Temat o nieparzystym kotle na "Yorktown" (CV-5)

[eSDe]

Piekny schemacik

A teraz dorysujmy w kotlowni K1 u gory kociol ktory oznaczymy NR2bis i dolaczymy go do magistrali parowej gornej (gorna czerwona kreska). W kotlowni K2 analogicznie gorny kociol NR4bis dolaczamy do magistrali parowej dolnej.
I mamy parzysta liczbe kotlow i parzysta liczbe zespolow turbin (10 kotlow i 4 zespoly turbin). Moze byc?

Rozumiem, ze "poszukujemy" "USS Yorktown. Machinery plant operating manual". A tam sekcji: system diagrams; w niej rysunku B3.Main steam system gdzie znajdujemy MX25Y jako crossover valve, dzieki ktoremu dowolny zespol kotlow moze pracowac na zespol turbin z numerem 1 lub 4 (ten czerwony krzyzyk w linii symetrii okretu umieszczony w maszynowni M1)

Miko wiec to tz."cus", wlasnie umozliwia nam zwiekszenie niezawodnosci i elastycznosci calego systemu.
Pozdrawiam.

[MiKo]

No nie do końca bo nie jest wtedy spełniony warunek optymalności. Z kotłami 2bis i 4bis przy pełnej mocy, turbiny wałów W2 i W3 miałyby mniej pary niż turbiny wałów W1 W4 (przy założeniu, chyba słusznym, że wszystkie zespoły turbin były jednakowe). Trzeba by jeszcze kotłów 6bis i 8bis żeby było ok.

Zawory oczywiście, ale założenie jest takie, że przy mocy maksymalnej każdy zespół turbin musi dostać jednakową ilość pary. Każda zmiana powoduje, iż turbiny nie pracują w optymalnych warunkach. No i każde punktowe uszkodzenie musi wyłączyć jak najmniejszą ilość turbin czy kotłów.

A co to jest "USS Yorktown. Machinery plant operating manual"???

[jefe de la maquina]

Wreszcie możemy porozmawiać o konkretach

Wyjaśnienie do schematu:
HP - High Pressure turbine -turbina wysokiego ciśnienia (1-ego stopnia)
LP - Low Pressure turbine - turbina niskiego ciśnienia (2-ego stopnia)
CO - condenser - skraplacz pary
GR -Gear Reducing Box - przekładnia redukcyjna (obrotów)
W1, W2 itp- nie wiem co oznacza literka, ale jest to napewno wał śrubowy
K1, K2 , do K4 - oznaczenie poszczególnych przedziałów kotłów, przy czym podejrzewam mamy do czynienia z dwoma kotłami, na prawej i lewej burcie
NR1, Nr2 do NR8 - to chyba przegrzewacze pary
P - nie wiem co oznacza literka, ale jest to wymiennik ciepła (skraplacz ?), co wskazuje dolot wody (niebieski) i ścieka chyba do tzw. wet-well -zasilania kotła
ZB - nie wiem ????
M1, M2 - machinery room or deck - w tym wypadku przedział turbinowy

czerwone linie - rurociąg pary (kolektor, magistrala, whatever)
niebieski linie - obieg wodny, w tym skroplona para

Wszytkie przedziały są oddzielone grodziami wodoszczelnymi !
Jak podał ESDE z rysunku wynika, że istnieje możliwość zasilania dowolnej tubiny z dowolnego kotła.- cozwiększa niezawodnośc systemu.
Uwaga: w lądowych rozwiązaniach (elektrownie) turbiny mają trzy stopnie i są na tym samym wale. O ile pamiętam, Stefan Batory miał podobny układ co na rysunku -posczególne stopnie turbiny były połączone przez przekładnie. W tym tylko jeden stopień może być użyty do biegu wstecz. Na rysunku wyglądam że turbina HP ma bieg wstecz.
Jefe

[MiKo]

