kola rotora (u): u= 8200,2375=195 m/s Dk=u/(3,14n)=195/(3,14100)=0,621 m 2. Promjer kola rotora (Dk): 3. Izraunavanje brzina pare kroz turbinu (c2, c3, c4, w1, w2, w3, w4) i kuteva brzina strujanja pare w12=c12+u2-2uc1cos 1= 8202+1952-2195820cos 150=401.522 w1=634 m/s cos 1-u= w1cos 1 cos 1=(8200,966-195)/634=0,942 1= 2=19,50 kutevi lopatica prvog stupnja relativna brzina pare na izlazu iz prvog reda lopatica w2= w1= 0,93634= 590 m/s 2=u2+w 2-2uw cos = 1952+5902-2195590cos 19,50=169.223 c =411 m/s c2 2 2 2 2 w2/sin 2= c2/sin 2 sin 2=( w2/c2) sin 2=(590/411)0,333 2= 3=28,60 c3= c2= 0,93411= 382 m/s apsolutna brzina pare na ulazu u drugi red lopatica 2=c 2+u2-2uc cos = 3822+1952-2195382cos 28,60=53.147 w =231 m/s w3 3 3 3 3 0 - =23,80 w3/sin 3= u/sin (3-3) sin (3-3)=( u/w3) sin 3=(195/231) sin 28,6 3 3 3= 4=23,80+28,60=52,40 kutevi lopatica drugog stupnja w4= w3= 0,93231= 215 m/s relativna brzina pare na izlazu iz drugog reda lopatica c42=u2+w42-2uw4cos 4= 1952+2152-2195215cos 52,40=33.089 c4=182 m/s c4/sin 4= u/sin ( 4-4) sin ( 4-4)=(u/c4) sin 4=(195/182) sin 52,40=0,84888 ( 4-4)=58,10 4=58,10+52,40=110,50

16. RAUNSKI PRIMJER 1.nastavak

4. Izraunavanje tangencijalne sile na obodu kola rotora i aksijalne sile na odrivni leaj, ako je protok pare 1 kg/s Sila zakretanja rotora ili korisna tangencijalna sila(ukupno za 1.stupanj i 2.stupanj) Fx=Fx1+Fx2=D(w1x+w2x)+D(w3x+w4x)= =1(6340,9426+5900,9426)+1(2310,610+2150,610)=1.462 N Sila pritiska rotora na odrivni leaj(ukupno za 1.stupanj i 2.stupanj) (- predznak zbog smjera brzina) Fy=Fy1+Fy2=D(w2y-w1y)+D(w4y-w3y)= =1(590sin19,50-634sin19,50)+1(215sin52,40-231sin52,40)=-378-12,6= Fy=-365,4 N 5. Izraunavanje snage turbine na obodu kola rotora u kW PTn=Fxu=1.462195=285.480 W=285 kW 6. Termodinamiki stupanj djelovanja T= PTn /(c02/2)=2285.480/(820/0,93)2=0,7344

IV. POGLAVLJE TIRELI: BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

1. IZVEDBE PARNIH TURBINA8 sati; 22.03.04. RI

1. Po svojoj izvedbi brodske se parne turbine ne razlikuju od stacionarnih parnih turbina u toplanama i elektranama. 2. Brodske parne turbine razlikuju se od stacionarnih parnih turbina po tome to: pogone propeler umjesto elektrini generator (elektrane i toplane) je vrtnja mogua u oba smjera imaju radni broj okretaja od 2 do 3 puta vei i promjenljiv su kritine brzine vrtnje iznad radnih brzina vrtnji i ne dostiu se u toku rada turbine na istoj osovini imaju ugraenu i turbinu za pogon natrag


2. JEDNOSTUPANJSKA AKCIJSKA TURBINA(De Laval-ova turbina)

Po svojoj izvedbi brodske se parne turbine ne razlikuju od stacionarnih parnih turbina u toplanama i elektranama. Brodske parne turbine razlikuju se od stacionarnih parnih turbina po tome to: pogone propeler umjesto elektrini generator (elektrane i toplane) je vrtnja mogua u oba smjera imaju radni broj okretaja od 2 do 3 puta vei i promjenljiv zavisno o potrebnoj snazi na propeleru su kritine brzine vrtnje iznad radnih brzina vrtnji i ne dostiu se u toku normalnog rada turbine na istoj osovini imaju ugraenu i turbinu za pogon natrag


3. DVOSTUPANJSKA AKCIJSKA TURBINAs jednim stupnjevanjem brzine- CURTIS turbina

a-kuite, b-sapnice, c-skretni kanal, dlopatice, e-rotor, 0-ulaz u sapnicu, 1-izlaz iz sapnice i ulaz u lopaticu prvog stupnja, 2-izlaz iz lopatice prvog stupnja i ulaz u drugi stupanj, 3-izlaz iz skretnog kanala drugog stupnja, 4-izlaz iz lopatica drugog stupnja, zbroj stupnjva (u ovom sluaju z=2)

Toplinska energija (tlak p, temperatura T) preobrazuje se u kinetiku energiju (c-brzina) samo u sapnici (b) stanje (0-1) Curtis turbina sastoji se od 2 do 4 stupnja (sapnica+lopatic) Drugi i daljnji redovi sapnica (skretni kanal) slue za skretanje pare (plin) bez promjena stanja Optimalni termodinamiki stupanj djelovanja pri: u/c1=(1/2z)cos1 Primjena: prvi stupnjevi kod viestupnjevanih turbina ili samostalno (pumpe tereta na brodu)


4. VIESTUPANJSKA AKCIJSKA TURBINA

S1, S2, S3, S4-sapnice R1, R2, R3, R4-lopatice rotora

Viestupanjska akcijska turbina sastoji se iz vie jednostupanjskih akcijskih stupnjeva spojenih na istoj osovini i u zajednikom kuitu. Svaki stupanj proradi proporcionalni dio od ukupnog toplinskog pada. Akcijska turbina na slici ima etiri stupnja Dijagram prikazuje tijek pada tlaka i promjene apsolutne brzine (c) pri strujanju pare (plin) kroz turbinu. Tlak pada samo u sapnicama na raun poveanja apsolutne brzine pare (plin). U lopaticama apsolutna brzina pare (c) pada na raun izvrenja rada.


5. VIESTUPANJSKA REAKCIJSKA TURBINA

S1, S2, S3, S4-sapnice R1, R2, R3, R4-lopatice rotora

Viestupanjska reakcijska turbina sastoji se iz vie jednostupanjskih reakcijskih stupnjeva spojenih na istoj osovini i u zajednikom kuitu. Svaki stupanj proradi proporcionalni dio od ukupnog toplinskog pada. Rekcijska turbina na slici ima etiri stupnja Dijagram prikazuje tijek pada tlaka i promjene apsolutne brzine (c) pri strujanju pare (plin) kroz turbinu. Tlak pada u sapnicama i lopaticama na raun poveanja apsolutne brzine pare (plin). U lopaticama apsolutna brzina pare (c) pada na raun izvrenja rada.


6. ODNOS BRZINA VIESTUPANJSKIH TURBINA

Ako jednostupanjska i viestupanjska turbina proradi isti toplinski pad, brzina pare na izlazu iz sapnice bit e za jednostupnjevu turbinu iz openitog izraza: h0=c02/2 za strujanje bez trenja, za sluaj strujanja s trenjem za jednostupanjsku turbinu c11= 1,414(h0)1/2 ako je z broj stupnjeva viestupanjske turbine onda je apsolutna brzina iz sapnice u viestupanjskoj turbini: c1z= 1,414(h0/z)1/2 Odnos apsolutnih brzina pare biti e: c11/ c1z= z1/2 apsolutna brzina pare kod viestupnjanjske turbine sa z stupnjeva za z1/2 puta je manja od brzine pare kod jednostupanjske turbine. Ako svaki stupanj viestupanjske turbine radi s maksimalnim termodinamikim stupnjem djelovanja kao i jednostupanjska turbina, onda vrijedi odnos: u1/ uz= z1/2 Obodna brzina viestupnjeve turbine uz je za z1/2 puta manja od obodne brzine jednostupanjske turbine u1 koja proradi isti toplinski pad.


