Okrętowe turbiny parowe

Opis

Okrętowe turbiny parowe

autor: Romuald Cwilewicz, Andrzej Perepeczko

Wydawnictwo Uniwersytet Morski w Gdyni

 

Podręcznik Romualda Cwilewicza i Andrzeja Perepeczki pt. „Okrętowe turbiny parowe” obejmuje zagadnienia teorii i konstrukcji okrętowych turbin parowych, stosowanych zarówno jako napęd główny statku, jak i napęd okrętowych urządzeń pomocniczych. Książka stanowi poprawioną i uzupełnioną wersję wydania z roku 2002. W kilkunastu rozdziałach omówiono tu podział okrętowych turbin parowych, obieg okrętowej siłowni parowo-turbinowej, typowe parametry tychże siłowni, a także teoretyczne podstawy pracy turbin parowych. Zajęto się turbinami wielostopniowymi, jako że większość okrętowych turbin parowych ma właśnie konstrukcję wielostopniową. Podjęto problem regulacji mocy, nawrotności turbin parowych oraz współpracy turbiny z odbiornikiem mocy. Omówiono wybrane zagadnienia z technologii budowy okrętowych turbin parowych, jak również elementy konstrukcyjne typu: przyrządy ekspansyjne, łopatki, wirniki, kadłuby, łożyska czy przekładnie i sprzęgła. Opracowano przegląd współczesnych okrętowych turbin parowych wraz z instalacjami ich obsługi, automatyzacją oraz montażem i próbami. Podręcznik przeznaczony jest przede wszystkim dla pływających na statkach z głównym napędem turbinowym, a także na zbiornikowcach z napędem spalinowym, gdzie turbiny parowe służą do napędu urządzeń pomocniczych, głównie pomp ładunkowych i balastowych.

 