NR.1-8 - Kotły Nr.1-8 (na rysunku są dwie 6-ki - "pomyłeczka" jak by powiedziała Basenowa).
K1-4 - Kotłownie Nr.1-4
M1 - Przednia maszynownia
M2 - Tylna maszynownia
W1,4 - Wały śrub zewnętrznych
W2,3 - Wały śrub wewnętrznych
HP - Turbiny wysokiego ciśnienia
LP - Turbiny niskiego ciśnienia
CO - Kondensatory
GR - Przekładnia redukcyjna
B - Burtowe zbiorniki balastowe
F - Burtowe zbiorniki paliwowe
ZB - Zbiorniki skroplin
P - Pompy zasilające
---- - Magistrale parowe
---- - Prawoburtowy rurociąg instalacji podgrzewającej wodę

Wyaje mi się, że turbiny „biegu wstecz” znajdowały się w kadłubach turbin niskiego ciśnienia. Ten fikuśny wichajster przy stopniu HP to raczej turbina krążowniacza. Choć mogę się mylić.

[jefe de la maquina]

Miko.

Niestety do rysunku brakuje nam bliższych informacji odnośnie mocy każdego zespołu. Stąd nie możemy zakładać jak podajesz, że “przy mocy maksymalnej każdy zespół turbin musi dostać jednakową ilość pary”, gdyż jest to zwykła spekulacja i wcale tak nie musi być. Może, ale nie koniecznie.

Nie wiem, co rozumiesz przez “warunek optymalności”.
Z tego co wiem, na okrętach wojennych rozróżnia się kilka trybów eksploatacji. W normalnych warunkach pływania okręt porusza się z prędkością marszową, zaś tylko w warunkach bojowych uzyskuje prędkości maksymalne.
Patrząc na rysunek jest widoczne, że 2 kotły pracują na jeden zespół turbin (HP i LP). Nie mylę się tutaj, że przy maksymalnym ciśnieniu pary jest to 75 do 85 % max. mocy układu i jest jeszcze rezerwa do podniesienia w wypadkach ekstremalnych do 110% mocy maksymalnej.
W wypadku prędkości marszowej jest możliwe, że tylko jeden kocioł daje parę na turbinę, i wszystkie 4 turbiny pracują. Może też być, że tylko dwa układy napędowe pracują na optymalnych mocach (70-80%), a dwa są odstawione. I tutaj potrzebna jest info o mocy układów oraz “Machinery Plant Manual” (Instrukcja obsługi siłowni), która precyzuje w jakich trybach pracują układy napędowe i jak.
Ponieważ prędkość okrętu jest funkcją mocy silników do potęgi trzeciej (hiperbola) to w układzie 4 śrubowym wcale nie musi być, że układy są symetryczne, czyli mają tą samą moc. Może zachodzić sytuacja, że są asymetryczne i mamy dwa układy, które przewyższają znacznie swoją mocą dwa pozostałe.
Zakładam, że prędkośc marszowa może być w granicach 13-16 węzłów, zaś maksymalna (bojowa) ponad 30 węzłów i aby ją uzyskać potrzeba olbrzymią ilość koni mechanicznych (pamiętaj rośnie do sześcianu).
Podsumowując, w dalszym ciągu potrzebujemy info o rozkładzie mocy na poszczególne wały śrubowe oraz bliższe informacje odnosnie eksploatacji siłowni w różnych trybach pływania.

jefe

[MiKo]

jefe,

Nie wydaje mi się że to zwykłe spekulacje. Przeważnie obroty śrub wszystkich wałów są jednakowe (prędkość w maszynowni podaje sie się właśnie w obrotach nie w węzłach)

Tu przykładowy wykres:


3A. Wykres prędkości obrotowej wewnętrznych wałów napędowych w funkcji prędkości okrętu– skala 1:100 obr./min.
3B. Wykres prędkości obrotowej zewnętrznych wałów napędowych w funkcji prędkości okrętu– skala 1:100 obr./min.

Co do optymalności to już chyba prościej nie można. Cztery turbiny i cztery kotły. Jeden kocioł do jednej turbiny daje maksymalną moc układu.

Praca 6 kotłów będzie nieoptymalna (bo para z dwóch kotłów na nic nie potrrzebna)

Praca 2 kotłów (czy jak kto woli tryb marszowy, ekonomiczny, wstecz, w bok) będzie nieoptymalny bo wtedy dwie turbiny są nam na plaster.

