Laboratorium techniki cieplnej.
Siłownia parowa.
AKADEMIA TECHNICZNO ROLNICZA
W BYDGOSZCZY
Wydział Mechaniczny
Mariusz Stojak
Grupa: E
Semestr: V
Studium: mgr
Rok akademicki: 1999/2000
1. Wstęp – turbiny parowe.
W turbinie parowej czynnik wykonuje pracę w wyniku rozprężania się w kanałach ekspansyjnych (dysze de Lavala lub urządzenia kierownicze), a następnie w wyniku dynamicznego oddziaływania strumienia przepływającej pary z dużą prędkością w sposób ciągły przez ruchomy kanały utworzone między łopatkami jej wirnika.
Zamiana energii wewnętrznej na pracę mechaniczną odbywa się w dwóch etapach;
- energia wewnętrzna pary ulega zamianie na energię kinetyczną w nieruchomych kanałach ekspansyjnych, w których para rozpręża się, zyskując dużą prędkość,
- energia kinetyczna pary zamienia się na pracę mechaniczną przy przepływie przez kanały międzyłopatkowe wirnika wraz ze zmianą kierunku przepływu i niekiedy z towarzyszącym rozprężaniem.
Zamiana energii kinetycznej na pracę mechaniczną w turbinie parowej następuje w wyniku uderzenia strumienia wypływającej z dyszy lub kierownicy pary w łopatkę, która powoduje odchylenie styczne strumienia do płaszczyzny łopatki i powstanie siły nacisku. Siła ta powoduje moment obrotowy wywołujący w efekcie ruch wirowy wirnika turbiny. Para po wykonaniu pracy przepływa do skraplacza, gdzie ulega kondensacji. Kondensat kierowany jest do zbiornika kondensatu w kotłowni.
Zależnie od sposobu wykorzystania całkowitego spadku entalpii, a więc od sposobu działania turbiny można wyróżnić turbiny;
¨ akcyjne, w których para rozpręża się w dyszach i kanałach ekspansyjnych. Prędkość pary wzrasta i wchodząc na łopatki wirnika zmienia ona swój kierunek, wywołując ruch obrotowy wirnika. W czasie przepływu przez przestrzenie między łopatkami wirnika prędkość stopniowo maleje, a ciśnienie nie zmienia się.
¨ reakcyjne w których para rozpręża się częściowo w dyszy, a częściowo w zwężających się kanałach między łopatkami wirnika. Prędkość pary wzrasta w pierwszym rzędzie łopatek kierowniczych. Po przejściu pary w rząd łopatek wirnika, mimo dalszego rozprężania się, prędkość jej maleje na kolejnych stopniach wirnika.
Sprawność i moc turbiny można obliczyć znając:
§ strumień masy pary dolotowej i wylotowej z turbiny (w turbinach bez upustu strumienie są sobie równe),
§ strumień masy pary upustowej,
§ entalpię pary dolotowej, wylotowej i upustoej.
Układy cieplne turbin:
· przeciwprężna,
· upustowo-przeciwprężna,
· kondensacyjna,
· upustowo - kondensacyjna,
· kondensacyjna z regeneracyjnym podgrzewaczem skroplin,
· kondensacyjna z międzystopniowym przegrzewaczem pary,
· kondensacyjna z międzystopniowym przegrzewaczem pary i regeneracyjnym podgrzewaczem skroplin.
Moc wewnętrzna turbiny Ni przekazana poprzez parę wirnikowi turbiny jest funkcją strumienia masy pary i rzeczywistego spadku entalpii.
Ø Dla turbin kondensacyjnych i przeciwprężnych:
Ni = (i1 – i4 )
gdzie: - strumień masy pary,
i1 - entalpia pary dolotowej,
i4 - entalpia pary przy rozprężaniu rzeczywistym.
Ø Dla turbin kondensacyjnych z międzystopniowym przegrzewaczem pary:
Ni = [(i1 – i2) + (i3 – i4)]
Ø Dla turbin z upustem pary:
Ni = (i1 – iu) + ( - )(iu – i4).
Sprawność wewnętrzną ηi turbiny wyraża zależność:
ηi =
Moc efektywna (rzeczywista) Ne – moc na sprzęgle łęączącym turbinę z maszyną napędzaną określona jest wzorem :
Ne = Ni * ηm,
gdzie: ηm – sprawność mechaniczna.
Sprawność efektywna turbiny jest wyrażona zależnością:
ηe = ηi * ηm.
Moc elektryczna mierzona na zaciskach prądnicy:
Nel = Ne * ηg,
gdzie: ηg – sprawność generatora.
Sprawność efektywna turbozespołu wyraża się wzorem:
η el = ηe * ηg = ηi * ηm * ηg
2. Siłownia parowa.
Ciepło doprowadzane jest do czynnika roboczego w kotle. Para z kotła dopływa do silnika, gdzie rozpręża się, a następnie dostaje się do chłodnicy (w maszynach kondensacyjnych chłodnicę nazywamy skraplaczem), gdzie woda chłodząca (otoczenie) odbiera ciepło. Po tej przemianie czynnik dopływa do sprężarki, która spręża go od ciśnienia panującego w chłodnicy do ciśnienia kotłowego. W ten sposób czynnik przebył kolejno przemiany, a stan końcowy po sprężaniu równa się stanowi początkowemu przed doprowadzeniem ciepła.
3
mechanikk