PMCO - ściąga - koło 1.docx

(4014 KB) Pobierz

Przedstawić na wykresach h-s i T-s przemiany termodynamiczne wody i pary wodnej (izobara, izochora, izoterma itd.) zaznaczyć: pracę, ciepło i pracę techniczną.

Omówić wpływ ciśnienia początkowego pary świeżej p0 na sprawność obiegu Clausiusa - Rankine’a.

· Wzrost ciśnienia początkowego nie ma jednoznacznego wpływu na sprawność obiegu C-R;

· W pewnym obszarze zależnym od temperatury początkowej sprawność obiegu C-R wzrasta;

· W praktyce nie udaje się wykorzystać maksymalnego ciśnienia ponieważ rośnie wielkość zawilgocenia (zawilgocenie graniczne 0.85);

· Każdej wartości temperatury początkowej (przy założonej stałej wartości ciśnienia w skraplaczu) odpowiada jedno ciśnienie początkowe dla którego sprawność obiegu idealnego C-R jest największa;

· Ze wzrostem ciśnienia sprawność wewnętrzna turbin małej mocy maleje;

· Wzrost ciśnienia wiąże się ze wzrostem kosztów inwestycyjnych i gorszymi własnościami manewrowymi;

· Ze zmianą ciśnienia zmienia się spadek entalpii w turbinie potrzebny do realizacji zadanej mocy i jednocześnie rośnie liczba stopni turbiny.

Tylko w pewnym obszarze ciśnień sprawność obiegu jest maksymalna.

Omówić wpływ temperatury początkowej pary świeżej p0 na sprawność obiegu Clausiusa – Rankine’a.

· Wzrost temperatury początkowej zawsze zwiększa sprawność obiegu C-R;

· Ze wzrostem temp rosną koszty inwestycyjne (materiały – część WP oraz elementy kotła);

a) Stale węglowe do około 400°C;

b) Stale niskostopowe molibdenowe, chromomolibdenowe (0.5% molibdenu i 1% chromu) do około 450°C;

c) Stale wysokostopowe, stopy austenityczne powyżej 450°C;

d) Stale stopowe o strukturze ferrytycznej (zwiększone dodatki Chromu, Molibdenu Wolframu i Wanadu), zależnie od składu od 535 do 580°C;

e) Stale Żaroodporne o strukturze austenitycznej lub stopy austenityczne oparte o Nikiel lub Kobalt powyżej 580°C;

stale b) 2-5 razy droższe niż stale a);

stale c) do 50 razy droższe niż stale a);

stale d) do 100 razy droższe niż stale a);

· Obecnie praktycznie stosuje się stale ferrytyczne w zakresach od 535 do 570°C;

· Wartości temperatury początkowej i ciśnienia początkowego dobiera się w zależności od pracy turbiny;

o dla turbin ruchu podstawowego (mało zmienne obciążenie) wyższe wartości;

o dla bloków manewrowych (silnie zmienne warunki) niższe wartości.

Omówić wpływ ciśnienia końcowego pK na sprawność obiegu Clausiusa – Rankine’a.

∆η≈∆lTlT0-∆lplp0-∆q1q10

Zmniejszenie ciśnienia końcowego powoduje obniżenie dolnej temperatury obiegu i mimo

jednoczesnego obniżenia średniej górnej temperatury obiegu zawsze prowadzi do wzrostu

sprawności obiegu.

ηC=1-TKT1śr

Dążymy do najniższego możliwego ciśnienia, ale zależy od temperatury wody chłodzącej jaką

dysponujemy oraz od krotności chłodzenia.

p = 3.5 kPa dla akwenów otwartych;

p = 7kPa dla chłodni kominowych;

Zmniejszenie przyrostu temperatury wody chłodzącej wymaga wzrostu krotności

chłodzenia - zwiększenie strumienia wody chłodzącej - podrożenie instalacji wody chłodzącej;

bądź zwiększenie powierzchni wymiany ciepła - większy kondensator i turbina - większe koszty.

Omówić przegrzew międzystopniowy parą świeżą w turbozespołach parowych.

· Poprawia realizację praktyczną obiegów z wysokim ciśnieniem początkowym ponieważ zmniejsza zawilgocenie czynnika w końcowej fazie ekspansji;

· Prowadzi do poprawy sprawności obiegu ale tylko poprzez właściwy dobór parametrów;

· Istnieje optymalna wartość ciśnienia przegrzewu określana drogą analityczną bądź graficzną;

· Zwiększa spadek entalpii w turbinie, więcej stopni;

· Turbozespół jest większy, cięższy, ma co najmniej dwa kadłuby;

· Rozbudowa układu, większe koszty inwestycyjne;

· Straty ciśnienia w kanałach nawet do 20%-wada;

· Zyski termodynamiczne zwykle przeważają i praktycznie wszystkie nowoczesne układy

· maja przegrzew międzystopniowy-integralna część kotła.