7. ODNOS STUPNJA DJELOVANJA VIESTUPANJSKIH TURBINAviestupupanjska turbina moe proraditi veliki toplinski pad umjerenom obodnom brzinom i svaki stupanj, time i turbina, u cjelosti ima maksimalni termodinamiki stupanj djelovanja. termodinamiki stupanj djelovanja turbine: T=lTn/lT=hu/h0 Teoretski raspoloivi toplinski padovi za svaki stupanj turbine iznose: h01 , h02 , h03 , h04 Zbroj teoretski raspoloivih toplinskih padova h0z=h01 + h02 + h03 + h04 po stupnjevima vei je od teoretski ukupno raspoloivog toplinskog pada kada bi ekspanzija bila samo u jednom stupnju (h0) za faktor zagrijavanja = h0z/ h0 =1,02 do 1,08 Time je i ukupni termodinamiki stupanj djelovanja za viestupanjsku turbinu za vei od onog za jednostupanjsku turbinu: T= T1


8. KOMBINIRANE VIESTUPANJSKE TURBINE S CURTIS TURBINOMViestupnjevne akcijske i reakcijske turbine esto se kombiniraju sa Curtis turbinom to prua niz prednosti Curtis turbina se postavlja kao prvi stupanj viestupanjske turbine, jer proradi nekoliko puta vei toplinski pad od turbine sa jednim stupnjem Ukupni toplinski pad h0C kojeg proradi Curtis turbina u odnosu na jedan akcijski stupanj iznosi: h0C/h01A = zt zc2gdje je: h01A zt zc toplinski pad kojeg proradi jedan stupanj akcijske turbine broj stupnjeva tlaka u Curtis turbini broj stupnjeva brzine u Curtis turbini

S obzirom da jedan stupanj akcijske turbine proradi dvostruko vie toplinskog pada od reakcijskog stupnja (za istu obodnu brzinu), pa e Curtis turbina zamjeniti dvostruko vie stupnjeva kod reakcijske turbine nego kod akcijske turbine. Za reakcijsku turbinu stoga vrijedi: h0C/h01R = 2 zt zc2Primjer: Curtis turbina s dva stupnja ima jedno stupnjevanje tlaka (zt=1) i dva stupnjevanja brzine (zc=2), pa je h0C /h01A = 1 22=4 (proradi 4 puta vei toplinski pad od jednog akcijskog stupnja i time bi s dva stupnja zamjenila 4 stupnja akcijske turbine pri istim obodnim brzinama), a kod reakcijske turbine h0C/h01R = 2zt zc2=8 (dva stupnja Curtis turbine zamjenjuju 8 stupnjeva reakcijske turbine pri istim obodnim brzinama)


9. ODNOS JEDININIH RADOVA I OBODNE BRZINE PARNIH TURBINAkoritenje veliine raspoloivog jedininog rada (J/kg) u jednom stupnju turbine ograniena je dozvoljenom obodnom brzinom, koja ne smije biti vea od 300 m/s zbog vrstoe korijena lopatica Za akcijske turbine odnos teoretski raspoloivog toplinskog pada (lT) u jednom stupnju turbine u odnosu (u2/2) odabire se u granicama: lT/(u2/2) = 4,5-5,5 akcijska turbina sa stupnjem reaktivnost (R=0) Za reakcijske turbine odnos teoretski raspoloivog toplinskog pada (lT) u jednom stupnju turbine u odnosu (u2/2) odabire se u granicama: lT/(u2/2) = 2,2-2,6 reakcijska turbina sa stupnjem reaktivnost (R=0,5) lT/(u2/2) = 2,6-4,5 reakcijska turbina sa stupnjem reaktivnost (R= 0,5 do 0) Primjer: Za u=300 m/s proizlazi da se po jednom stupnju parne turbine moe proraditi toplinski pad lT=(3002/2)(2,2 do 5,5)= =45.000(2,2 do 5,5)=99.000 do 247.500 J/kg


10. IZBOR BROJA STUPNJEVA TURBINE

100

termodinamiki stupanj djelovanja turbine (%)

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 10 100 1.000 100.000 1.000.000 broj stupnjeva (z)

Empirijski utvren odnos promjene termodinamikog stupnja djelovanja za viestupanjsku i jednostupanjsku parnu turbinu iste snage(izvor: Dampf-und Gasturbinen; Otto Martin)

za istu snagu turbine, izvedba s vie stupnjeva ima bolji termodinamiki stupanj djelovanja turbine se izvode s najvie 100 stupnjeva, ali u pravilu do 60 stupnjeva



Parna turbina Curtis mora na osovini razvijati 147 kW pri brzini vrtnje od 6.000 min-1. Tlak ulazne pare iznosi 60 bara (6,0 MPa), a temperatura 540 0C (stanje 0). Para ustrujava u sapnicu bez poetne brzine (c0=0). Koeficijent brzine u sapnici iznosi =0,95, koeficijent brzine u lopatici =0,84. Izlazni tlak pare iz turbine mora biti 4 bara (0,4 MPa). Uzeti u obzir da i u skretnim sapnicama nastaje trenje veliine (=0,84). Kut ustrujavanja u 1. red lopatica iznosi 1=200. Odrediti promjer kola rotora Dk, protok pare, termodinamiki stupanj djelovanja Rjeenje: U h-s dijagramu: 0-1 adijabatsko strujanje u privodnim sapnicama (1. red sapnica) 1-2 strujanje u 1. redu lopatica 2-3 strujanje u skretnim sapnicama (2. red sapnica) 3-4 strujanje u 2. redu lopatica

P

0 =6 0

ba

ra

K T 0=540

0 lTn=h0-h1 lT=c02/2 c42/2-c32/2 s

c12/2

2

4 c22/2-c32/2

1=4 1s =P 4 P3 r ba

3


12. RAUNSKI PRIMJER 1. (trokuti brzina)

c0

sapnice 1. stupnja

lopatice 1. stupnja

c0 c1 u

w1

skretne sapnice (sapnice 2. stupnja)

c2 u

w2

c3 u

w3lopatice 2. stupnja

c4 u

w4


13. RAUNSKI PRIMJER 1. (nastavak)

Brzina pare za adijabatsko strujanje od 0 do 1s C0= [2(h0-h1s)]1/2= [ 21.000 (3.516-2.818)]1/2=1.181 m/s Brzina pare na ulazu u 1. red lopatica (stanje 1): c1= c0=0,95 1.181=1.122 m/s c1u=c1cos 1=1.122 0,9397=1.054 m/s u/c1=(1/4)cos 1=(1/4) 0,9397=0,2349u=0,2349 1.054=248 m/s w1u= w1cos1= c1cos 1-u=1.054-248=806 w12=c12+u2-2uc1cos 1= 1.1222+2482-22481.122cos 200=797.438 w1=893 m/s c1cos 1-u= w1cos 1 cos 1=(1.1220,0,9397-248)/893=0,903 1= 2=25,50 kutevi lopatica prvog stupnja relativna brzina pare na izlazu iz prvog reda lopatica w2= w1= 0,84893= 750 m/s 2 2 2 2 2 c2 =u +w2 -2uw2cos 2= 248 +750 -2248750cos 25,50=288.242 c2=537 m/s w2/sin 2= c2/sin 2 sin 2=( w2/c2) sin 2=(750/537)0,4305 2= 3=370 c3= c2= 0,84537= 451 m/s apsolutna brzina pare na ulazu u drugi red lopatica w32=c32+u2-2uc3cos 3= 4512+2482-2248451cos 370=86.253 w3=293 m/s w3/sin 3= u/sin (3-3) sin (3-3)=( u/w3) sin 3=(248/293) sin 370 3-3=30,60

3= 4=30,60+370=67,60 kutevi lopatica drugog stupnja w4= w3= 0,84293= 246 m/s relativna brzina pare na izlazu iz drugog reda lopatica c42=u2+w42-2uw4cos 4= 2482+2462-2248246cos 67,60=75.523 c4=275 m/s c4/sin 4= u/sin ( 4-4) sin ( 4-4)=(u/c4) sin 4=(248/275) sin 67,60=0,8337 ( 4-4)=56,50 4=56,50+67,60=124,10


14. RAUNSKI PRIMJER 1. (nastavak)29.03.04.RI

Sila zakretanja rotora (ukupno za 1.stupanj i 2.stupanj) Fx =PTn /u =147.000/248=592,7 N Fx=Fx1+Fx2=D(w1x+w2x)+D(w3x+w4x)=D(8930,903+7500,903)+D(2930,381+2460,381)=1.689D Protok pare: D=592,7/1.689=0,3509 kg/s= 1,263 t/h Dk=u/(3,14n)=248/(3,14100)=0,790 m Promjer kola rotora (Dk): Termodinamiki stupanj djelovanja Curtis turbine T= PTn /(Dc02/2)=2147.000/(0,35091.1812)]=0,600 ili 60%

V. POGLAVLJE TIRELI: BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

1. DODATNO POBOLJANJE TOPLINSKOG PROCESA PARNOTURBINSKOG OGONA

Do sada postoji spoznaja da se toplinski proces (a time i termodinamiki stupanj djelovanja procesa t) moe poboljati. -poveanjem ulaznog tlaka u turbinu -poveanjem ulazne temperature u turbinu -smanjenjem tlaka u kondenzatoru. Dodatno se poboljanje toplinskog procesa (a time i njegov termodinamiki stupanj djelovanja t) moe poboljati i regenerativnim zagrijavanjem napojne vode.


2. DODATNO POBOLJANJE TOPLINSKOG PROCESA PARNOTURBINSKOG OGONA (1. nastavak)

Zagrijavanje napojne vode parom, oduzetoj parnoj turbini, u jednom ili vie stupnjeva, naziva se regenerativno zagrijavanje napojne vode. Regenerativno zagrijavanje napojne vode odvija se u izmjenjivaima topline koji se nazivaju regenerativni zagrijai napojne vode. Regenerativnim zagrijavanjem napojne vode smanjuje se i koliina rashladne morske vode za ukapljivanje pare u kondenzatoru.


