Forum Okrętów Wojennych

Dzięki, jakoś ten post w ferworze walki przedświątecznej mi umknął.
Teraz wszystko jasne.
Albo prawie wszystko - nurtuje mnie jeszcze jedna sprawa.
OK sprawność turbiny w zasadzie nie zależy od prędkości obrotowej. Ale czy w przypadku ekstremalnie małych obrotów ( powiedzmy kilkadziesiąt obr/min ) jednak nie zaczyna jakoś drastycznie spadać?
Chodzi mi oczywiście o turbinę zaprojektowaną pod takie obroty a nie szybciej obrotową, ale zmuszoną do pracy w takich warunkach.

Maciej... teoretycznie możesz mieć nawet i jeden obrót na minutę, a nacisk pary na łopatkę i prędkość obwodowa pozostaną takie same. Po prostu na obwodzie większej turbiny masz więcej łopatek, ale oddziaływanie jednostkowe na jedną łopatkę pozostaje to samo. Może jedynie masa wirnika ma tutaj jakieś znaczenie (?), ale z drugiej strony mamy problem łożyska przy szybkich obrotach.
Aaa... Gdzieś tam wyczytałem, ż im turbina ma większa moc , tym ma większą sprawność (tzw. efektywną).

esem pisze:

Maciej3 pisze:Panowie, ale to nie o to chodzi czy turbina zaprojektowana na 1000 obrotów po rozpędzeniu do 3000 będzie palić mniej na wygenerowanie 1 KM
To chodzi o to czy dwie turbiny tej samej mocy, ale o różnych obrotach nominalnych będą miały inne spalanie ( reszta układu jest „idealna” )

Cały czas to tłumaczę z uporem godnym lepszej sprawy.
@jarman: w Europie wszystkie turbiny napędzające bloki elektryczne mają tą samą prędkość obrotową, bo prąd musi mieć 50Hz (+ - coś tam). Po co wypisywałeś sprawności całych bloków nie pisząc nic o kotłach a o paliwie nie wspominając Co innego węgiel kamienny (zależy z której kopalni) co innego brunatny a co innego z reaktora jądrowego. Na drugiej półkuli turbiny kręcą się 3600/obr/min i to te 200MW jak i 1200MW Tak więc wróć do śruby okrętowej i dobierz turbinę (i ew. przekładnię iluś tam stopniową (pewnie od 0 do 20 - tak podręcznikowo mi się napisało)) i masz najlepszy zespół napędowy jaki potrzebujesz. Tak to działa na Świecie ale nie w Internecie.

@esem: Nie wiem po co mieszasz jeszcze do tego różne rodzaje paliwa - tutaj to nie ma żadnego znaczenia. Ja operuję sprawnością obiegów turboparowych niezależnie od tego czy są to obiegi generatorowe, czy do napędu mechanicznego. Może nie przeczytałeś mojego poprzedniego postu, ale pokazałem w nim, że podczas prób New Jersey przy prędkościach obrotowych jego turbin rzędu HP ok. 4500obr./min i LP 3500obr.min. sprawność energetyczna siłowni była na poziomie 24%. Sprawność obiegu najnowszego bloku energetycznego w Lunen to 46% przy 3000 obr./min turbiny. Termodynamika nie rozróżnia obiegów napędu generatorów i śrub okrętowych. W związku z tym twierdzenie, że im większa prędkość obrotowa turbiny tym większa energetyczna sprawność obiegu jest zupełnie nieuprawnione. I tyle.

@Maciej3: Turbina zaprojektowana na 1000obrotów nie da się rozpędzić do 3000obrotów - wcześniej się rozbiega. Różnie można projektować maszyny cieplne, ale nie aż na takie przeciążenia - zwykle jest to 10-15%.
Co do zużycia ciepła przez turbiny o tej samej mocy, ale o różnych prędkościach obrotowych to nie da się tutaj odpowiedzieć jednoznacznie. Jeżeli znajdziesz dwie turbiny podobne z początku XX wieku i powiedzmy z lat trzydziestych to z pewnością dzięki postępowi materiałowemu i konstrukcji układów przepływowych nowsza turbina będzie miała wyższą sprawność i obroty. Dla dwóch obiegów turboparowych z tego samego okresu nie musi tak być. W swoim poprzednim poście przytoczyłem przykłady siłowni Iowa, zastosowanej również na liderze typu lotniskowców Forrestal oraz siłowni należącej do tego typu Saratogi. Porównywalna masa jednostkowa wskazywałaby, że ich układy napędowe były podobne. Nie mam wprawdzie danych turbin Saratogi, ale sugerowałoby to, że ich prędkości obrotowe były takie same jak turbin Iowy i Forrestala. Wzrost sprawności obiegu uzyskano poprzez zwiększenie parametrów pary zasilającej turbiny. Czyli dwie siłownie tej samej mocy różniłyby się sprawnościami przy tych samych obrotach turbin.