SPIS TREŚCI

PRZEDMOWA … 7

WYKAZ OZNACZEŃ .. 9

1. WIADOMOŚCI WSTĘPNE . 13

1.1. Podział okrętowych turbin parowych… 14

1.2. Turbina w obiegu parowo-wodnym siłowni parowej.. 19

1.3. Przemiany energetyczne w turbinie … 20

1.4. Siły działające na łopatki wirnika podczas przepływu czynnika…. 22

1.5. Moment obrotowy, moc na obwodzie … 25

2. OBIEG OKRĘTOWEJ SIŁOWNI PAROWO-TURBINOWEJ … 27

2.1. Obieg idealny Clausiusa-Rankine’a … 28

2.2. Metody podniesienia sprawności obiegu okrętowej siłowni

parowo-turbinowej … 32

2.2.1. Regeneracyjny podgrzew wody zasilającej …. 32

2.2.2. Przegrzew międzystopniowy .. 35

2.3. Typowe parametry okrętowych siłowni parowo-turbinowych…. 38

2.4. Okrętowe siłownie nuklearne…… 39

3. TEORETYCZNE PODSTAWY PRACY OKRĘTOWYCH TURBIN

PAROWYCH … 41

3.1. Przyrządy ekspansyjne …. 41

3.2. Wykorzystanie energii kinetycznej do wykonania pracy w stopniu

turbiny akcyjnej…… 48

3.3. Wykorzystanie energii kinetycznej do wykonania pracy w stopniu

turbiny reakcyjnej….. 53

3.4. Porównanie między stopniem akcyjnym i reakcyjnym.. 58

3.5. Straty w stopniu turbinowym … 60

3.5.1. Straty obwodowe …. 60

3.5.2. Straty pozaobwodowe … 64

3.6. Sprawność wewnętrzna stopnia i turbiny, efektywna i ogólna turbiny ….. 67

4. TURBINY WIELOSTOPNIOWE …… 71

4.1. Turbiny akcyjne ze stopniami prędkości…. 72

4.2. Turbiny akcyjne ze stopniami ciśnienia .. 77

4.3. Kombinowane turbiny akcyjne ….. 78

4.4. Wielostopniowe turbiny reakcyjne…. 80

2 R. Cwilewicz, A. Perepeczko, Okrętowe turbiny parowe

5. REGULACJA MOCY OKRĘTOWYCH TURBIN PAROWYCH…. 81

5.1. Równanie przelotności dla maszyn cieplnych wirnikowych…. 83

5.1.1. Równanie przelotności Stodoli …. 84

5.1.2. Równanie przelotności Flügla…… 84

5.2. Równanie przelotności dla turbiny kondensacyjnej bez i z zaczepami

regeneracyjnymi ….. 87

5.3. Regulacja dławieniowa … 90

5.4. Regulacja napełnieniowa….. 94

5.5. Regulacja napełnieniowo-dławieniowa… 100

5.6. Praca stopni turbinowych w zmiennych warunkach obciążenia turbiny… 102

5.7. Regulacje bocznikowe…. 105

5.7.1. Regulacja bocznikowa z obejściem zewnętrznym …. 105

5.7.2. Regulacja bocznikowa z obejściem wewnętrznym . 108

5.8. Regulacja kombinowana .. 111

6. NAWROTNOŚĆ OKRĘTOWYCH TURBIN PAROWYCH NAPĘDU

GŁÓWNEGO…. 113

6.1. Przykłady rozwiązań turbin biegu wstecz …. 114

6.2. Przebieg zmiany biegu turbiny… 120

6.3. Inne rozwiązania nawrotności w okrętowych turbinach parowych

napędu głównego ….. 124

7. WSPÓŁPRACA TURBINY Z ODBIORNIKIEM MOCY .. 128

7.1. Charakterystyka zewnętrzna turbiny …. 129

7.2. Współpraca turbiny ze śrubą o stałym skoku …. 133

7.2.1. Reakcja współpracującego układu turbina-śruba napędowa

na przypadkowe i krótkotrwałe zakłócenia….. 133

7.2.2. Reakcja współpracującego układu turbina-śruba napędowa

na zamierzone i długotrwałe oddziaływanie ze strony turbiny … 134

7.2.3. Reakcja współpracującego układu turbina-śruba napędowa

na długotrwałe działanie na układ ze strony śruby… 135

7.3. Pole pracy głównej okrętowej turbiny parowej…. 137

7.4. Współpraca turbiny ze śrubą o zmiennym skoku…. 138

7.5. Współpraca turbiny z prądnicą…. 140

7.6. Korzystne obroty okrętowej turbiny parowej…… 141

8. ELEMENTY KONSTRUKCYJNE I WYBRANE ZAGADNIENIA

Z TECHNOLOGII BUDOWY OKRĘTOWYCH TURBIN PAROWYCH… 146

8.1. Przyrządy ekspansyjne …. 146

8.1.1. Przyrządy ekspansyjne pierwszych stopni turbin… 146

8.1.2. Przyrządy ekspansyjne części jednowieńcowej turbiny … 149

8.2. Łopatki …. 151

8.2.1. Profile łopatkowe….. 152