3. DODATNO POBOLJANJE TOPLINSKOG PROCESA PARNOTURBINSKOG OGONA (2. nastavak)

Zagrijavanje napojne vode se obino odvija u nekoliko stupnjeva, a pokazalo se da je pet ugraenih regenerativnih zagrijaa optimalno. Daljnjim poveanjem njihova broja ne postie se znatniji porast stupnja djelovanja a investicijska ulaganja znatno rastu. U parnim postrojenjima primjenjuju se regenerativni zagrijai napojne vode (skraeno zagrijai) otvorenog i zatvorenog tipa. Zagrijai otvorenog tipa, su oni kod kojih se napojna voda mijea neposredno s parom oduzetoj turbini i tako para predaje toplinu napojnoj vodi Zagrijai zatvorenog tipa (kaskadni ili pumpni tip), su oni kod kojih se napojna voda ne mijea neposredno s parom oduzetoj turbini, ve se toplina izmjenjuje preko cijevnih snopova u zagrijau Kod kaskadnog tipa zagrijaa ukapljena para u zagrijau se vraa prema kondenzatoru bez pomoi pumpi, a kod pumpnog tipa zagrijaa ukapljena para u zagrijau se tlai prema kotlu uz pomo pumpe


4. REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE OTVORENI TIP

Bilanca mase vode i pare u toplinskom procesu, uz ili za ukupnu masu pare (kg/s), iznosi: protok pare u kotlu protok pare u visokotlanoj turbini (VTT) protok pare za zagrijavanje napojne vode protok pare u niskotlanoj turbini protok pare u kondenzatoru protok napojne vode preko napojne pumpe (2 do 3) (5a do 1) (1 do 2) (2 do 5) (3 do 4) (4 do 5) y=1; D y=1; D y1 ; D y1 1- y1; D(1- y1) 1- y1; D(1- y1)

1- y1; D(1- y1)


5. REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE OTVORENI TIP (1. nastavak)

Iz bilanse energija regeneratvnog zagrijaa napojne vode Dy1(h2-h5)=D(1-y1)(h5-h4a) dobiva se udio vodene pare oduzete iz turbine za zagrijavanje napojne vode y1=(h5-h4a)/(h2-h4a) S obzirom da je T4aT4 i h4a h4 , izraz se moe pisati y1=(h5-h4)/(h2-h4) Istim postupkom moe se odrediti udio odvojene vodene pare za proizvoljno odabrani broj regenerativnih zagrijaa


6. REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE OTVORENI TIP (2. nastavak)

Proraun entalpija h (J/kg) u procesu s regenerativnim zagrijaem otvorenog tipa provodi se, uz y=1, kako slijedi: dovedena toplina pari u kotlu qk=h1-h5a ili uz h5ah5 qk=h1-h5 raspoloivi rad obiju turbina lt=lvt+lnt=(h1-h2)+(1-y1)(h2-h3) odvedena toplina u kondenzatoru qc=(1-y1)(h3-h4) rad kondenzatne pumpe lpc=(1-y1)(h4a-h4) rad napojne pumpe lpr=(h5a-h5) rad obiju pumpi lp=(1-y1)(h4a-h4)+(h5a-h5)

t=(lt-lp)/qk termodinamiki stupanj djelovanja procesa Rad obiju napojnih pumpi moe se aproksimirati izohorom pa se dobiva

lp vc(pk-pc)

gdje je: vc jedinini volumen vrele vode na izlazu iz kondenzatora tlak u kotlu pk tlak u kondenzatoru pc Zbog niza nedostataka zagrijaa otvorenog tipa, primjenjuju se zatvoreni tipovi zagrijaa napojne vode!


7. REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE ZATVORENI TIP (pumpni tip)

Bilanca mase vode i pare u toplinskom procesu, uz ili za ukupnu masu pare (kg/s), iznosi: protok pare u kotlu protok kondenzata u pumpi reg. zagrijaa protok pare u visokotlanoj turbini (VTT) protok pare za zagrijavanje napojne vode protok pare u niskotlanoj turbini protok pare u kondenzatoru protok napojne vode u kondenzatnoj pumpi (2 do 5) (5a do 1) (5 do 5a) (1 do 2) y1 ; D y1 (2 do 3) (3 do 4) (4 do 4a) 1- y1; D(1- y1) 1- y1; D(1- y1) 1- y1; D(1- y1) y=1; D y1; D y1 y=1; D


8. REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE ZATVORENI TIP (PUMPNI TIP) (1. nastavak)

Iz bilanse energija regeneratvnog zagrijaa napojne vode Dy1(h2-h5)=D(1-y1)(h5-h4a) dobiva se udio vodene pare oduzete iz turbine za zagrijavanje napojne vode y1=(h5-h4a)/(h2-h4a) S obzirom da je T4aT4 i h4a h4 , izraz se moe pisati y1=(h5-h4)/(h2-h4) Istim postupkom moe se odrediti udio odvojene vodene pare za proizvoljno odabrani broj regenerativnih zagrijaa


9. REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE ZATVORENI (PUMPNI) TIP (2. nastavak)

Proraun entalpija h (J/kg) u procesu s regenerativnim zagrijaem otvorenog tipa provodi se, uz y=1, kako slijedi: dovedena toplina pari u kotlu qk=h1-h5a ili uz h5ah5 qk=h1-h5 raspoloivi rad obiju turbina lt=lvt+lnt=(h1-h2)+(1-y1)(h2-h3) odvedena toplina u kondenzatoru qc=(1-y1)(h3-h4) rad kondenzatne pumpe lpc=(1-y1)(h4a-h4) rad napojne pumpe lpr=(h5a-h5) rad obiju pumpi lp=(1-y1)(h4a-h4)+(h5a-h5) rad pumpe (ZA PUMPNI TIP) lpr=y1(h5a-h5) termodinamiki stupanj djelovanja procesa t=(lt-lp)/qk Rad obiju napojnih pumpi moe se aproksimirati izohorom pa se dobiva gdje je: vc lp vc(pk-pc)

jedinini volumen vrele vode na izlazu iz kondenzatora tlak u kotlu pk tlak u kondenzatoru pc Zbog niza nedostataka zagrijaa pumpnog tipa (problemi s pumpama), primjenjuju se zatvoreni kaskadni tipovi zagrijaa napojne vode!


10. REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE ZATVORENI TIP (kaskadni tip)

Bilanca mase vode i pare u toplinskom procesu, uz ili za ukupnu masu pare (kg/s), iznosi: protok pare u kotlu protok pare u visokotlanoj turbini protok pare u srednjotlanoj turbini protok pare u niskotlanoj turbini protok pare za zagrijavanje napojne vode protok pare u kondenzatoru protok napojne vode u kondenzatnoj pumpi y=1; D y=1; D 1- y1; D(1- y1) 1- y1-y2; D(1- y1-y2) (y1 ; D y1); (y2 ; D y2) y=1; D y=1; D


11. REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE ZATVORENI TIP (kaskadni tip)(1. nastavak)

Prema bilanci topline dobivamo udjele pare po zagrijau: Za prvi zagrija: y1(h1-h1,)=(1-y1)( h1,-h2,) y1=( h1,-h2,)/ (h1-h2,) Za drugi zagrija: y2(h2-h2,)=(1-y1- y2)( h2,-h3,) y2=( h2,-h3,)(1-y1) / (h2-h3,) Za trei zagrija: y3(h3-h3,)=(1-y1- y2)( h3,-h4,) y3=( h3,-h4,)(1-y1-y2) / (h3-h4,) ili openito: yn=(hn-hn+1)(1-yi)/(hn-hn+1) Teoretski mogui rad iznosi:lT=(hA-h1)+(1-y1)(h1-h2)+(1-y1-y2)(h2-h3)+(1-y1-y2-y3)(h3-h4) Dovedena toplina pari u kotlu: qk=hA-hC t= lT/ qk

Termodinamiki stupanj djelovanja procesa:


12. RAUNSKI PRIMJER-REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE ZATVORENI TIP (kaskadni tip)

Brodsko parnoturbinsko postrojenje bez meupregrijaa ima ugraena tri (3) regenerativna zagrijaa napojne vode. Postrojenje ima slijedee parametre: temperatura pregrijane vodene pare na ulazu u parnu turbinu 540 0C tlak pregrijane vodene pare na ulazu u parnu turbinu 11 MPa vakuum u kondenzatoru (uz okolni tlak 1.000 hPa) 95% tlak prvog oduzimanja pare iz turbine za prvi zagrija napojne vode 3 MPa maseni protok pare na ulazu u turbinu 150 tona/sat Odrediti : a) Tlak pare i temperature na ulazu u drugi i trei zagrija napojne vode b) Bilanse topline i udio pare koja se odvaja u zagrijaima napojne vode (prvi, drugi i trei) c) Teoretski mogui jedinini rad na turbini d) Teoretski moguu snagu na turbini e) Termodinamiki stupanj djelovanja procesa f) Ukupni stupanj djelovanja cijelog postrojenja, ako je stvarna vlanost pare na kraju ekspanzije, x=0,85 g) Stvarnu snaga na propeleru, ako je m=0,98; r=0,97; K=0,92; C=0,98 h) Prikaz proces u (T-s) i (h-s) dijagramu


13. RAUNSKI PRIMJER-REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE ZATVORENI TIP (kaskadni tip) (1. nastavak)

RjeenjeAd a) Oitane vrijednosti: na ulazu u turbini: hA=3.463 kJ/kg; sA =6,671 kJ/kgK na ulazu u prvi zagrija: h1=3.060 kJ/kg; s1 =6,671 kJ/kgK; t1=332 0C; h1=1.008 kJ/kg na ulazu u kondenzator: tC=33 0C; r=2.423 kJ/kg; s=0,4761 kJ/kgK; s=8,393 kJ/kgK xB=(sA-s)/(s-s)=(6,671-0,4761)/(8,393-0,4761)=0,7825 hB=h+rx=137,83+ 2.4230,7825=2.034 kJ/kg na izlazu iz kondenzatora; tC=33 0C; hC=137,83 kJ/kg temeraturna razlika izmeu oduzimanja za zagrijavanje vode u zagrijaima: Topt.= (t1-tC)/(2+1)= (332-33)/(2+1)=99,67 0C na ulazu u drugi zagrija: t2=332-99,67=232 0C oitano iz h,s dijagrama h2=2.900 kJ/kg; s2 =6,671 kJ/kgK; t2=232 0C; p2=1,4 MPa; h2=830 kJ/kg na ulazu u trei zagrija: t3=232-99,67=132 0C, oitano iz h,s tablica pritisak: p3=0,287 MPa; x=0,935;h3=2.584 kJ/kg; s3 =6,671 kJ/kgK; h3=555 kJ/kg



