1. BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

Transcript

1 1. BRODSKE TOPLINSKE TURBINE

2 2. PARNOTURBINSKI POGON Slika 2. Parnoturbinski pogon

3 3. PRINCIP RADA PARNE TURBINE Slika 3. Princip rada parne turbine

4 4. PLINSKOTURBINSKI POGON Slika 4. Plinskoturbinski pogon

5 5. PRINCIP RADA PLINSKE TURBINE Slika 5. Princip rada plinske turbine

6 6. TRADICIONALNI POGON BRODOVA

7 7. INTEGRIRANI POGON BRODOVA

8 8. PRIJENOS SNAGE S PORIVNOG STROJA

9 9. KOMBINIRANI CIKLUSI BRODSKIH POGONA (K-1sat RI) Legenda: CO combinacija pogonskih strojeva D dizelski pogon G plinskoturbinski pogon S parnoturbinski pogon N nuklearni pogon A i O ili X poprečni spoj pogonskog stroja

10 10. CODAD Kombinirano (CO) Dizelski motor (D) i (A) Dizelski motor (D)

11 11. COGAG Kombinirano (CO) Plinska turbina (G) i (A) Plinska turbina (G)

12 12. COGOG Kombinirano (CO) Plinska turbina (G) ili (O) Plinska turbina (G)

13 13. CODOG Kombinirano (CO) Dizelski motor (D) ili (O) Plinska turbina (G)

14 14. CODAG Kombinirano (CO) Dizelski motor (D) i (A) Plinska turbina (G)

15 15. CODLAG Kombinirano (CO) Dizelski motor (D) Električni pogon (L) i (A) Plinska turbina (G)

16 16. CODOGX&CODAGX Kombinirano (CO) Dizelski motor (D) ili (O) Plinska turbina (G) Poprečni spoj (X) Odnosno (&) Kombinirano (CO) Dizelski motor (D) i (A) Plinska turbina (G) Poprečni spoj (X)

17 17. COGAGX Kombinirano (CO) Plinska turbina (G) i (A) Plinska turbina (G) Poprečni spoj (X)

18 18. COGAGX-DX Kombinirano (CO) Plinska turbina (G) i (A) Plinska turbina (G) Poprečni spoj (X) Dizelski motor (D) Poprečni spoj (X)

19 19. STROJARNICA PARNOTURBINSKOG POGONA

20 20. IZGLED TURBINSKOG POGONA 1 ventil za manevriranje - pogon naprijed 2 hidraulički cilindar za ventil 3 prijenos upravljanja ventilom 4 privod pregrijane pare VT turbini 5 VT turbinski rotor 6 VT kućište turbine 7 postolje VT kućišta 8 spojni parovod VT i NT turbine 9 NT turbinski rotor 10 NT kućište turbine 11 privod pare za turbinu za pogon natrag 12 kućište turbine zapogon natrag 13 odvodno kućište pare u kondenzator 14 kondenzator turbina 15 ventil za manevriranje - pogon natrag 16 prednji dio postolja turbina 17 zadnji dio postolja turbina 18 VT fleksibilna spojka 19 VT 1. Pogonski par zupčanika 20 VT 1. Pogonjeni par zupčanika 21 VT 2. Pogonski par zupčanika 22 NT fleksibilna spojka 23 NT 1. Pogonski par zupčanika 24 NT 1. Pogonjeni par zupčanika 25 pogonjeni par zupčanika 26 odrivni ležaj 27 kućište pogonjenog zupčanika 28 prekretni prijenos

21 21. BRODSKA PLINSKA TURBINA

22 22. KONCEPCIJA IZVEDBI PLINSKIH TURBINA (K-2sat RI) godine dostignuta je temperatura ulaznih plinova u turbinu od C (2.600F) godine dostignut je ukupni stupanj djelovanja kombiniranih ciklusa od 60%

23 23. BRODSKE PARNE TURBINE PRINCIP RADA PARNIH TURBINA: toplinska energija pare najprije se pretvori u kinetičku energiju posredstvom sapnice na statorskom dijelu turbine, a potom se posredstvom vođenja pare ili plina kroz zakrivljeni strujni kanal na rotoru turbine (lopatice) izazove sila koja zakreće rotor čije zakretanje rezultira mehaničkom radnjom. Bez obzira na izvor topline, toplinski proces u svim parnim postrojenjima sličan je i naziva se Clausius-Rankineov, a temelji se na Carnotovom kružnom procesu. Toplinski proces u parnim postrojenjima temelji se izvorno na Carnotovom kružnom procesu. Carnotov kružni proces ima najviši termodinamički stupanj djelovanja, no praktično je neostvariv. Ove su nedostatke istovremeno otklonili W. Rankine i R. Clausius predloživši toplinski proces koji se obično naziva Rankineov-Clausiusov proces ili skraćeno RC-proces. Termodinamički stupanj djelovanja RC procesa niži je od Carnotovog, jer se sva toplina ne predaje pri maksimalnoj temperaturi.