Maciej3 pisze:Dzięki, jakoś ten post w ferworze walki przedświątecznej mi umknął.
OK sprawność turbiny w zasadzie nie zależy od prędkości obrotowej. Ale czy w przypadku ekstremalnie małych obrotów ( powiedzmy kilkadziesiąt obr/min ) jednak nie zaczyna jakoś drastycznie spadać?
Chodzi mi oczywiście o turbinę zaprojektowaną pod takie obroty a nie szybciej obrotową, ale zmuszoną do pracy w takich warunkach.

To jest inne zagadnienie. Poprzednio porównywaliśmy obiegi turboparowe z pierwszej połowy XX wieku - powiedzmy od Dreadnoughta do Iowy. Wtedy wynikające ze zmian parametrów pary i konstrukcji turbiny zwiększenie sprawności pokrywało się ze wzrostem stosowanych prędkości obrotowej turbin. Ale nie jest to regułą i nie jest tożsame.
Sprawność obiegu turboparowego zaprojektowanego dla konkretnego okrętu, która jest tożsama z odwrotnością jednostkowego zużycia paliwa, zmienia się oczywiście w funkcji obciążenia jego siłowni. I oczywiście nie musi być tak, że największa sprawność jest dla największej mocy i prędkości maksymalnej okrętu - wszystko zależy gdzie został zaprojektowany nominalny punt pracy siłowni. W przytaczanym przykładzie z prób New Jersey w 1943 roku wartości te przedstawiały się następująco:
moc; prędkość obrotowa śruby; jednostkowe zużycie paliwa
16 470; 87,9; 0,941
38 430; 116,7; 0,636
81 900; 148,5; 0,618
170 960 186,1 0,614
221 030 203,0 0,647
Moc sumaryczna turbin jest w SHP, prędkość obrotowa śruby w obr./min, jednostkowe zużycie paliwa w lb/shp/h, ale nie ma to znaczenia, bo tendencję widać.

Ojoj… ale się narobiło. Gdy pisałem swój post, nie sadziłem że po dwóch dniach nie będę go już w stanie znaleźć pod stertą kolejnych. Wyobrażacie sobie moją reakcję, gdy zobaczyłem ten "bajzel"
Niestety nie mam teraz czasu żeby to wszystko przeczytać, ale chyba trochę nie zostałem zrozumiany, czemu się nie dziwię bo wypowiedź była bardzo lakoniczna. Kiedyś narysowałem jeszcze jeden wykres, jednostkowego zużycia paliwa w zależności w zależności prędkości (i też już go na pewno zamieszczałem), bardzo ładnie w sposób graficzny ilustruje co mam na myśli w swojej tezie.
Z góry jednak uprzedzam że nie posiadałem wtedy kompletnych mi danych i część wartości niezbędnych do obliczeń pozyskałem korzystając z wzoru admiralicji. Nie pamiętam czy liczyłem moc, czy prędkość. W związku z tym wartości mogą nawet znacznie odbiegać od rzeczywistych, ale na pewno zachowana jest tendencja a to jest tu najważniejsze. To co jest tu kluczowe, to przebieg wykresu. W przypadku pancerników amerykańskich przebieg jest wyraźnie spłaszczony w porównaniu do pancerników europejskich Bismarck lub King George V. Czyli że wykres prawności w różnych zakresach pracy również będzie bardziej spłaszczony. Twierdzę że jest to głównie efekt wysokich prędkości obrotowych amerykańskich turbin. Przy niskich prędkościach rzędu 15 węzłów pracowały one na obrotach zbliżonych do maksymalnych przypadku turbin europejskich.
Chociaż z drugiej strony, warto by dotrzeć do jakichś danych odnośnie metod regulacji. Mogłoby to odpowiedzieć na kilka pytań.