Ad b) Bilansa topline za prvi zagrija: y1(h1-h1)=(1-y1)(h1-h2)y1=(h1-h2)/ (h1-h2)=(1.008-830)/(3.060-830)=0,08 ili 8% Bilansa topline za drugi zagrija: y2(h2-h2)=(1-y1-y2)(h2-h3)y2=(h2-h3) (1-y1) / (h2-h3) =(830-555)(1-0,08)/(2.900555)=0,1078 ili 10,78% Bilansa topline za trei zagrija: y3(h2-h3)=(1-y2-y3)(h3-hC)y3=(h3-hC) (1-y1-y2) / (h3-hC)=(555-138)/(2.584138)=0,138 ili 13,8%



Ad c) Teoretski mogui jedinini rad na turbini: lT=(hA-h1)+(1-y1)( h1-h2)+(1-y1-y2)( h2-h3)+( 1-y1-y2-y3)( h3-hB)= (3.463-3.060)+(1-0,08)( 3.060-2.900)+(10,08-0,1172)( 2.900-2.584)+( 1-0,08-0,1172-0,17)( 2.584-2.034)=403+147+254+348=1.152 kJ/kg Ad d) teoretski mogua snaga na turbini PT=DlT=(150.000/3.600)(1.152)=48.000 kW dovedena toplina pari u lotlu: qd=hA-h1=3.463-830=2.633 kJ/kg Ad e) termodinamiki stupanj djelovanja procesa: t= lT/ qd=1.152/2.633=0,4375 ili 43,75%



Ad f) ukupni stupanj djelovanja cijelog postrojenja za sluaj ako je x=0,85: (oitano za x=0,85, pc=0,05 bara) hE=2.208 kJ/kg u= lTn/ qd=(hA-hE)/qd= (3.463-2.208)/2.633=0,315 ili 31,5% Ad g) Stvarna snaga na propeleru: Pr=PTumrkc=69.4440,3150,980,970,920,98=18.748 kW


17. RAUNSKI PRIMJER-REGENERATIVNI ZAGRIJAI NAPOJNE VODE ZATVORENI TIP (kaskadni tip) (5. nastavak)05.04.04. RI (15.04.04.ZD)

VI. POGLAVLJE TIRELI: BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

1.

DIJELOVI PARNE TURBINE (16.04.04 ZD) (19.04.04.RI)

Osnovni dijelove turbine: sapnice lopatice rotor kuite turbine brtvenice leaji Dodatni dijelove turbine: reduktor ureaj za prekretanje rotora trurbine kondenzator


2. SUSTAVI PARNOTURBINSKOG POSTROJENJA

Osnovni sustavi parnoturbinskog postrojenja: sustav zagrijavanja i otplinjavanja napojne vode sustav ulja za podmazivanje turbine sustav regulacije turbine sustav osiguranja od prekoraenje brzine vrtnje sustav mjerenja snage turbine


3. SAPNICE PARNIH TURBINA

Proirene sapnice najee se upotrebljavaju samo ispred Curtisovog kola i kod jednostupnjevih akcijskih turbina. U ostalim stupnjevima gdje je omjer tlakova vei od kritinog, koriste se neproirene sapnice. Kod malih i akcijskih turbina sva se para dovodi samo kroz jednu sapnicu. U veini sluajeva dovod pare se kod akcijskih turbina izvodi preko grupa sapnica, a kod reakcijskih se turbina izvodi po cijelom opsegu statorskog dijela. -dio opsega u kojem se dovodi para =1 za reakcijske turbine; 1 za akcijske turbine; p0 ulazni tlak pare u turbinu


4. ODREIVANJE VISINE SAPNICE (I LOPATICE)1. nastavak

stator

cm1

sapnica

cm2lopatica

H

Dk

rotor

cm1

w1 c1 u

u c2 u w2

cm2

Sapnice (dijafragme) drugog i ostalih stupnjeva turbine


5. ODREIVANJE VISINE SAPNICE (I LOPATICE)

Iz bilanse mase pare za prolaz kroz jedan stupanj turbine odreuje se visina sapnice (a time neposredno i lopatice) H: Dv1= Dk (cm1)H H= Dv1/[Dk (cm1)] gdje je : D maseni protok pare kg/s v1=v1s jedinini volumen pare za stanje na ulazu u sapnicu m3/kg koeficijent trenja u sapnici Dk srednji promjer kola rotora m udio opsega na kojem se dovodi para cm1= c1y brzina strujanja pare u smjeru okomitom na presjek m/s H visina sapnice m dio opsega u kojem se dovodi para (=1 za reakcijske turbine; 1 za akcijske turbine; p0 ulazni tlak pare u turbinu) Visinu lopatice odreujemo prema visini sapnice uzimajui u obzir stanje pare na ulazu u lopaticu i na zlazu iz lopatice, uobiajno se izvode iste visine za isti stupanj turbine.


6. IZVEDBE LOPATICE


ZA ODREIVANJE DIMENZIJA SAPNICA, LOPATICA I PROMJERA ROTORA PARNE TURBINE

7. BALJE-OV DIJAGRAM

Optimalni odnos H/Dk dobiti e se u sluaju izbora optimalnog termodinamikog stupnja djelovanja turbine (T) i optimalnog odnosa lT/(u2/2) za pojedinu vrstu parne turbine. Za brz odabir dimenzija sapnice, lopatice (visina H) i srednjeg promjera (Dk), koristi se BALJE-ov dijagram u kojem su: Os x-bezdimenzionalna brzina vrtnje: Os y-bezdimenzionalni promjer rotora:Gdje je: n V2s s-1 m3/s brzina vrtnje rotora (n=u/d) volumni protok pare na izlazu iz lopatice(za adijabatsko strujanje)

s=2n(V2s)0,5/(lT)0,75Ds= (Dk)(lT)0,25/ (V2s)0,5

lT Dk

J/kg m

teoretski raspoloivi toplinski pad u jednom stupnju srednji promjer rotora za promatrani stupanj turbine


ZA ODREIVANJE DIMENZIJA SAPNICA, LOPATICA I PROMJERA ROTORA PARNE TURBINE

8. BALJE-OV DIJAGRAM

s=2n(V2s)0,5/(lT)0,75Ds= (Dk)(lT)0,25/ (V2s)0,5


ODREIVANJE DIMENZIJA SAPNICA, LOPATICA I PROMJERA ROTORA PARNE TURBINE

9. RAUNSKI PRIMJER

Jednostupanjska akcijska parna turbina ima broj okretaja rotora n=150 s-1(9.000 min-1), a radi pri ulaznom tlaku od 1 MPa i ulaznoj temperaturi od 300 0C. Izlazni tlak pare iznosi 0,2 MPa. Maseni protok pare D=0,65 kg/s, a para ulazi u sapnice bez poetne brzine. Koeficijent brzine u sapnici iznosi =0,97. Kut ulaza pare u sapnicu 1=15 0. Odrediti: raspoloivi teoretski toplinski pad (lT) volumni protok pare na ulazu i izlazu iz lopatice (V1s ,V2s) promjer rotora turbine (Dk) snagu turbine ako je termodinamiki stupanj djelovanja t=0,87 obodnu brzinu vrtnje rotora (u) Visinu sapnice i lopatice (H), ako je dovod pare na statoru na 2% oboda (=0,02)

Oitano iz tabela ili h,s dijagrama:

Stanje pare 1 2

Tlak MPa 1 0,2

Temperatura 0 C 300 120,23

Entalpija J/kg 3.051,2 2.706,7

Volumen m3/kg 0,2579 0,8857


ODREIVANJE DIMENZIJA SAPNICA, LOPATICA I PROMJERA ROTORA PARNE TURBINE

10. RAUNSKI PRIMJER nastavak

1.