24 24. DOVEDENA I ODVEDENA TOPLINA PARI U PARNOTURBINSKOM POGONU PREGRIJAČ h -h 1 1 Dovedena toplina pari u kotlu q d = h z + h i + h p = h 1 -h 4 = q k ISPARIVAČ h -h BUBANJ 2 R (T) (C) u tome je: toplina zagrijavanja napojne vode h z = h 1 -h 4 toplina isparavanja vode h i = h 1 -h 1 ZAGRIJAČ h -h 1 4 (K) 1 q =q d K 4 (P) 3 MORSKA VODA toplina pregrijavanja pare h p = h 1 -h 1 Odvedena toplina pari morskom vodom u kondenzatoru: q K = h 2 -h 3

25 25. TEORETSKI I STVARNI RAD U PARNOJ TURBINI Stvarno dobiveni je rad na osovini turbine: l Tn = h 1 -h A Teoretski raspoloži rad na osovini turbine: l T = h 1 -h 2 l Tn < l T termodinamički stupanj djelovanja turbine: η T = l Tn / l T η T = od 0,85 do 0,90

26 26. JEDINIČNI RADOVI PARNE TURBINE Jedinični rad parne turbine u stvarnom procesu s trenjem i uzimajući u obzir utošeni rad napojne pumpe, iznosi: l Tn =(h 1 -h A )-(h D -h 3 ) l Tn Jedinični rad parne turbine u teoretskom procesu bez trenja i uzimajući u obzir utošeni rad napojne pumpe bez trenja, iznosi: l=(h 1 -h2)-(h 4 -h 3 ) l T

27 27. TERMODINAMIČKI STUPNJEVI DJELOVANJA PARNOTURBINSKOG PROCESA Termodinamički stupanj djelovanja teoretskog (povratljivog) toplinskog procesa iznosi (zanemari li se rad napojne pumpe): η t = l T / q d Termodinamički stupanj djelovanja stvarnog (nepovratljivog) toplinskog procesa iznosi: η tn = l Tn / q d = η t η T = η u Dio topline, koji se u stvarnom procesu preobrazi u mehanički rad na osovini turbine, definira se kao unutarnji termodinamički stupanj djelovanja toplinskog procesa(η u ).

28 28. MEHANIČKI STUPANJ DJELOVANJA PARNOTURBINSKOG POGONA (6 sat RI ) Raspoloživi rad l Tn turbine prije rekuktora je umanjen za gubitke trenja pokretnih dijelova turbine. Stvarno raspoloživi rad prije reduktora iznosi l Tm. Odnos stvarno raspoloživog rada prije reduktora i raspoloživog rada turbine predstavlja mehanički stupanj djelovanja : η m = l Tm /l Tn

29 29. STUPANJ DJELOVANJA REDUKTORA PARNOTURBINSKOG POGONA Dio mehaničkog rada koji turbina na osovini predaje reduktoru i propeleru l Tm troši se za savladavanje gubitaka u reduktoru i kućištima. Stvarni rad na propeleru iznosi l r. Omjer mehaničkog rada na propeleru l r i mehaničkog rada na osovini turbine predanog reduktoru l Tm predstavlja stupanj djelovanja reduktora: η r = l r / l Tm

30 30. EFEKTIVNI STUPANJ DJELOVANJA PARNOTURBINSKOG POGONA Efektivni stupanj djelovanja parnoturbinskog brodskog pogona η e iznosi: ili η e = η t η T η m η r η e = η u η m η r Efektivni stupanj djelovanja parnoturbinskog pogona predstvalja omjer snage u (W) na propeleru P r i ukupne dovedene topline pari u parnom kotlu Q d u J/s η e = P r /Q d = l r / q d

31 31. UKUPNI STUPANJ DJELOVANJA PARNOTURBINSKOG POGONA Ukupni stupanj djelovanja parnoturbinskog pogona: η = η e η K η c gdje je: η K toplinski stupanj djelovanja kotla (od 0,90 do 0,93) η c stupanj djelovanja cjevovoda (od 0,97 do 0,98).