8.2.2. Sposoby zamocowania łopatek … 153

8.2.3. Zamki łopatkowe ….. 156

8.2.4. Usztywnienie łopatek …. 158

8.2.5. Materiały i wykonanie łopatek turbinowych… 161

8.3. Wirniki …… 162

8.3.1. Wirniki tarczowe….. 163

8.3.2. Wirniki bębnowe….. 165

8.3.3. Materiały i wykonanie wirników ….. 166

8.3.4. Drgania wirników …. 167

8.4. Kadłuby…… 171

8.4.1. Kadłuby odlewane …. 172

8.4.2. Kadłuby odlewano-spawane…. 175

8.4.3. Kadłuby spawane…… 175

8.4.4. Zamocowanie tarcz kierowniczych w kadłubach…. 176

8.5. Urządzenia odciążające…. 178

8.6. Uszczelnienia …. 179

8.6.1. Dławice labiryntowe …. 179

8.6.2. Dławice węglowe…. 185

8.6.3. Dławice wodne ……. 185

8.7. Łożyska …. 186

8.7.1. Łożyska nośne …. 188

8.7.2. Łożyska oporowe .. 190

8.8. Przekładnie i sprzęgła….. 195

8.9. Fundamenty turbin i przekładni .. 210

9. PRZEGLĄD WSPÓŁCZESNYCH OKRĘTOWYCH TURBIN

PAROWYCH … 214

9.1. Zastosowanie turbin parowych na statkach…… 214

9.2. Okrętowe turbiny parowe napędu głównego….. 224

9.2.1. Turbina statku handlowego o mocy 9560 kW (13 000 KM) .. 224

9.2.2. Turbina okrętowa o mocy 6250 kW (8500 KM) firmy General

Electric .. 227

9.2.3. Turbina okrętowa o mocy 29 410 kW (40 000 KM) .. 232

9.2.4. Turbina firmy AEG z przegrzewem międzystopniowym .. 233

9.2.5. Turbina o mocy 14 700–16 175 kW (20 000–22 000 KM) okrętowej

siłowni jądrowej…. 237

9.2.6. Turbina firmy Stal-Laval o mocy 23 530 kW (32 000 KM)

z osiowym wylotem pary do skraplacza .. 240

9.2.7. Turbina typu UR firmy Kawasaki z przegrzewem

międzystopniowym i osiowym odlotem pary do skraplacza… 243

9.3. Okrętowe turbiny parowe napędów pomocniczych . 248

9.3.1. Turbina pomocnicza typu VK0,5 E1 produkcji firmy De Laval

do napędu prądnicy w siłowniach spalinowych …. 248

4 R. Cwilewicz, A. Perepeczko, Okrętowe turbiny parowe

Strona

9.3.2. Turbina pomocnicza typu RCD firmy Kawasaki do napędu prądnicy

w siłowniach spalinowych …. 251

9.3.3. Pomocnicza turbina przeciwprężna typu VM 1,0 D6 firmy De Laval

do napędu prądnicy w siłowniach parowych … 253

9.3.4. Turbina pomocnicza typu B44 firmy Howaldtswerke-Deutsche Werft

do napędu pompy balastowej…. 254

10. INSTALACJE OBSŁUGI TURBIN I ICH AUTOMATYZACJA .. 261

10.1. Instalacje pary grzewczej …. 261

10.2. Instalacje przedmuchiwania kadłuba … 262

10.3. Instalacje pary na uszczelnienia….. 263

10.4. Instalacje smarowe…. 266

10.4.1. Grawitacyjna instalacja smarowa … 266

10.4.2. Ciśnieniowa instalacja smarowa…. 268

10.4.3. Instalacja smarowa wewnątrz turbiny… 269

10.5. Urządzenia manewrowe i regulacji prędkości kątowej turbiny … 270

10.6. System automatycznej regulacji i zabezpieczenia turbin… 273

11. MONTAŻ I PRÓBY OKRĘTOWYCH TURBIN PAROWYCH…. 281

11.1. Zakres przepisów instytucji klasyfikacyjnych dotyczących

okrętowych turbin parowych …. 281

11.2. Wybrane zagadnienia technologii montażu turbin parowych

w zakładzie produkcyjnym …. 284

11.2.1. Wytrzymałość elementów turbiny w wysokich temperaturach … 284

11.2.2. Odkształcenia cieplne elementów turbiny…. 284

11.2.3. Położenie i kształt osi wirnika …. 286

11.2.4. Położenie i kształt osi kadłuba …. 289

11.2.5. Zmiana położenia osi kadłuba i wirnika względem siebie … 289

11.3. Montaż zespołów turbinowych na statku… 291

11.4. Próby techniczne okrętowego parowego zespołu turbinowego … 293

11.4.1. Próby turbiny głównej przy postoju statku (na uwięzi) . 293

11.4.2. Próby turbiny głównej przy ruchu statku …. 295

11.4.3. Próby przekładni ….. 296

11.4.4. Próby turbin pomocniczych .. 296

12. LITERATURA ….297