Raspoloivi teoretski toplinski pad (lT): lT=3.051,2-2.706,7=344,5 kJ/kg=344.500 J/kg

brzina na kraju sapnice (ulaz u lopaticu) c1=(2344.500)0,5=830 m/s; brzina u osi rotora cm1=830sin150=215 m/s 2. Volumni protok pare na ulazu i izlazu iz lopatice (V1s ,V2s): Volumni protok pare prije ulaza u lopaticu i na izlazu za akcijsku turbinu je isti zbog istog tlaka i iznosi: V1s =V2s=D V2s=0,65 0,8857=0,576 m3/s 3. Promjer rotora turbine (Dk ) s=2n(V2s)0,5/(lT)0,75=23,14 150 (0,576)0,5/(344.500)0,75=0,05 bezdimenzionalni promjer rotora: Iz Balje-ov dijagrama za s=0,05 oitamo Ds=20 Ds= (Dk)(lT)0,25/ (V2s)0,5= (Dk)(344.500)0,25/ (0,576)0,5=31,928 (Dk) Dk= Ds/31,928=20/31,928=0,627 m; oitano T=0,57 4. snaga turbine ako je termodinamiki stupanj djelovanja procesa t=0,87: P=0,65344.5000,57 0,87=111.044 W=111,044 kW 5. obodna brzina vrtnje rotora: u=3,14 150 0,627=295,3 m/s 6. Visina sapnica i lopatica: H= 0,650,8857/[0,627 0,02(0,97215)]=0,089 m=89 mm

VII. POGLAVLJE TIRELI: BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

1. IZVEDBE ROTORA PARNE TURBINE

Kritina brzina vrtnje rotora: brzina vrtnje pri kojoj kutna brzina vrtnje rotora (s-1) postaje jednaka frekvenciji njegovih slobodnih poprenih oscilacija. Brzine vrtnje rotora: od 6.000 min-1 do 8.000 min-1 Rotor brodske turbine mora imati kritine brzine vrtnje iznad radnih brzina vrtnji rotora kruti rotori upljine unutar rotora moraju biti pod visokim vakuumom kako ne bi kod radnih temperatura rotora (i do 400 0C) dolo do dodatnog naprezanja zavara dijelova rotora Pri kritinoj brzini vrtnje pojavljuju se vibracije koje onemoguuju rad, a mogu prouzroiti i lom rotora


2. KRITINE BRZINE VRTNJE ROTORA PARNE TURBINE

Rotor zbog svoje mase izaziva ugnue osi do toke D za vrijednost f0=m/k , i ugnue je manje ako je rotor krui Pretpostavimo da se teite mase rotora nalazi u toci E na ekscentricitetu e. Ugnue x izazvano je centrifugalnom silom Teiste mase rotora (E) rotira okolo statike linije ugnua (C) tako da je radijus okretanja mase rotora (x+e) ili (x-e) to izaziva centrifugalnu silu Za sluaj (E) kad je teite s vanjske strane linije rotora(D): Fc=m(x+e)2 Za sluaj (C) kad je teite s unutarnje strane linije rotora(D): Fc=m(x-e)2


3. KRITINE BRZINE VRTNJE ROTORA PARNE TURBINE1. nastavak

Geometrijsko sredite ugnutog rotora (D) rotira okolo toke (C) statinog ugnua linije rotora. Rotor se ponaa kao elastina opruga za ije je ugnue x (mm) potrebna sila F = k x Da bi se uspostavila ravnotea moraju biti izjednaene centrifugalna sila i sila zbog elastinog ugnua rotora , tj. mora biti : Fc = F 1.000 m (x+e)2= k x 1.000 m (x-e)2= k x kr= [k/(1.000 m)]0,5=n/30 kutna brzina vrtnje rotora(s-1)k=6EI/L3 krutost rotora (N/mm) x-ugnue rotora pri vrtnji (mm) ;

x= e/[k/(1.000m2)-1] x= e/[1- (k/1.000m2)] kritina kutna brzina vrtnje (s-1)m masa rotora sa lopaticama (kg) e- ekscentricitet teista masa (mm) f0-statino (u mirovanju)ugnue rotora zbog vlastite mase (mm)

(1.000m2)=1 ; vrijednost ugnua x poprima beskonanu vrijednost (lom rotora) nkr=0,294 (k/m)0,5=0,294(f0)0,5 kritina brojevi vrtnje (min-1)


4. BRTVENICE PARNE TURBINE

Brtvenice sprijeavaju gubitak pare iz turbine i ulazak zraka u niskotlani dio kuita gdje vlada vakuum Akcijske turbine imaju brtvenice na statorskim dijelovima, a reakcijske turbine i na rotorskim dijelovima Brtvenica radi idealno radi bez trenja, ali ima izvjesni gubitak pare koji zavisi o duini brtvenice, zranostima i o tlakovima ispred i iza brtvenice Da bi se smanjila koliina proputene pare, brtvenica se podijeli po duini na vie komora koje se nazivaju labirinti Ako doe do kontakta izmeu grebena i osovine, greben je izraen tako da se savije ili izbrusi s obzirom da je iz mekanog materijala (mesing)1-gornje kuite, 2-donje kuite, 3-osovina rotora, 4 i 5-proirenje zbog ekspanzije, 6,7 i 8- brtvenica, 9 i 10- odvod kondenzata, 11-odvod pare


5. BRTVENICE PARNE TURBINEnastavak

Grebeni na rotoru su istokareni zajedno s osovinom ili se na osovinu navlai prsten sa urezanim grebenima irina raspora u hladnom stanju je do 0,5 mm. Kod visokotlanih turbina broj grebena na visokotlanom dijelu moe dostii broj od 45 do 50. Brtvenice se izrauju od mjedi ili bronce dok se za visoke tlakove izrauju od nehrajueg elika ili nikalelika, a ponekad i od istog nikla Sve labirintne brtvenice imaju izvjesnu propusnost koja u visokotlanom dijelu turbine ne predstavlja problem, ali bi u niskotlanom dijelu zrak koji proe kroz brtvenicu dospio u kondenzator i smanjio vakuum, stoga se dovodi brtvena paraLabirintna brtvenica za vee tlakove pare i vee snage turbine


6. LEAJEVI PARNE TURBINE

1-blazinica, 2-nosa leaja, 3-umetci, 4-prsten, 5-metalni listii

1 i 2.- prsten, 3 i 4.-segmenti leaja, 5 i 6.-dvodjelni prsten, 7 i 8. - podloga za aksijalnu zranost, 9 i 10. - potporni prsten

Brodske turbine: dva nosiva klizna leaja i jedan klizni dvostruki odrivni leaj (dva smjera vrtnje) Duina leaja iznosi priblino jednu duinu promjera osovine Blaznice ima naneen tanki sloj bijelog metala (0,25 mm), a zranost u leaju iznosi oko (1/1.000) promjera rukavca leaja Uzduni kanal za raspodjelu ulja po cijeloj duini leaja Temperatura ulja na ulazu u leaj je 35 - 40oC, a na izlazu 50-60oC


7. LEAJEVI PARNE TURBINEnastavak

Tlak ulja za podmazivanje ovisi o sustavu za podmazivanje, a najee se koristi tlani sustav podmazivanja s tlakovima do 0,6 MPa (6 bara). Odluujui uvjet za rad leaja je specifini tlak na leaj, obodna brzina osovine leaja i viskozitet ulja za podmazivanje. Specifini tlak na nosivi leaj iznosi: p= F1 / (dLlL) gdje je: p jedinini tlak na leaj N/mm2 F1 Sila na leaju zbog mase rotora N dL promjer rukavca u leaju mm lL duina leaja mm Specifini tlak na nosivom leaju smioje iznositi do p 2 N/mm2 Drugi odluujui kriterij za dimenzioniranje nosivog leaja je umnoak specifinog tlaka p u N/mm2 i obodne brzine rukavca u leaju uL u m/s, a iznosi: p uL 20


8. KUITE PARNE TURBINE

Prikaz dvokuine parne turbine i kondenzatora za pogon broda snage 22.000 kW


9. KUITE PARNE TURBINE (1. nastavak)

Brodske parne turbine redovoto se sastoje iz dva ili vie kuita Najee se ugrauju dva kuita, od toga jedno ima ugraenu uz turbinu za pogon naprijed i turbinu za pogon natrag (krmom) Ulazna para zbog visokog tlaka od 8 MPa do 25 MPa (od 80 bara do 250 bara) i temperature (cca 545 0C) zahtijeva debljine stijenke kuita i do 100 mm Trajanje upuivanja u rad turbine prilagoeno je jednolikom zagrijavanju kuita i rotora turbine Kuite turbine sastavljeno je iz dva dijela a odvajaju se po osi rotora Spajanje kuita izvodi se vijcima sa prednaprezanjem kako bi i kod radnih temperatura jo uvjek pritezali kuita potrebnim silama Na donjoj polovici kuita spajaju se svi spojni parovodi kako se pri pregledu rotora (odvajanje gornjeg kuita) ne bi morali demontirati



Pri visokom tlaku i temperature, kuita velikih turbina imaju dvostruku stijenku. Vanjsko kuite sadri samo vanjske brtvenice tako da para okruuje u potpunosti unutranje kuite. Prednosti ovakve izvedbe je krae vrijeme zagrijavanja kuita, odnosno krae vrijeme upuivanja u rad turbine. Kuita nisu meusobno kruto spojena pa se mogu slobodno rastezati voena vodilicama izmeu njih. Izmeu kuita dovodi se para do tlaka od 10 bara, radi jednolikog i breg zagrijavanja unutarnjeg kuitaVisokotlano dvostruko kuite parne turbine






13. DVOSTRUKO KUITE PARNE TURBINE (6. nastavak)


14. KUITE PARNE TURBINE S TURBINOM ZA POGON NAPRIJED I NAZAD (2. nastavak)

Parna turbina s dvjema turbinama (pogon naprijed i nazad) radi s veim gubicima zbog vrtnje jedne turbine u obrnutom smjeru. Da bi toplinski i mehaniki gubici bili im manji, uvijek se za pogon nazad ugrauje Curtis turbina s dva stupnja (zamjenjuje dvostruko akcijskih stupnjeva i etverostruko reakcijskih stupnjeva)

Glavna parna turbina za pogon naprijed s turbinom za pogon nazad Curtis turbina s dva stupnja(krmom)