Para już wykorzystana przez turbinę wysokiego ciśnienia jest podgrzewana przez parę, która zaraz ma się dostać do turbiny wysokiego ciśnienia, czyli świeża.

Omówić przegrzew międzystopniowy w kotle w turbozespołach parowych.

Para po wyjściu z turbiny o wysokim ciśnieniu wraca do kotła i tam jeszcze raz jest przegrzewana, ale nie miesza się z parą świeżą i idzie do turbiny o niskim ciśnieniu. (podstawy jak w zadaniu wyżej)

Przegrzew międzystopniowy (wtórny) – zabieg stosowany do podniesienia sprawności w siłowni parowej funkcjonującej według obiegu Rankine'a. Pozwala on na pewne przybliżenie obiegu termodynamicznego siłowni do obiegu Carnota posiadającego największą sprawaność dla danych temperatur dolnego i górnego źródła ciepła (karnotyzacja obiegu).

W przypadku siłowni parowej przegrzew wtórny polega na skierowaniu pary z powrotem do kotła parowego po rozprężeniu na wysokoprężnej części turbiny parowej. Para zostaje ponownie przegrzana, w wyniku czego jej entalpia rośnie. Para wtórnie przegrzana kierowana jest do części średnio- lub niskoprężnej turbiny, gdzie następuje dalsze rozprężanie pary do ciśnienia wylotowego.

Zwykle temperatura czynnika na wylocie z przegrzewu wtórnego bliska jest temperaturze na wylocie z przegrzewu pierwotnego. Nieraz jest ona nieco wyższa z uwagi na niższe ciśnienia panujące w rurach przegrzewacza kotła i rurociągu, a więc i mniejsze obciążenie statyczne materiału (mniejsza skłonność do pełzania).

Rys. Schemat obiegu z przegrzewem międzystopniowym.

Omówić wady i zalety stosowania regeneracyjnego przegrzewu wody zasilającej.

Regeneracyjny podgrzew wody zasilającej kocioł realizowany jest zwykle w kilku wymiennikach, dzięki czemu minimalizowane są straty egzergii. Ilość wymienników zależna jest od wielkości bloku energetycznego, i wynosi zwykle od kilku do kilkunastu. Część wymienników umieszczona jest przed pompą zasilającą (wymienniki niskoprężne), a część za (wymienniki wysokoprężne). Nazwa pochodzi oczywiście od ciśnienia panującego po stronie kondensatu.

Zalety

· Zwiększona sprawność mocy turbiny poprzez wzrost średniej górnej temperatury doprowadzenia ciepła w kotle

· Wzrost mocy pompy wody zasilającej

· Regeneracja poprawia sprawności wewnętrzne turbin, w WP rośnie strumień pary, w NP maleje strumień pary co poprawia kształtowanie układu łopatkowego

· Do kondensatora wpływa mniejszy strumień pary –> mniejsze ciepło strat skraplania-> mniejsza i tańsza instalacja wody chłodzącej

Wady

· Wysoka temperatura wody zasilającej utrudnia utrzymanie niskich temp spalin wylotowych z kotła co obniża jego sprawność

· Wzrost liczby wymienników powoduje wzrost kosztów bloku i stopnia złożoności

· Upusty w NP są naturalnymi separatorami wilgoci – korzystne ale komplikują układ prowadząc do strat przepływu w obrębie turbiny

Turbiny dużej mocy powinny mieć rozbudowany układ regeneracji, przegrzew międzystopniowy i wysoką wewnętrzną sprawność turbiny. Turbiny małej mocy jak najbardziej uproszczoną konstrukcję, ograniczoną liczbę wymienników itp. Turbiny ruchu wstecz i mocy szczytowych powinny być proste i tanie ich sprawność termiczna nie ma znaczenia. W rejonach drogiego paliwa dąży sie do maksymalizacjo kosztów sprawności bloku odwrotnie dla taniego paliwa.

Omówić turbiny biegu wstecz

Okrętowe turbiny parowe, Użyte jako silniki główne, muszą zapewnić możliwość nadania statkowi ruchu wstecz. Warunek ten spełniają turbiny nawrotne. Główny zespół turbinowy statku handlowego przy pracy wstecz powinien, podczas co najmniej 15 minut rozwijać moc nie mniejszą niż 40% mocy nominalnej biegu naprzód przy ustalonej prędkości kątowej równej 70% nominalnej prędkości kątowej biegu naprzód. Moc turbiny biegu wstecz powinna zapewnić konieczną zdolność manewrowania statkiem w rożnych warunkach eksploatacyjnych. Zagadnienia te precyzyjnie regulują przepisy towarzystw klasyfikacyjnych. Typowe obroty części WP oraz SP są rzędu 4000 ÷ 7000 obr/min. Natomiast obroty części NP mają zwykle 2000 ÷ 4500 obr/min. W celu zapewnienia napędu wstecznego okrętu stosuje się turbiny wstecznego biegu. Rozwiązanie to pozwala uzyskać pow. 20% nominalnej mocy silnika głównego przy ruchu do tyłu.