[SmokEustachy]

Praca 2 kotłów (czy jak kto woli tryb marszowy, ekonomiczny, wstecz, w bok) będzie nieoptymalny bo wtedy dwie turbiny są nam na plaster.

Chyba że rzucisz parę z 2 kotłów na 4 turbiny. na 10-15 węzłów starczy.
A wszystkie śruby pracują.

[radarro]

Zostaje ten dziewiąty kociołek

[jefe de la maquina]

Hmmm. Chyba mówimy dwoma różnymi językami.
Uściślijmy więc pojęcia.
W moim zrozumieniu HP i LP to jedna turbina mimo, że ma dwa kadłuby. Para w kotła wchodzi najpierw do turbiny wysokiego ciśnienia (HP), następnie idzie do turbiny niskiego ciśnienia (LP), a stamtąd do skraplacza. Na rysunku maszynowni Northamptonów pokazany jest jeden skraplacz (condenser) do każdej turbiny składającej się z 2 stopni: HP i LP, co upewnia mnie, że się nie mylę w tym przypadku.
W elektrowniach lądowych tubiny mają 3 stopnie (wysoki, sredni i niski) i są na jednym wale. Para z kotła wchodzi najpierw do 1 stopnia, by następnie przejść na 2, a potem na 3 stopień. I nie ma sytuacji by para z kotła była kierowana bezpośrednio na 2 lub 3 stopień.
W turbinach okrętowych jest taka możliwość, tylko w przypadku kiedy trzeba uzyskać obroty wstecz. Do obrotów wstecz służy oddzielne wirnik z łopatkami zamontowany na tym samym wale. W ruchu do przodu oczywiście dopływ pary na wirnik ruchu wstecz jest odcięty.

Wg moich kalkulacji na schemacie maszynowni Northamptonów są 4 turbiny i jak sam podałeś, 8 kotłów. Czerwone linie rurociągów dolotowych pary wskazują, że jest po 2 kotły na turbinę (HP+LP). Stąd nie rozumiem Twojego twierdzenia “Cztery turbiny i cztery kotły. Jeden kocioł do jednej turbiny daje maksymalną moc układu”. Chyba, że liczysz LP i HP jako oddzielne turbiny, a tak chyba nie jest.

Wracając do optymalności. Dalej nie rozumiem co masz na myśli. Przy projektowaniu okretów wojennych bierze się zupełnie inne kryteria pod uwagę niż statków handlowych, czy statków specjalnego przeznaczenia. I tak holowniki projektuje sie na uciąg przy prędkości 4-6 węzłów, statki handlowe na optymalną szybkość podaną przez armatora przy zmiennych stanach załadowania, zaś okręty wojenne na szybkość bojową (nie wiem czy taki termin istnieje) przy prawie stałym stanie załadowania. Niemniej jest jedno ale, żaden okręt nie porusza się z tą prędkościa przez cały okres swojej służby, gdyż nie starczy mu paliwa (źródło energii). Stąd wyróżniłem prędkość marszowa i prędkość bojową. Kiedy mnie uczono o napędach kutrów torpedowych to podkreślano, że do normalnego pływania używano silnik spalinowy, zaś w akcji bojowej włączano “samolotowa” turbinę spalinową, by uzyskać prędkość bojową, około 40 węzłów.
Biorąc więc pod uwagę różne tryby pływania, jest dla mnie zrozumiałe użycie dwóch kotłow by uzyskać prędkośc bojową.

Podkreślałem, że prędkość okrętu/statku jest funkcją mocy silnika/turbiny itp do trzeciej potęgi znając charakterystykę śrubową oporów kadłuba (polecam tutaj podręcznik K. Chachulskiego -Napędy okrętowe). Na diagramie Miko wszystkie informacje o współrzędnych zostały usunięte (?), ale charakterystyki śrubowe są tam przedstawione (hiperbole 1 i 2-zbiegające się w punkcie WZY). Są dwie krzywe i prawdopodobnie jest to spowodowane z względnieniem zmiennych warunków pływania (falowanie, opór wiatru, zmiana stanu załadowania). Jezeli nałożysz na oś X prędkość okrętu, to oś Y jest mocą potrzebną do uzyskania tej predkości. Na to nakłada się charaktersytykę silnika, krzywa “6” w odniesieniu do obrotów wału na min (oś X). Krzywa “5” może być właśnie krzywą mocy w ruchu wstecz, ale tu już spekuluję. W wypadku silnika spalinowego nakłada się charkterystyke turbiny doładowującej podając dodatkowe informacje współrzednych, tak że diagram jest wygląda dośc skomplikowany, ale w praktyce jest bardzo pomocny.