15. DILATACIJA ROTORA I KUITA PARNE TURBINE

Zbog velikih temparaturnih razlika od hladnog stanja do radne temperature (i obrnuto) turbine (5450C-200C) nastaju velike dilatacije (izduenja/skraenja) i do 15 mm Za kontrolu dilatacije rotora i kuita parne turbine (bez meusobnog dodira sapnica i lopatica bilo kojeg stupnja) postoji fiksna toka kuita (toka 5) i fiksna toka rotora (toka 4) od kojih se ti dijelovi isteuKuite (donji dio) fiksirano je za temeljnu plou (toka 5), a na drugoj strani ima kliznu stopu (toka 6) i klizne staze (1 i 3) na temeljnoj ploi (2) radi dilatacije pri temperaturnim razlikama (duina L1). Koeficijent istezanja za elik iznosi 1,2 mm/(m 100 0C) Rotor je fiksiran s odrivnim leajem (toka 4) a voen je pri dilataciji s nosivim kliznim leajevima (duina L2) U svakom trenutku i u svim stupnjevima turbine razmak izmeu sapnica i lopatica je L>0 ; obino je L= od 0 do 5 mm


16. DILATACIJA ROTORA I KUITA PARNE TURBINE 1. nastavak

VIII. POGLAVLJE TIRELI: BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

1. REDUKTORI BRODSKIH TURBINA

Parna turbina optimalno radi s velikim brzinama vrtnje rotora. Propeler optimalno radi pri malom broju okretaja, te stoga izmeu turbine i propelera treba postaviti reduktor. Visokotlane brodske parne turbine rade s brzinom vrtnje od 6.000 do 10.000 min-1, niskotlane turbine rade s brzinom vrtnje od 2.000 do 6.000 min-1, a propeler s priblino 100 min-1. Zahtjevani prijenosni omjer iznosi izmeu 20:1(2.000:100) i 100:1(10.000:100) S jednim parom zupanika mogui prijenosni omjer iznosi do 12:1, pa je za dananje turbine potreban dvostruki zupani prijenos (i=i1i2) Mehaniki stupanj iskoritenja reduktora se kree od 0,96 - 0,98. Za brodske reduktore zupanici su uvijek izvedeni s dvostruko kosim zubima, jer imaju mirniji prijenos snage i ne izazivaju aksijalne sile. Broj zubi malog zupanika, radi jednolikog i manjeg troenja, izabire se tako da se zahvat istih zubaca ponovi tek nakon izvrenih onoliko broja okretaja koliko zubi ima veliki zupanik (npr za omjer 1:10 uzima se 25:251)


2. REDUKTORI BRODSKIH TURBINA (1. nastavak)

Izvedbe brodskih reduktora za turbinski pogon


3. IZVEDBE REDUKTORA BRODSKIH POGONA

Gearing - MS Type, Propulsion - Diesel (CODOD OR CODAD)

Gearing - DT Type, Propulsion - Single Gas Turbine

Ovaj "MS" tip je s jednostrukom redukcijom s vie pogonskih strojeva. Primarno se koristi za kombinaciju dva ili vie dizelska motora koji pogone jedan propeler (CODOD) ili (CODAD). Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 50.000 kW i vie

Primarno se koristi za pogon s jednom plinskom turbinom (pod nazivom DT-Type -doublereduction train gear) Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 60.000 kW i vie


4. IZVEDBE REDUKTORA BRODSKIH POGONA1. nastavak

Gearing - MD Type, Propulsion - Gas Turbines (COGOG OR COGAG)

Gearing - S/DT Types, Propulsion - Diesel & Gas (CODOG) OR (CODAG)

Primarno se koristi za kombinaciju dva ili vie plinske turbine koje pogone jedan propeler (COGOG) ili (COGAG). Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 100.000 kW i vie

Primarno se koristi za pogon s jednom plinskom turbinom i (ili) s dizelskim motorem (pod nazivom DT-Type -double-reduction train gear ili s-single reduction Type) Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 50.000 kW i vie



Gearing - S/D Types, Propulsion - Diesel & Gas (CODOG) OR (CODAG)

Gearing - MDT Type, Propulsion - Gas Turbines (COGOG) OR (COGAG)

Primarno se koristi za kombinaciju dva ili vie dizelskih motora koji pogone dva propelera (CODOG) ili (CODAG). Moe biti S i DT Type. Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 50.000 kW i vie

Primarno se koristi za pogon s dvije plinske turbine na jedan propeler Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 150.000 kW i vie



Gearing MDT Type, Propulsion - Gas & Steam (COGAS) )

Gearing - MD Type, Propulsion - Steam Turbines (COSAS)

Primarno se koristi za kombinaciju plinske turbine i parne turbine koje pogone jedan propeler. Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 100.000 kW i vie Primjena esta na kontejnerskim brodovima

Primarno se koristi za pogon s dvije parne turbine na jedan propeler Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 60.000 kW i vie Primjena esta na LNG brodovima



Gearing - MDT Type, Propulsion - Steam Turbines (COSAS)

Gearing - S/DT Type, Propulsion - Diesel, Electric or Gas Turbine (CODLOG)

Primarno se koristi za kombinaciju dvije parne turbine koje pogone jedan propeler. Zupanici su s dvostrukim kosim ozubljenjem Reduktor moe prenositi 85.000 kW i vie Primjena na najzahtjevnim brodovima (eto ratni)

Primarno se koristi za pogon s dizelskim i elektromotorem ili plinskom turbinom Zupanici su s jednostrukim (DL pogon) i dvostrukim kosim ozubljenjem (G pogon) Reduktor moe prenositi 60.000 kW i vie Primjena esta na tankerima


8. UREAJ ZA PREKRETANJE ROTORA TURBINE(19.04.04. RI)

Namjena: sprijeiti trajni progib rotora parne turbine i time njezino oteenje u periodu neposredno nakon zaustavljanja rada Po prestanku rada glavne parne turbine, u kondenzator se zbog podtlaka usisava manja koliina okolnog zraka preko spojnih cjevovoda i brtvenica Zrak struji preko gornjeg dijela rotora pa se i gornji dio rotora bre hladi, a takvo hlaenje rotora izazavalo bi trajnu deformaciju istog1-elektromotor, 2visokotlana turbina, 3-niskotlana turbina, 4-turbina za natrag, 5-reduktor, 6-propeler, 7-odrivni leaji

Ureaj se automatski ukljuuje nakon zaustavljanja rada turbina, i iskljuuje nakon pokretanja turbine parom. Ureaj prekree rotor turbine s brzinom od 0,10 do 0,15 min-1 Pogon ureaja je elektromotorom s punim prijenosom snage od 5 do 25 kW


9. KONDENZATOR PARNE TURBINE

Kondenzator: izmjenjiva topline u kojem vodena para predaje toplinu rashladnoj morskoj vodi Para nakon izlaska iz zadnjeg stupnja parne turbine (1) struji u kondenzator, gdje se ukapljuje u kondenzat (3) hlaenjem morskom vodom (4;5) U kondenzatoru se odrava tlak vlane pare do veliine koja odgovara temperaturi rashladnog fluida (more) uveano za optimalnu temperaturu izmjene topline u izmjenjivaima (12 0C) Primjer: temperatura mora 18 0C, temperatura vlane pare u kondenzatoru moe biti 30 0C, a toj temperaturi zasienja odgovara tlak zasienja od 4,2 kPa (0,042 bara) ili 95,8 %-tni vakuum.


10. KONDENZATOR PARNE TURBINE

Morska voda uvijek struji kroz cijevi a vodena para struji s vanjske strane cijevi Kondenzatori se izvode iz zavarenog elinog kuita i cijevi iz Al-bronce ili CuNi legura. Posebnu panju treba posvetiti lutajuim strujama koje nastaju zbog strujanja morske vode kroz kondenzator. esta proputanja cijevi prouzroe upravo lutajue struje, pa se zbog toga ugrauju protektori sa narinutim naponom. Zbog podtlaka i proputanja armature i brtvenica, zrak u kondenzator stalno ulazi, pa se mora stalno isisavati radi odravanja vakuuma. Za isisavanje zraka iz kondenzatora koriste se parni ejektori ili vakuum pumpe. Brzina morske vode kroz cijevi kondenzatora je ograniena, ovisno o materijalu cijevi, zbog opasnosti od erozije. Brzine strujanja morske vode u cijevima kondenzatora kreu od 1,5 m/s do 3,0 m/s.


11. POTHLAENJE KONDENZATA

U pogonu postoji stalna opasnost od nepotrebnog poveanog hlaenja kondenzata u kondenzatoru koje se naziva pothlaenje kondenzata Podhlaenje kondenzata predstavlja direktni gubitak topline i o tome se strogo vodi rauna u eksploataciji postrojenja. Podhlaenje kondenzata za 50C odgovara oko 1% poveane potronje goriva. Primjer: ako je u kondenzatoru uspostavljen tlak 0,042 bara, njemu odgovara temperatura zasienja 30 0C, to znai da se kondezat ne smije hladiti morskom vodom ispod 30 0C. Ako se nepanjom kondenzat hladi na 25 0C, a ne na potrebnih 30 0C, izazvali bi poveanje potronje goriva na kotlu za 1 % Podhlaeni kondenzat znaajno manje moe osloboditi apsorbirani zrak Regulacija temperature hlaenja kondenzata izvodi se promjenom protoka mase morske vode kroz kondenzator


12. TETAN USIS ZRAKA U KONDENZATOR

U kondenzator s parom dolazi i stanovita koliina zraka djelomino apsorbirana u napojnoj vodi, a djelomino proputanjem labirintnih brtvi Iskustveno je utvreno da se mora isisavati oko 0,5 kg zraka na svakih 1.000 kg vodene pare odnosno kondenzata, kako bi se udio kisika u napojnoj vodi drao ispod 5 ppm (1:106) Za isisavanje zraka koriste se parni ejektori i vakuum pumpe, koji ponekad moraju stalno raditi radi odravanja vakuuma Parni ejektori i pumpe slue i za poetno uspostavljanje vakuuma u kondenzatoru do 40% potrebne veliine, ostali dio postie se dotokom pare iz turbine i njezinim ukapljivanjem u kondenzat


