Parne turbine. Avtor: Ivo Krajnik Kobarid

Transcript

1 Parne turbine Avtor: Ivo Krajnik Kobarid

2 Obravnava parnih turbin Lastnosti pare T-S diagrami, kvaliteta pare, kalorimeter Krožni cikli Rankinov cikel Klasifikacija Različni tipi turbin Enačbe Sila, Moment, Moč, Izkoristek Obratovanje turbine Optimalni izkoristek Kondenzator NTU in UA metodi

3 Lastnosti pare Entropija navpične črte Temperatura vodoravne črte Tlak enako kot temperatura Kvaliteta samo črte pod zvonasto krivujo Entalpija - krivulje

4 Lastnosti pare Kvaliteta pare je pripravna količina pri izračunu entalpije mešanice nasičene pare. Gre v bistvu, za razmerje mase plina napram celotni masi mešanice (plina/tekočine). Za tekočino je x=0, za 100 % paro pa velja x=1. h - specifična (entalpija, entropija ali volumen) dejanske pare. ht - specifična (entalpija, entropija ali volumen) tekočine. htp razlika specifične entalpije (...) med plinskim ( paro), in tekočim stanjem (vodo).

5 Lastnosti pare Za izračun entalpije nasičene pare uporabljamo kalorimeter. Kalorimeter zagotovi, da nasičena para ekspandira, s tem, da jo pošlje skozi iztočno odprtino, v področje visoke temperature, kjer se izvaja merjenje tlaka in temperature, kar nam omogoči izračun entalpije.

6 Lastnosti pare: Kalorimeter

7 Rankinov krožni cikel

8 Rankinov krožni cikel Segrevanje pri konstantnem tlaku v grelcu. Izentropna ekspanzija v turbini. Ohlajanje pri konstantnem tlaku v kondenzatorju. Izentropna kompresija v črpalki.

9 Rankinov krožni cikelidealni

10 Rankinov krožni cikelrealni

11 Klasifikacija GLEDE NA STANJE PARE OB IZSTOPU IZ TURBINE: IZPUŠNE TURBINE V teh ekspandira para do tlaka okolice in izteka v okolico. PROTITLAČNE TURBINE V teh turbinah para zapušča turbino s tlakom večjim od tlaka okolice. Nadtlak tudi do 15 bar. KONDENZACIJSKE TURBINE V kondenzacijskih turbinah se para vodi iz turbine v kondenzator, kjer kondenzira. Potem se kondenzat segreva in črpa nazaj v kotel.

12 Klasifikacija GLEDE NA PREMIKANJE PARE SKOZI TURBINSKI MOTOR: OSNE TURBINE Para se premika skozi turbinske kanale v osni smeri, vzporedno z vrtilno osjo. Teh turbin je največ. RADIALNE TURBINE Para se premika skozi turbinske kanale v radialni smeri, vertikalno na vrtilno os. Zelo dober izkoristek, najboljši med parnimi turbinami, kakor tudi znatno manjše dimenzije.

13 Klasifikacija Primer osne Curtisova turbina:

14 Klasifikacija Primer radialne de Lavalova:

15 Turbinske stopnje Enostopenjska impulzna turbina Celoten tlačni padec se pojavi ob izstopu iz šobe Lavalove šobe. Hitrost se pri potovanju prek rotorjev zmanjša.

16 Turbinske stopnje Hitrost Sestavljena (Curtisova turbina)

17 Turbinske stopnje Reakcijske turbine Padec tlaka je zvezen. Hitrost narašča preko statorja, in pojema preko rotorja. Učinkovito.

18 Sila, Moment in Moč v1 = izstopna hitrost iz šobe vr1 = rel. vstopna hitrost na lopatico vl = hitrost lopatice v2 = izstopna hitrost iz lopatice vr2 = rel. izstopna hitrost iz lopatice F = sila na lopatico α1 = izstopni kot iz šobe β1 = relativni vstopni kot na lopatico β2 = relativni izstopni kot iz lpatice

19 Sila, Moment in Moč Ob predpostavki ravnovesja sil na lopatico: Idealizacija trenje zanemari, predpostavi enakost vpadnega in izstopnega kota na lopatico. in:

20 Sila, Moment in Moč Ob uporabi vektorskega diagrama: in:

21 Sila, Moment in Moč Hitrostno Razmerje turbine Y, je razmerje hitrosti lopatic napram izstopni hitrosti pare (iz šobe): Upoštevajoč prejšnjo enačbo je navor:

22 Sila, Moment in Moč Tako pridemo do moči turbine:

23 Sila, Moment in Moč Moč pri dvostopenjski turbini. Predpostavimo, da ni izgub v statorju.

24 Sila, Moment in Moč

25 Sila, Moment in Moč Enaka geometrija lopatic kot pri enostopenjski.

26 Moč in izkoristek Izhodna moč je produkt kotne hitrosti lopatice in momenta: Vhodna moč je produkt masnega toka pare in spremembe entalpije v turbini:

27 Moč in Izkoristek Mehanski izkoristek turbine je število, ki predstavlja razmerje odvedene in dovedene moči turbini:

28 Moč in Izkoristek Izentropni izkoristek razmerje dejanske spremembe entalpije, in spremembe entalpije v izentropni turbini:

29 Delovanje turbine Konstante: izstopna hitrost iz šobe, masni pretok in kot izstopa pare iz šobe. Vemo: Ko vl naraste, Y naraste in moment se zmanjša. Ko je Y = 0, je moment največji. Ko je Y = cos(a)/2, je moment enak 0.

30 Delovanje turbine Glej prejšnjo enačbo.

31 Delovanje turbine Ko je v1 = 0, je tudi moč 0. Ko je Y = cos(a)/2, je moč 0. Kdaj je moč največja? Predelajmo enačbo za moč. Poglejmo si odvod po Y, in ga postavimo na 0. Sledi:

32 Delovanje turbine Rešitev enačbe nam da optimalno razmerje obratovanja Yopt: Izkoristek varira s spreminjanjem moči turbine. Pomeni, da vsaka turbina, glede na svoje dimenzije, optimalno deluje pri točno določenih močeh.

33 Delovanje turbine

34 Delovanje turbine Izstopna šoba vedno dušena. Ko vstopni tlak v šobi naraste, ostane izhodna hitrost eneka, gostota in masni pretok pa naraseta. Ob povečanju masnega toka pare, v turbino, se navor in moč turbine povečata.

35 Delovanje turbine Na h-s diagramu, predstavljata stanji 3 in 4 stanje vhoda, in izentropno stanje izhoda turbine, z eno odprto šobo. Stanji 3* in 4* predstavljata vhod in izentropno stanje izhoda turbine, z dvema odprtima šobama. (glej naprej).

36 Delovanje turbine

37 Delovanje turbine Moč je v splošnem produkt masnega toka in spremembe entalpije: Vhodna entalpija je konstantna: h3 = h3*. Za ohranitev enake moči, se mora vhodni tlak zmanjšat, saj bo površina večja.

38 Kondenzator Določitev izračun učinkovitosti: Izračun dejanskega prenosa toplote z vroče vode:

39 Kondenzator Izračun maksimalnega prenosa toplote (ohišje, turbina,..) s pomočjo razlike temperatur vhodne pare in vode:

40 Zaključek Parne turbine relativno dobro izkoriščajo energijo pare za tvorbo električne energije Izkoristki do 45 % Proizvodnja velikih količin energije na majhnem prostoru Ni negativnih učinkov na življenski prostor - okolje (npr. kemikalije, sevanje)

41 Hvala lepa za pozornost.