32 32. IZRAČUN POTROŠNJE GORIVA PARNOTURBINSKOG POGONA Potrošnja goriva za parnoturbinski pogon iznosi: Q g = P r / η gdje je: Q g = Q d /(η K η C ) P r = D g H d η gdje je: P r W Raspoloživa snaga na osovini propelera D g kg/s masena potrošnja goriva u kotlu H d J/kg ogrjevna moć goriva η ukupni stupanj djelovanja parnoturbinskog pogona

33 33. IZRAČUN SPECIFIČNE POTROŠNJE GORIVA PARNOTURBINSKOG POGONA (NASTAVAK) Iz bilance toplina: D g H d = P r / η d g = D g / P r = 1 / ( H d η) kg/ws d g = D g / P r = 3, / ( H d η) kg/kwh Za usporedbu specifične potrošnje krutog goriva za parnoturbinska postrojenja na kopnu (elektrane i toplane) koriste se računski ekvivalentna goriva, npr. ekvivalentni ugljen ogrjevne moći 29, J/kg, pa je specifična potrošnja ekvivalentnog ugljena d g = D g / P r = 3, / (29, η) = 0,1228/η kg/kwh Ogrjevna moć ekvivalentog tekućeg goriva iznosi H d = 41, J/kg, pa je specifična potrošnja ekvivalentog tekućeg goriva : d g = D g / P r = 3, / (41, η) = 0,0863/η kg/kwh

34 34. IZRAČUN IZMJENJENE TOPLINE U KONDENZATORU PARNOTURBINSKOG POGONA Toplina koja se dovodi u kondenzator s vodenom parom q 0 = h 2 -h 3 J/kg gdje je: h 2 J/kg entalpija vodene pare na izlazu iz turbine odnosno na ulazu u kondenzator h 3 J/kg entalpija kondenzata na izlazu iz kondenzatora

35 35. IZRAČUN POTREBNE KOLIČINE MORSKE VODE ZA HLAĐENJE U KONDENZATORU PARNOTURBINSKOG POGONA Potrebna količina rashladne morske vode za kondenzaciju vodene pare u kondenzatoru D q 0 = D w c w T w D w = D q 0 / (c w T w ) gdje je: D w - maseni protok morske vode kroz kondenzator kg/s C w - specifična toplina morske vode(3.980 kj/kg K) J/kgK T w - prirast temperature morske vode u kondenzatoru K

36 36. IZRAČUN POTREBNE SPECIFIČNE POTROŠNJE VODENE PARE PARNOTURBINSKOG POGONA Kao usporedbena veličina potrošnja pare u parnoturbinskom pogonu koristi se specifična potrošnja pare (d) u kg/ws, koja je omjer potrošnje mase vodene pare i dobivene snage na propeleru: d=d/p r kg/ws gdje je: P r W snaga na propeleru D kg/s maseni protok vodene pare kroz turbinu d=3,6 (D/P) kg/kwh ako se uvrsti D (kg/h) i P (kw) d= 3,5 do 4,5 kg/kwh za parnoturbinski pogon broda d= 3,1 do 3,5 kg/kwh za parnoturbinski pogon termoelektrana

37 37. IZRAČUN POTREBNE KOLIČINE VODENE PARE PARNOTURBINSKOG POGONA Potrebna količina vodene pare parnoturbinskog pogona: D = Q K / q K = (D g H d η K )/ q K q K = q d = h 1 -h 4 J/kg toplina koja se dovodi pari u kotlu h 1 J/kg entalpija pare na izlazu iz kotla h 4 J/kg entalpija vode na ulazu u kotao D g kg/s maseni potrošak goriva H d J/kg ogrjevna moć goriva η K toplinski stupanj djelovanja generatora pare

38 38. RAČUNSKI PRIMJER 1. Brodski parnoturbinski pogon radi s srednjom specifičnom potrošnjom goriva 235 g/kwh čija je ogrjevna moć 41 MJ/kg (teško Bunker gorivo). Specifična potrošnja vodene pare iznosi 3,9 kg/kwh za snagu na propeleru od kw. Odrediti: ukupni stupanj djelovanja parnoturbinskog pogona količinu pare koju proizvodi generator pare Rješenje: ukupni stupanj djelovanja parnoturbinskog pogona d g = D g / P r = 3,6/ ( H d η) η= 3,6/ (H d d g )= 3,6/ (41 0,235)=0,3736 η =37,36 % količinu pare koju proizvodi generator pare D=P r d= ,9= kg/h