Przykro mi Radarro, ale podąrzając za białym króliczkiem bez schematu siłowni Yorktown nasza dyskusja będzie dyskusją dwóch ślepych o portrecie Mona Lizy.
Jefe

[eSDe]

Chyba że rzucisz parę z 2 kotłów na 4 turbiny. na 10-15 węzłów starczy.
A wszystkie śruby pracują.

... tyle ze jako palniki to wtedy musisz uzyc jakies porzadne Tyfony, bo takie "eustachowate smoczki" okaza sie niedostateczne.

Panowie.
- nie dyskutujemy o silowniach amerykanskich krazownikow;
- nie dyskutujemy o poboznych zyczeniach, jak chcielibysmy aby uklad napedowy pracowal;
- nie dyskutujemy o wzajemnych relacjach pomiedzy obrotami turbin a moca na stozku sruby.

Tematem jest "powiazanie" kotlow i turbin na lotniskowcach typu "Yorktown". A do tego potrzeba:
1. Kociol:
a) sprawnosc kotla; parametry pary na wylocie z kotla; calkowita rata odparowania na godzine.
b) parametry pary na wlocie i wylocie z przegrzewacza wraz z maksymalna rata przeplywu.
2. Turbina:
- obroty przy ktorych zespol turbin uzyskiwal moc maksymalna; parametry pary na wlocie do HP turbiny; projektowana rata zuzycia pary na KMh (lub kWh).

I tytulem wyjasnienia, czy raczej wiekszego zagmatwania:
Piszac "piekny schemacik" mialem na mysli jego uproszczenie dajace poglad na podstawowe elementy skladowe ukladu napedowego.
Uproszczony poniewaz cala para wyprodukowana w kotlach nie moze byc wykorzystana wylacznie do napedu. Uklady czy systemy w silowniach tak jak napisal "jefe" sa ze soba niesamowicie powiazane.

Pare mozna z kotla pobierac zarowno przed jak i za przegrzewaczem.
Para przegrzana jest wykorzystywana:
1. do napedu turbin glownych.
2. do napedu turbogeneratorow. Czy jezeli pracuja dwa turbogeneratory o roznych mocach to pobor pary przez obydwa bedzie jednakowy? A co jesli obciazenie sieci bedzie ulegalo zmianom? (to tytulem wspomnianej wczesniej "symetrii").
Para sucha natomiast bedzie sluzyla:
1. do napedu turbopompy zasilajacej kotly. Pompa ta jest niejako przypisana do danej kotlowni w celu zapewnienia autonomicznosci/niezawodnosci. A do jej napedu sluzy para jako tz."energia pierwotna" (brak zasilania elektrycznego nie eliminuje kotlow z pracy).
2. do napedu wentylatorow kotlowni i kotla (patrz uwagi powyzej).
3. do rozpylenia paliwa w kotlach.
4. moze ale nie musi sluzyc do napedu glownych pomp cyrkulacyjnych.
5. rowniez moze ale nie musi sluzyc w ukladzie produkcji destylatu z wody morskiej.
6. do grzania paliwa. Mazut do przepompowania powinien posiadac temperature przynajmniej 40 stopni Celsjusza. Paliwo na wlocie do palnikow przynajmniej 85 stopni. Czynnikiem grzewczym jest zwykle para powstala w obiegu wtornym. Ma to na celu zabezpieczenie przed przedostaniem sie w wypadku nieszczelnosci czy uszkodzen tluszczy do systemu kondensatu i nastepnie do kotlow.
Szereg pomniejszych zastosowan pary mozna chwilowo pominac.

A teraz pytanie jak to wszystko "upchac" na rysunku i w bilansie energetycznym?