@Jarman – bardzo dziękuję za wyjaśnienia.
Za ewentualne głupie pytania i upierdliwość przepraszam, ale ja to nie tylko semestru, ale nawet jednej godziny budowy turbin nie miałem, więc chcę się czegoś dowiedzieć od osób lepiej poinformowanych.

Oczywiście że mi chodziło o turbiny o różnej prędkości obrotowej opracowane w tym samym czasie, do tego w tym samym kraju i przy takich samych zwyczajach ( o ile to możliwe ), żeby jasno stwierdzić czy prędkość obrotowa turbiny ma bezpośredni wpływ na zużycie paliwa czy nie.
Z tego co zrozumiałem to niespecjalnie. Przy takich założeniach to szybciej obracająca się turbina może być bardziej lub mniej paliwożerna a jej paliwożerność w dużo większym stopniu zależy od innych czynników niż prędkość obrotowa.
Do tego dążyłem, żeby to jasno usłyszeć. ( wyczytać znaczy )

Chciałem odciąć możliwie najwięcej parametrów, bo inaczej to się dojdzie do paranoidalnych wniosków.
Poprawcie mnie jeśli się mylę, ale generalnie ( jeśli cała reszta taka sama ), to im wyższe parametry pary ( temperatura + ciśnienie ) to sprawność kombinacji kocioł/turbina większa.

I tu dobieramy dane, pozornie wcale nie tendencyjnie.

Mniejsza o dokładne ( nie mam teraz do nich dostępu ), ale chodzi o kolejność.
KGV/Vanguard – najgorsze parametry pary, najniższe ciśnienie, najniższa temperatura.
North Carolina – nieco lepiej
South Dakota – jeszcze lepiej
Iowa – całkiem dobrze
Bismarck – na tle innych wręcz rewelacja.

Jeśli uwzględnić jeszcze czas budowy, to Bismarck super rewelacja bo najstarszy, a Vanguard wręcz żenada, bo żadnego postępu względem co najwyżej średniego na standard roku 1936 KGV nie ma.
A spalanie przy mocy maksymalnej bez przeciążania maszyn kształtowało się tak ( z pamięci nie mam teraz dostępu do danych, kolejność rosnąca )
Bismarck – palił najwięcej ( tu pamiętam że brałem dane z jakiejś monografii, więc ostrożnie )
NC – mniej ( dane z FTP 218 )
SD – mniej ( dane z FTP 218 )
KGV – mniej ( dane z Ravena & Robertsa )
Iowa/Vanguard tyle samo, Vanguard może nawet lepiej od Iowy, choć różnice niewielkie. ( zależy jeśli dane z prób to Iowa wypada gorzej niż Vanguard, o ile pamiętam przeliczniki, to przy FTP-218 Iowa wypada lepiej. Swoją drogą zastanawiające dlaczego w prawdziwym życiu dla prędkości max spalanie mniejsze niż na próbach... )

Teraz dobieramy sprawę najbardziej tendencyjnie – pancerniki pierwszej generacji i mamy:
KGV – najmniejsze ciśnienie/temperatura – najmniejsze spalanie.
NC – pośrodku
Bismarck – największe ciśnienie/temperatura – największe spalanie.

Mamy czarno na białym dowód na to, że podwyższanie temperatury i ciśnienia pary powodowało zwiększanie zużycia paliwa. Howk.
Powtarzam, to prowokacja, wiem, że tak nie jest, chyba że dużo większy wpływ na spalanie ma co innego niż same parametry pary. W tym przypadku ewidentnie musimy mieć z tym do czynienia.

To oczywiście dla mocy max, podejrzewam że dla 1/2 mocy max czy ile tam, zależność kształtowałaby się zgoła inaczej.