13. ISPRAVAN ODABIR VELIINE KONDENZATORA

Veliina rashladne povrine kondenzatora odreuje se raunski za prijelaz topline na cijevima, a iskustvene veliine pokazuju da: 1 m2 povrine cijevi u kondenzatoru ukapljuje (kondenzira) 100 kg/h vodene pare za ukapljenje 1 kg/h vodene pare potrebno je 60 kg/h morske vodePrimjer: Za snagu turbinskog postrojenja od 50.000 kW na propeleru mora biti priblino: protok pare kroz turbinu povrina cijevi kondenzatora protok mase morske vode kroz kondenzator masa zraka koji prodire u sustav kondenzatora 100 kg/h (1 kg zraka u uvjetima u kondenzatoru ima volumen 17,4 m3) 200.000 kg/h, 20.000 m2, 12.000.000 kg/h(12.000 m3/h)


14. PROPUTANJE KONDENZATORA

U praksi najvie pogonskih problema izaziva i najmanje proputanje cijevi kondenzatora zbog dotoka morske vode u kondenzat koja dovodi do korozije unutranjosti cijevi generatora pare i naslaga na lopaticama turbine U kondenzatu smije biti najvie 3,5 ppm klorida (salanitet) koji potjeu najee od prodora morske vode, a provodljivost ne smije premaiti 5 S/cm Kada napojna voda ima salanitet od 35 ppm i provodljivost od 150 S/cm moraju se poduzeti mjere za prekid rada postrojenja i njegovo ispiranje istom vodom Mjesto proputanja u toku pogona rjeava se zaustavljanjem rada turbine, otvaranjem morske strane kondenzatora i obostranim epljenjem cijevi koja proputa esto se problem rjeava ugradnjom kondenzatora s dva neovisna dijela, od kojih se tada jedan koji proputa iskljuuje iz pogona, a brod koristi samo polovicu instalirane snage turbina

IX. POGLAVLJE TIRELI: BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

1. SUSTAV ZAGRIJAVANJA I OTPLINJAVANJA NAPOJNE VODE

Regenerativno zagrijavanje od temperature zasienja (od 30 0C do 32 0C) koja odgovara tlaku od 4 do 5 kPa (0,04 d0 0,05 bara) pa sve do temperature koja se odreuje prema temperaturi izlaznih plinova iz kotla od 145 0C do 160 0C

Sustav zagrijavanja napojne vode s dva visokotlana i dva niskotlana zagrijaa


2. SUSTAV ZAGRIJAVANJA I OTPLINJAVANJA NAPOJNE VODE(1. nastavak)

Sustav zagrijavanja napojne vode s: dva visokotlana zagrijaa jednim niskotlanim zagrijaem hladnjakom ulja napojnim spremnikom



Prirast termodinamikog stupnja djelovanja procesa t u ovisnosti o koliini oduzete pare i broju zagrijaa napojne vode



Sadraj kisika u vodi smanjuje se sa poveanjem temperature i teoretski dostie vrijednost nula kada je voda na temperaturi zasienja za odgovarajui tlak. Takvi uvjeti postoje u napojnom spremniku i kondenzatoru Volumen napojnog spremnika odgovara 10 minutnoj proizvodnji pare u generatoru pare (na kopnenim postrojenjima 30 minutna proizvodnja)1-napojni spremnik, 2-vanjska pregrada, 3unutarnja pregrada, 4-padajui mlaz napojne vode, 5-oduna cijev, 6-dovod napojne vode

U kondenzat se dozira kemikalija na bazi NH3 spoja (hidrazin) iz koje se vodik spaja sa kisikom stvarajui vodu, a osloboeni duik se oslobaa u atmosferu kroz napojni spremnik (oduna cijev). Tlak u napojnom spremniku oko 1,4 bara (ts=110 0C)

Za brodsko parnoturbinsko postrojenje snage 40.000 kW, s specifinom potronjom pare od 4 kg/kWh volumen napojnog spremnika iznosi:10 x 40.000 x 4 / 60 = 26.666 kg ili volumen napojnog spremnika najmanje 26,6 m3


5. SUSTAV ULJA ZA PODMAZIVANJE LEAJA PARNE TURBINE (tlano-gravitacijski sustav)

1.parna turbina 3.sabirni spremnik ulja 4b. tlani filtri ulja 6.hladnjaci ulja 8.glavni gravitacijski spremnik 10.spremnik rezervnog ulja 12. pumpa ulja 16.odvod taloga 18.pranjenje sustava 20.grija ulja

2.reduktor 4a. usisni filtri ulja 5.uljne pumpe 7. rezervni gravitacijski spremnik 9.taloni spremnik ulja 11.separator ulja 13.kontrolna stakla 17.otvor za punjenje ulja sa palube 19. pumpa ulja

14.plovak za kontrolu razine ulja 15.odunik uljnih para

Kod samo tlanog sustava podmazivanja dodatno se izvodi ugradnja dviju uljnih pumpi (6 bara) i podiznih uljnih pumpi (6 bara) na uljovodu pred ulazom u leajeve Podizna uljna pumpa-za podmazivanje kod upuivanja u rad i zaustavljanja (a slui i kao rezervna uljna pumpa)


6. SUSTAV ULJA ZA PODMAZIVANJE LEAJA PARNE TURBINE (tlani sustav podmazivanja)

Primjer tlanog sustava s smanjenim tlakom ulja ( p=25 psi=1,72 bara=172000 N/m2) i istovremenim rezernim gravitacijskim sustavom podmazivanja (stupac ulja u sustavu podmazivanja 17,72 m) Stupac ulja za podmazivanje: H=p/(9,81)


7. SUSTAV ULJA ZA PODMAZIVANJE LEAJA PARNE TURBINE(1. nastavak)

Sustav ulja za podmazivanje turbine: nosivi leaji, odrivni leaji i reduktor Kinematska viskoznost ulja za podmazivanje: 4510-6 m2/s (45 cSt) i gustoa oko 900 kg/m3 (dinamika viskoznost 0,405 Poise-a=0,0405 Pas) Kod pravilnog odravanja sustava ulja, turbinsko se ulje zamjenjuje tek nakon 30.000 radnih sati to praktino kalendarski znai i do 5 godina Prethodno grijanje ulja na temperaturu najmanje 35 0C Hladnjaci ulja odravaju temperaturu ulja izmeu 50 0C i 60 0C Protok ulja (mu) kroz sustav ovisi o snazi turbine, broju kuita, brzine vrtnje i izvedbi reduktora i obino iskustveno iznosi: mu 0,9(P)1/2gdje je: P mu kW m3/h snaga turbine protok ulja kroz sustav


8. SUSTAV ULJA ZA PODMAZIVANJE LEAJA PARNE TURBINE(2. nastavak)

Sabirni spremnik ulja (3) mora biti obujma Vs da zadovolji barem deset izmjena ulja (i=10) na sat: Vs = mu /igdje je: Vs i m3 obujam sabirnog spremnika broj izmjene ulja na sat kroz sabirni spremnik

Taloni spremnik ulja (9) istog je obujma ka sabirni spremnik ulja (3) iz razloga da bi se, kod dueg prekida rada turbine, prebacilo svo ulje iz sustava u taloni spremnik i izvrilo ienje taloenjem Sabirni spremnik mora (3) prihvatiti svo ulje za podmazivanje iz sustava (18.000 litara za turbinu snage 40.000 kW) Spremnik rezervnog ulja za podmazivanje (10) koristi se za dodavanje ulja u sustav Gubitak ulja iz sustava moe biti iz razloga proputanja, isparavanja ulja i odvoenje taloga sa neistoama. Gubitak ulja dnevno moe iznositi od 5 do 20 litara. Iskustveno se utvruje za normalan rad turbine i reduktora izrazom: mg 0,4 (P/1000)gdje je: P mg kW l/dan snaga turbine gubitak ulja za podmazivanje


9. SUSTAV REGULACIJE SNAGE I ZATITE OD PREKORAENJA BRZINE VRTNJE PARNE TURBINE

Parna turbina je toplinski stroj s vrlo velikim brojem okretaja, pa je neophodno uspostaviti siguran nadzor nad koliinom proputene pare u turbinu i brzinom vrtnje rotora

U osnovne sustave regulacije parne turbine spadaju: regulacija snage regulacija brzine vrtnje sigurnosna regulacija


10. SUSTAV REGULACIJE SNAGE PARNE TURBINE

Snaga turbine proporcionalna je s masenim (koliinskim) protokom pare (D) i stvarno iskoritenim toplinskim padom (lTn). Mijenjanjem jedne od ovih veliina mijenja se i snaga turbine. Regulacija snage se stoga izvodi: priguivanjem pare - (promjena lTn) promjenom mase (koliine) pare - (promjena D) priguenjem i promjenom koliine pare - (promjena lTn i promjena D)


11. SUSTAV REGULACIJE SNAGE PARNE TURBINE PRIGUENJEM PARE

Tlak pare se mjenja a entalpija ulazne pare ostaje nepromjenjena s promjenom snage, ali se zato iskoriteni toplinski pad mijenja (lT1 na lT2) a time i snaga turbine (P) Smanjenjem tlaka (p1) na (p1) smanjuje i ulazna brzina pare u turbini pa se mjenja i termodinamiki stupanj djelovanjana. Maseni protok pare D (kg/s) ostaje nepromjenjen snaga prije regulacije: snaga poslije regulacije: P1 =D lT1 P2 =D lT2