PS. Sposrod wszystkich oznaczen, najbardziej fascynuje mnie to ZB jako zbiornik skroplin.
Pozdrowienia.

[MiKo]

Uściślijmy więc pojęcia.
W moim zrozumieniu HP i LP to jedna turbina mimo, że ma dwa kadłuby. Para w kotła wchodzi najpierw do turbiny wysokiego ciśnienia (HP), następnie idzie do turbiny niskiego ciśnienia (LP)
Jefe

To dwie czy jedna? ;P

Cztery turbiby cztery kotły to był tylko przykład na temat co rozumiem pod pojęciem optymalności.

Właśnie chodzi o to, że okręty wojenne są m.in. projektowane pod prędkosć maksymalną - to jeden z podstawowych parametrów. Drugim jest cieżar. By uzyskać zadaną prędkość trzeba mieć odpowiednią ilość turbin i pary do ich poruszenia. Ze względu na cieżar musi to być minimalna liczba turbin i kotłów, która zapewnia prędkość maksymalną. Optymalnym rozwiazaniem (biorąc jeszcze pod uwagę niezawodność) jest równa liczba kotłów do każdej turbiny. Np. 4 turbiny i 4 kotły. Piąty kocioł będzie w takim układzie zawsze piątym kołem u woza - bo ni jak nie wpłynie na podstawowty cel - uzyskanie prędkościu maksymalnej.

Punkt W Z Y to węzły tylko mi podczas konwersji na tifa polskie literki wypadły

Oś Y ma wspłrzędne - są tylko krotnościami. Nie podawałem wwszystkiego bo rysunek miał udowodnić tylko jedną rzecz - równą moc wszystkich turbin.

Cały opis:
1. Wykres mocy użytkowej (E.H.P. - Effective Horse Power) w funkcji prędkości okrętu - skala 1:10000 KM
2. Wykres mocy na wałach (S.H.P. - Shaft Horse Power) w funkcji prędkości okrętu - skala 1:10000 KM
3A. Wykres prędkości obrotowej wewnętrznych wałów napędowych w funkcji prędkości okrętu - skala 1:100 obr./min.
3B. Wykres prędkości obrotowej zewnętrznych wałów napędowych w funkcji prędkości okrętu - skala 1:100 obr./min.
4A. Wykres poślizgu rzeczywistego śrub wewnętrznych w funkcji prędkości okrętu - skala 1:10 %
4B. Wykres poślizgu rzeczywistego śrub wewnętrznych w funkcji prędkości okrętu - skala 1:10 %
5. Współczynnik admiralicji (AC - Admiralty Coefficient)
6. Krzywa sprawności układu napędowego

kreskowa dla wyporności lekkiej HMAS Canberra
ciagła dla wypornosci pełnej HMAS Canberra

[jefe de la maquina]

jefe de la maquina napisał:
Uściślijmy więc pojęcia.
W moim zrozumieniu HP i LP to jedna turbina mimo, że ma dwa kadłuby. Para w kotła wchodzi najpierw do turbiny wysokiego ciśnienia (HP), następnie idzie do turbiny niskiego ciśnienia (LP)
Jefe


To dwie czy jedna? ;P

Jedna turbina o dwoch stopniach. Para kierowana na pierwszy stopien (HP) musi przejsc przez 2 stopien (LP). (Chyba moj polski juz mnie zawodzi)

Uwaga do obrotów wału śruby. Jest dość prosta relacja między obrotami śruby a prędkościa okrętu jeżeli prędkość wału jest zmienna (przepraszam, ale nie mam wzoru pod ręką). Stąd równolegle podają prędkość okrętu dla danego kadłuba (doc. Chachulski tutaj się kłania).

eSDe, chyba trochę skomplikowałeś. Bilanse energetyczne kotła i jego urządzeń pomocniczych nie mają tutaj praktycznego zastosowania. Te wszystkie urządzenia składają się na sprawność końcową kotła.
My rozważamy napęd i podział mocy (propulsion distribution) jakie napędy (turbiny) muszą dostarczyć na śruby, by uzyskać żądaną prędkość dla danego kadłuba. Ponieważ nie mamy żadnych informacji o rozdziale mocy na 4 sruby to możemy tylko spekulować, co też chyba nam się udało z Miko.