@CIA
Nie mam pod ręką „anatomy of the ship” Hooda, ale Roberts w swojej „Battlecruisers” podaje takie wartości z prób ( dla okolic 27 węzłów )
wyp 42 100, moc 89 010 SHP, 176 rpm, speed 27,77 kn
wyp 44 600, moc 69 010 SHP, 161 rpm, speed 25,74 kn, moc 112 480 SHP, 185 rpm, 28,37 kn.
Sprawdź jak to pasuje do wykresu który przedstawiałeś.
Ale pamiętaj, że Hood powstawał jeszcze w czasach gdy Brytole walczyli o każde ćwierć węzła prędkości maksymalnej. Wiele byli wtedy jeszcze w stanie poświęcić ( zwłaszcza w czasie pierwotnej wersji z pancerzem 8 calowym ) żeby wycisnąć ile się da.
Potem im trochę przeszło, ale nadal bardziej patrzyli na zachowanie się okrętu przy prędkości max ( ile by tam wychodziła ) niż ekonomicznej.

Dobra żeby mi się dobrze we łbie ułożyło.

Jak Amerykanie decydowali się na wysookoobrotowe turbiny i przekładnie ponad 20:1 to nie po to żeby zaoszczędzić na paliwie ( to uzyskiwano lepszym sterowaniem, kształtem kadłuba czy szczegółami konstrukcji turbin, czy zwyczajnym poprawianiem parametrów pary i czego tam jeszcze, samo zwiększanie prędkości obrotowej miało z małym spalaniem luźny związek ), tylko z innych powodów.
Wychodzi na to, że zwyczajnie „podkręcali” prędkość obrotową dla zmniejszenia masy i objętości siłowni. Szybkoobrotowa turbina jest mniejsza i lżejsza niż tej samej mocy turbina wolnoobrotowa. A przekładnia dwustopniowa w sumie pewnie też. W końcu weźmy taką dwustopniówkę 1:25
Każdy stopień po 1:5 więc jakby to dobrze ustawić względem siebie, to przynajmniej „na szerokość” powinna być mniejsza niż jednostopniowa 1:8-12 stosowane „u konkurencji”.
A całe gadanie tu i tam, że te duże obroty i super przekładnie dla małego zużycia paliwa, to delikatnie mówiąc, przesada. Największe oszczędności paliwa uzyskiwano gdzie indziej a nie na prędkości obrotowej turbin ( niech będzie że na małej prędkości obrotowej śrub, tu dobra przekładnia mogła pomóc )
Dobrze to zrozumiałem, czy znów kręcę?

Oczywiście upraszczam, wiem że przy projektowaniu okrętu i poszczególnych elementów okrętu bierze się pod uwagę „trochę” więcej czynników.

Faktycznie narobiło się bajzlu:
1. Oczywiście w tej przedświątecznej gorączce podłożyłem się z biegunami w generatorze elektrycznym. W USA dwie pary biegunów i 3600 obr/min to 120Hz a ma być jedna para biegunów i 60Hz.
2. Poważne zestawy diesel - generator są napędzane silnikami okrętowymi a nie czołgowymi więc generatory mają 8 par biegunów.
3. Energetyka od zawsze walczy o cenę jednostkową 1kWh i jakoś nie buduje bloków energetycznych z generatorami 8 par biegunów i turbinami jak np. z Liona. A nie ma ograniczeń ciężarowych czy objętościowych aby nie stosować turbiny geometrycznie większej (vel konstrukcyjnie wolniejszej) jako rzekomo bardziej ekonomicznej. Chyba, że nie umieją liczyć pieniędzy
4. Świat jednak stosuje się do dawno temu cytowanego przez @Maciej3 stwierdzenia o "most eff... ". Wróciliśmy do punktu wyjścia.
5. Bismarck miał siłownię wysokociśnieniową i ciągle był to prototyp. Awaryjność jak na pozostałych jednostkach niemieckich, stąd i praktycznie duże zużycie paliwa. Nie wydaje mi się sensowne branie tej siłowni do porównań bo to nie ta liga.