P1 /P2 = lT1 /lT2Regulacija snage promjenom masenog protoka pare D naziva se koliinska regulacija


12. SUSTAV REGULACIJE BRZINE VRTNJE PARNE TURBINE

Tangencijalna sila na rotoru turbine za sluaj potpuno optereeni rotor (u=0): Fx = mc12cos 1 Tangencijalna sila na rotoru turbine za sluaj potpuno neoptereeni rotor (u/c1=1 akcijska, u/c1=2 reakcijska) Fx = 0 Parne turbine rade kod maksimalne snage s najmanjim radnim brzinama vrtnje rotora, a kod neoptereene parne turbine brzina vrtnje rotora poprima najvee vrijednostiCentrifugalni regulator brzine vrtnje rotora turbine: 1-opruga i utezi regulatora, 2-turbina, 3-zupasti prijenos, 4-glavni ventil pare, 5-poluje regulatora, 6-reduktor, 7-propeler

S obzirom na tu spoznaju, mora se ugraditi regulator brzine vrtnje rotora da bi jednu od promjenljivih veliina (snagu ili brzinu vrtnje rotora drali konstantnim)


13. SUSTAV REGULACIJE BRZINE VRTNJE PARNE TURBINE1.nastavak

Za sluaj trenutnog rastereenja parne turbine (izranjanje propelera, lom propelera i slino) koristi se regulator broja okretaja rotora. Odnos razlika brojeva okretaja za neoptereenu turbinu (n2) i maksimalno optereenu turbinu (n1), te srednje brzine vrtnje za uspostavljeni otpor kretanja broda iznosi cca 5% i naziva se statika karakteristika regulacije i iznosi:n2-broj okretaja rotora neoptereene turbine (P=0) n1-broj okretaja rotora maksimalno optereene turbine (P=Pmax)

SKR = (n2 - n1)/ns 0,05 Primjer: broj okretaja rotora turbine za uspostavljeni otporkretanja broda iznosi ns = 6.000 min-1. Regulator broja okretaja dozvoljava ukupnu promjenu broja okretaja za neoptereenu i maksimalno optereenu turbinu: 0,056.000=300 min-1 n2 = 6.000 + 300/2 = 6.150 min-1 n1 = 6.000 - 300/2 = 5.850 min-1

brzina vrtnje turbine (n) proporcionalna brzini kretanja broda (vb): vb1/ vb2 = n1/ n2 snaga turbine proporcionalna je s treom potencijom brzine vrtnje turbine: P1/P2 = (n1/ n2)3


14. SUSTAV ZATITE OD PREKORAENJA BRZINE VRTNJE PARNE TURBINE

Kod stacionarnih turbina na kopnu, za proizvodnju elektrine enrgije, broj okretaja rotora turbine i generatora je konstantan i ovisi o frekvenciji elektroenergetske mree.U Europi frekvencija elektroenergetske mree iznosi 50 s-1 , a u USA 60 s-1, pa je broj okretaja rotora turbine n = 5060 = 3.000 min-1 (u USA 3.600 min-1)

Brodske parne turbine imaju radne brojeve okretaja i do 10.000 min-1 Kada se broj okretaja povea (bez obzira na razloge) za vie od 10% iznad radnih, sigurnosna regulacija djeluje u vremenu od 0,2 - 0,3 sekunde i trenutno zatvara glavni ventil1-osovina turbine, 2-uteg, 3-vijak vodilica, 4-opruga, f-stisnutost opruge prednapon pri montai, a-pomak utega izvan promjera ososvine, Cmax-centrifugalna sila utega za sluaj postizanja pomaka (a), Fmax-sila kojom opruga vraa uteg u poetni poloaj kod postizanja pomaka (a)

Cmax = F = m e (

nmax/30)2


15. SUSTAV MJERENJA SNAGE BRODSKE PARNE TURBINE

Mjerni dio osovine rotora turbine se uslijed prijenosa snage na propeler zakree za kut torzije () izmeu dviju mjernih toaka na udaljenosti LL

Kut torzije osovine rotora () nastaje uslijed prijenosa snage na propeler i mjeri se preko sustava elektrinih signala = M L/ ( Ip G) [radijana] m4 Nm s-1 W min-1 Ip G Ip=d4/16

M

krutost na torziju polarni moment inercije osovine

P n d Fx

G=8 1010 modul klizanja materijala osovine N/m2 M=Fx(d/2)= P/ moment torzije P n kutna brzina brtnje snaga na osovini broj okretaja rotora turbine

L

Zamjenom momenta torzije, izraunava se snaga za izmjereni kut torzije: P = (/30) Ip G n / L= K n konstanta torzimetra: K= (/30) Ip G / L

XI. POGLAVLJE TIRELI: BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

1. SUSTAV TEKUEG GORIVA PLINSKE TURBINE

Snaga i brzina vrtnje plinske turbine regulira se jedinicom za regulaciju goriva


2. SUSTAV PLINOVITOG GORIVA PLINSKE TURBINE

Snaga i brzina vrtnje plinske turbine regulira se jedinicom za regulaciju goriva


3. SUSTAV PODMAZIVANJA PLINSKE TURBINE

Za podmazivanje plinskih turbina najee se koristi sintetiko ulje slijedeih znaajki:


4. DIJELOVI SUSTAVA ZA PODMAZIVANJA PLINSKE TURBINE SPREMNIK ULJASpremnik mora biti stalno ventiliran da ne doe do pretlaka Hvata plamena (Flame Arrestor) sprijeava irenje mogueg plamena PCV regulator tlaka s mogunou povrata ulja za podmazivanje PSV preljev vika ulja Auxillary Pump pomona uljna pumpa ukljuuje se kod starta (startup) i prekida rada (shutdown)


ZA PODMAZIVANJA PLINSKE TURBINE ULJNE PUMPE

5. DIJELOVI SUSTAVA

Ugrauju se tri tipa uljnih pumpi s stalnim dobavnim tlakom i koliinom


6. DIJELOVI SUSTAVA ZA PODMAZIVANJA PLINSKE TURBINE ULJNI FILTRI


7. DIJELOVI SUSTAVA ZA PODMAZIVANJA PLINSKE TURBINE HLADNJACI ULJA


8. DIJELOVI SUSTAVA ZA PODMAZIVANJA PLINSKE TURBINEREGULACIJA TEMPERATURE ULJA U HLADNJACIMA


9. ZATITE PLINSKE TURBINE OD PREKORAENJA BRZINE VRTNJE


10. SUSTAV ZATITE PLINSKE TURBINE OD PREKORAENJA BRZINE VRTNJE


11. MJERENJE I KONTROLA VIBRACIJA I POMAKA ROTORA TURBINE

Zbog sigurnog rada mjeri se i kontrolira: Aksijalni pomak rotora (1,2) Radijalne vibracije rotora (3y, 4x, 5y, 6x) x, y oznaka osi


12. NAIN MJERENJA I KONTROLE POMAKA ROTORA TURBINE

Aksijalni pomak rotora mjeri se najmanje na dva mjesta (prema slici) i to na: odrivnom leaju elu osovine


13. NAIN MJERENJA I KONTROLE VIBRACIJE ROTORA TURBINE

Vibracije rotora mjere se najmanje na dva mjesta (prema slici) i to na kuitu radijalnog leaja turbine Mjerenje se bazira na promjeni jaine magnetskog polja izmeu postavnog stanja i stvarnog stanja pipkala koji dotie rotor u vrtnji Promjena magnetskog polja prenosi se signalom do mjernog mjesta (lokalno i u komandnoj prostoriji)

X. POGLAVLJE TIRELI: BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

14. IZGLED PLINSKOTURBINSKOG I PARNOTURBINSKOG POGONA BRODA

1. Pomona pumpa za podmazivanje 2. Pumpa u nudi za podmazivanje 3. Regulacijska pumpa 4. Pumpa goriva 5. Transmisija za pomone ureaje 6. Kondenzator 7. Ulaz pare u kondenzator 8. Kondenzator 9. Kompresor 10. Stranji poklopac kondenzatora 11. Ulaz rashladne vode u kondenzator 12. Ulaz zagrijanog zraka u regenerator 13. Izlaz zraka iz regeneratora 14. Filter ulja za podmazivanje 15. Bona vodilica turbine 16. Sabirni spremnik ulja za podmazivanje 17. Kontrolna ploa postrojenja 18. Pomona parna turbina na osovini kompresora 19. Transmisija za pomone strojeve 20. Ulaz pare u parnu turbinu 21. Izlaz pare iz parne turbine 22. Priguiva zvuka usisa zraka 23. Elastini spoj 24. Usisni kanal za zrak

25. Elastini spoj 26. Paluba 27. Filtri usisanog zraka 28. Otvor na kanalima za pregled 29. Ulaz zagrijanog zraka u turbinu 30. Ulaz zraka u regenerator 31. Ulazni i izlazni cjevovod za napojnu pumpu 32. Izlaz iz evoparatora 33. Parni bubanj kotla 34. Ispust ispunih plinova iz regeneratora i kotla 35. Redukcijski kanali za ispune plinove 36. Parni kotao na tekue gorivo 37. zagrija zraka (regenerator) 38. Kontrolno okno 39. Elastini spoj 40. Redukcijski kanali za ispune plinov

Book _ PFRI _ Parne-Turbine

Documents

Transcript of Book _ PFRI _ Parne-Turbine