Mam tutaj pytanie dla Miko. Czy do schematu siłowni z napędami Northamptonów masz dostęp do rysunku siłowni pomocniczej gdzie będą generatory i urządzenia pomocnicze.

Drugie pytane, czy HMAS Canberra ma związek z klasą Northampton ?

Jefe

[adyrian]

Z tą idealną symetria to bez przesady- cyt:
The Essex class was the first US carrier to use this concept of two independent groups of machinery. This was an important design upgrade from the prewious Yorktown class.

[MiKo]

Coś zaczyna się to wszystko za bardzo komplikować. Niedługo będziemy tę parę na atomy rozbijać

Yorktown miał cztery zespoły po 30000KM na każdym wale. Turbogeneratory tez 4 po 1000KM więc argument o asymetrii raczej odpada.

Czyli jedyne co możemy powiedzieć to:

- część pary z 9 kotłów szła na urzadzenia pomocniacze
lub
- para szłą z wszystkich z 9 kotłów, ale poprzez jakieś ustrojstwo (obniżajace niezawodność)

Bardziej szczegółowych schematów do Northamptonów nie mam. Canberra? eee... związek w jakim rozumeniu? to takie krążowniki były.

To zdanie o Essexach z Ospreya dotyczy unitarnego rozmieszczenia przedziałów kotłowni i maszynowni nie symetrii.

[SmokEustachy]

- część pary z 9 kotłów szła na urzadzenia pomocniacze

Chyba para z części z 9 kotłów?

lub
- para szłą z wszystkich z 9 kotłów, ale poprzez jakieś ustrojstwo (obniżajace niezawodność)

te "ustrojstwa" i tak były potrzebne.

Interesujący problem a jego rozwiazywanie - pouczające.

[jefe de la maquina]

Anglicy mówią - You can’t compare apples with oranges.
Dołączyłem do dyskusji nie dlatego, że interesują mnie lotniskowce klasy Yorktown (przyznaje, nic o nich nie wiem), ale dlatego, że rozmowa weszła na temat napędów i siłowni okrętowych. Tak się składa, że z racji wykształcenia i zawodu siedzę w tym temacie, z tego też broniłem dyplom na studiach. Na co dzień mam do czynienia z siłowniami wielosilnikowymi statków handlowych. Z siłowniami parowymi miałem kontakt w Technikum Energetycznym gdzie specjalizowałem się w kotłach i turbinach parowych. Tam też przeszedłem liczne praktyki zawodowe w elektrowniach i zakładach wytwarzające kotły. Jakiś czas temu zdarzyło mi się pracować w firmie Brown Bovery Howden gdzie projektowałem dmuchawy do kotłów. Notka: Brown Bovery znana jest ze swoich turbin parowych i w moim zakładzie produkowaliśmy je do max. mocy 2000 MW, zaś Howden of Glasgow była pierwszą firmą, która wprowadziła dmuchawy do kotłów w połowie XIX w. właśnie na statkach i okrętach, by podnieść ich wydajność.
To było z czym wchodziłem do dyskusji - praktyczna wiedza wynikająca z zawodowego doświadczenia i wykształcenia.
Już na początku stwierdziłem, że nie da się dyskutować o konkretnych rozwiązaniach (Yorktown class) bez widzenia schematu siłowni. Niemniej aby przybliżyć temat napędów okrętowych, które leżą poza zainteresowaniami większości forumowiczów, starałem się podać trochę informacji o ich złożoności i kryteriami jakie mają konstruktorzy do wzięcia pod uwagę przy ich projektowaniu.
Miko przedstawił schemat ukladu napędowego o.w. klasy Northampton (przyznaję , też o nich nic nie wiem), który miał 4 śruby i podparł się charakterystykami układu napędowego australijskiego okrętu “Canberra”-okrętu innej klasy. Fakt jest, że żaden z tych rysunków nie był związany w żaden sposób z siłowniami okrętów klasy Yorktown. I tym samym nasza dyskusja przestała mieć jakikolwiek sens, bo prafarazując angielskich wujków “nie można porównywać jabłek z pomarańczami” mimo, że są okrągłe.