Wydaje mi się, że kluczem do całego nieporozumienia, jest zła interpretacja pojawiającego się tu i tam stwierdzenia "most efficiency" czy jakoś tak.
W kontekście turbin okrętowych, zwłaszcza opisywanych w pozycjach bardziej hobbystycznych niż naukowych, ta "największa wydajność" nie jest tożsama z tym co rozumieją inżynierowie pod tym określeniem.
To nie jest tylko "najniższe zużycie paliwa na wygenerowaną moc", tylko takie bardziej potoczne zrozumienie określenia.
Po prostu bardziej szybkoobrotowa turbina lepiej się wpasowuje okręt bo jeśli patrzeć jako całość ( zużycie paliwa + wielkość + masa + niezawodność itd itp ), to generalnie lepiej wypadają te szybciej kręcące się od tych wolnoobrotowych.
A że z czystą "wydajnością" w sensie energetycznym to ma luźny związek, to potem takie nieporozumienia się biorą.

esem pisze: 3. Energetyka od zawsze walczy o cenę jednostkową 1kWh i jakoś nie buduje bloków energetycznych z generatorami 8 par biegunów i turbinami jak np. z Liona. A nie ma ograniczeń ciężarowych czy objętościowych aby nie stosować turbiny geometrycznie większej (vel konstrukcyjnie wolniejszej) jako rzekomo bardziej ekonomicznej. Chyba, że nie umieją liczyć pieniędzy

Nie znam się na tym, ale wpisałem w google "low-speed steam turbines" i wyskoczyło mi m.in. cos takiego:
http://www.powerengineeringint.com/arti ... ector.html
Wyszło im, ze wolniejsza jest lepsza

Faktycznie fajna maszynka. Czekamy kiedy pierwszy raz się zakręci.
Tak z ciekawości, znasz jakieś już funkcjonujące przykłady ?

Spokojnie CIA, historia kołem się toczy.
Nie wiem czy pamiętasz, ale kiedyś twardo twierdzono, że porty równoległe są szybsze od szeregowych ( te komputerowe nie morskie ), bo w określonej jednostce czasu można przesłać więcej niż jeden impuls.
Potem jakoś tak wyszło, że jakiś niedouczony informatyk, który zapomniał chodzić do szkoły i nauczyć się co jest szybsze, zauważył że jak zrobimy port szeregowy to nie mamy zakłóceń pomiędzy poszczególnymi drutami w jednym gniazdku/kablu w związku z czym można bardziej podkręcić częstotliwość przesyłania sygnałów.
W efekcie port szeregowy zrobił się szybszy. Co prawda nadal przesyła jeden impuls na raz, ale za to dużo więcej impulsów na sekundę.
Gdzieś czytałem ( nie pomnę teraz gdzie ), że znów sobie przypomniano o starej prawdzie co do możliwości przesyłania kilku sygnałów na raz ....

Podobnie z ideologią rozpraszania "inteligencji" w wielu układach czy komasowaniu ich w jednym.
Ot takie wahadła.

A na serio - moda modą ( a ta, wbrew pozorom ma znaczenie nawet w technice wśród ludzi zdawałoby się tak logicznych jak inżynierowie ), ale jak się chce pewne ogólne zasady teoretyczne "ubrać w metal" przy ograniczeniach technologicznych i finansowych, to nagle zaczynają wychodzić jakieś bardzo dziwne "prawdy" pozornie całkiem sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem czy różnymi teoriami ogólnymi.

CIA pisze:

esem pisze: 3. Energetyka od zawsze walczy o cenę jednostkową 1kWh i jakoś nie buduje bloków energetycznych z generatorami 8 par biegunów i turbinami jak np. z Liona. A nie ma ograniczeń ciężarowych czy objętościowych aby nie stosować turbiny geometrycznie większej (vel konstrukcyjnie wolniejszej) jako rzekomo bardziej ekonomicznej. Chyba, że nie umieją liczyć pieniędzy

Nie znam się na tym, ale wpisałem w google "low-speed steam turbines" i wyskoczyło mi m.in. cos takiego:
http://www.powerengineeringint.com/arti ... ector.html
Wyszło im, ze wolniejsza jest lepsza

Arabelle z bliska robi wrazenie
nawet cos z firmy jest w sieci

http://www.sfenjg.org/IMG/pdf/AFF2013-P ... Island.pdf

z tego co wiem projekt (Kaliningrad) jest wstrzymany

G. Kappen pisze:

Maciej3 pisze:Ktoś robi "przekłanię standardową" czy tak się przyjęło, czy z jakiś względów praktycznych ( wielkość/koszt czy co tam ) akurat 1:60 jest optymalna a 1:40 czy 1:80 albo 100 już nie?

Tam nie ma przekładni, lecz wal generatora jest bezpośrednio połączony z walem turbiny. Generator przy 3000/min obraca się 50 razy na sekundę, co w przypadku generatora dwubiegunowego daje zamierzone 50 Hz.

Spotyka się czterobiegunowe generatory pracujące dla 50 Hz na 1500/min, ale to są zwykle maszyny spalinowe, albowiem 1500 obrotów leży zbyt blisko typowych (mechanicznych) częstotliwości własnych dużych turbogeneratorów.

... taaaak, wał generatora jest bezpośrednio połączony z wałem turbiny ...
W takim razie jak okreslić takie RZECZYWISTE połączenie okrętowego turbogeneratora?



Wał generatora obraca się z prędkością 1800/min; wał turbiny coś około 9700/min.


Macieju 3, Marmik wypomniał Ci niedawno w innym wątku, że masz duży talent do wygenerowania większej liczby słów niż niektórzy z nas są w stanie szybko przeczytać ze zrozumieniem ...
Przeczytaj uważnie i zastanów się nad wszystkimi postami kolegi jarmana, ponieważ przy wydatnej pomocy jogiego "mieszacie" pomiędzy różnymi sprawnościami:
-sprawność turbiny/zespołu turbin;
-sprawność ogólna napędu;
i
-sprawność ogólna siłowni.

Z najserdeczniejszymi życzeniami świątecznymi

Macieju 3, Marmik wypomniał Ci niedawno w innym wątku, że masz duży talent do wygenerowania większej liczby słów niż niektórzy z nas są w stanie szybko przeczytać ze zrozumieniem ...

Aljuzju poniał.

Wielkie turbiny tzw. „half-speed” są powszechnie stosowane, ale w elektrowniach jądrowych gdzie ciśnienia pary są stosunkowo niskie (60-80bar), więc objętości i przepływy wielokrotnie większe niż w elektrowniach konwencjonalnych. Mają tutaj one większą sprawność niż klasyczne 3000obr./min., a ponieważ i tak przy dużych objętościach właściwych pary układy przepływowe muszą mieć dużą objętość, stąd przy dużych gabarytach turbin mniejsza prędkość obrotowa pozawala dodatkowo na zmniejszenie powstających w elementach ich wirników naprężeń. Sprawność obiegu jądrowego i tak jest zresztą znacznie niższa (36-38%) niż w elektrowniach konwencjonalnych gdzie rekordem jest wspominane 46% z Luenen czym chwali się Siemens. Zagadnienie to dobrze ilustruje prezentacja Alstoma dot. wyspy kotłowej elektrowni atomowej, do której linka dał dakoblue. Energetyka też liczy pieniądze, a wbrew pozorom ma ograniczenia i objętościowe i ciężarowe. Wielkie kotły czy turbiny to potężne fundamenty i budynki posadowione na gruncie, który zwykle nie jest wystarczająco nośny i konieczna jest jego wymiana, albo palowanie. To wszystko kosztuje – w siłowniach jądrowych koszt turbogeneratora może bardziej niknie w ogólnych kosztach inwestycyjnych, ale bierze się go pod uwagę.
Ze swojej kariery mechanika okrętowego pamiętam z kolei agregaty zarówno Sulzera jak i B&W o prędkości silnika 750obr./min oczywiście bezpośrednio sprzężone z generatorem. To co pokazał eSDe to też nic niezwykłego w starych siłowniach turboparowych – ciekawy jestem z jakiego okrętu/statku to zdjęcie?
Jedyna konkluzja, jaką proponowałbym zaakceptować z całej tej dyskusji to taka: W siłowniach czy to morskich, czy lądowych nie da się wyprowadzić prostych i jedynie słusznych zależności pomiędzy parametrami technicznymi charakteryzującymi różne rozwiązania. Siłownie są „szyte na miarę” - wszystko zależy od celu, do którego są przeznaczone oraz środków (materiałowych i finansowych) jakimi dysponuje inwestor na lądzie, na morzu zwany w cywilu armatorem, a w wojsku dowództwem floty.

Dołączam się do życzeń eSDe i pozdrawiam