2.13 ZÁŽEHOVÉ MOTORY

Dvoudobé motory

Výhody:
Jednodušší konstrukce
Menší počet součástí
Menší nároky na obsluhu
Větší měrný výkon (asi jen o 10%)
Rovnoměrnější kroutící moment
Snadnější roztáčení studeného motoru
Menší poruchovost

Nevýhody:
Nedokonalé plnění a vyplachování válců

Čtyřdobé motory

Výhody:
Větší účinnost
Menší měrná spotřeba paliva (asi o 30%)
Menší tepelné namáhání motoru
Lepší chlazení
Pravidelnější chod
Dobrý průběh kroutícího momentu i při malých otáčkách
Jednoduší konstrukce klikového hřídele - z jednoho kusu
Menší hlučnost sání a výfuku

2.13.1 VENTILOVÉ ROZVODY ČTYŘDOBÝCH MOTORŮ

1. Ventilové rozvody

Použití: U čtyřdobých motorů

Rozvod SV
Konstrukčně nejednodušší
Malé se pohybující hmoty

Nevýhody:
- Obtížné seřizování vůle (špatný přístup ke zdvihátkům)
- Nízký kompresní poměr vlivem nevhodného kompresního prostoru

Používá se málo

Rozvod OHV
Větší hlučnost
Větší počet částí s přímočarým vratným pohybem -> Velké setrvačné síly v rozvodu
Jednoduché uspořádání
Snadné seřizování vůle ventilů

Použití: Motory s menšími otáčkami

Rozvod OHC
Vačkový hřídel je umístěn na hlavách válců
Bývá poháněn převodovým hřídelem rozvodu (2 páry šroubových nebo kuželových kol), řetězem nebo ozubenými koly

Použití: Motory s většími otáčkami

Rozvod F
Kombinace rozvodu OHV a SV
Pro složitost se málo používá

Části ventilového rozvodu

Vačkový hřídel
Ovládají ventilový rozvod
Otáčky jsou vázány na otáčky klikového hřídele (u čtyřdobých motorů jsou otáčky vačkového hřídele poloviční)
Vyrábějí se jako celistvé z ocelí třídy 12,14,15, 16 zápustkovým kováním
- Po obrobení se cementují a kalí

Vačky
Řídí průběh otevírání a zavírání ventilů
- Otevírání je řízeno vačkou
- Ventil zavře pružina
Rozdělení: (podle tvaru boku)

- Tangenciální
- S vypouklým nebo vydutým bokem
- Harmonické

Zdvihátka ventilů
Přenášejí pohyb z vaček na ostatní části rozvodu
Druhy:

- Kladková
- Kluzná
Hydraulická samočinně vymezují vůli v rozvodu

Rozvodné tyčky
U rozvodu OHV přenášejí pohyb ze zdvihátek na vahadla

Vahadla ventilů
U rozvodu OHV přenášejí pohyb z rozvodové tyčky na ventil
U rozvodu OHC přenášejí pohyb z vačky na ventil

Pružiny ventilů
Udržují požadovaný průběh rychlosti a zrychlení zdvihu ventilům při jejich zavírání
Překonávají setrvačné síly i tření v rozvodovém ústrojí
Udržují ventily v uzavřené poloze při podtlaku během sacího zdvihu

Ventilů
Otevírají nebo zavírají plnící i výfukové průřezy v pracovním prostoru válce

a) Výfukové ventily
Musí odolávat tepelnému i mechanickému namáhání ->
- Musí být pevné i při vysokých teplotách
- Nesmí se vlivem teploty deformovat
- Nesmí podléhat korozi
- Musí odolávat opotřebení
- Nesmí být kalitelné při prudkém ochlazení
Vyrábí se z austenitických ocelí legovaných chromem, niklem a wolframem nebo molybdenem
Používají se ventily i plněné sodíkem

b) Sací ventily
Jsou méně tepelně namáhané
Vyrábí se z austenitických ocelí, ale jsou méně legované

Časování ventilového rozvodu čtyřdobých motorů

Sací ventily
Otevírají se před začátkem sacího zdvihu, aby na začátku zdvihu byly dostatečně velké průřezy pro nasátí palivové směsi
Zavírání bývá se zpožděním - využívá se kinetické energie proudu vzduchu (směsi) při plnění válce
Počátek otevírání i konec zavírání je závislý zejména na délce sacího potrubí

Výfukové ventily
Otevírají se před začátkem výfukového zdvihu, aby se ještě před výfukem vyrovnal tlak ve válci s tlakem ve výfukovém potrubí
Příliš velký předstih otevření ventilu snižuje výkon motoru a zvyšuje tepelné namáhání výfukového ventilu
Konec zavírání je až za horní úvratí, aby se lépe využila pohybová energie výfukových plynů k vypláchnutí válce

Seřizování
Vůle v rozvodu umožňuje tepelnou dilataci součástí -> Dobrá těsnost
Bývá 0,1 až 0,3 mm
Nastavuje se stavěcími šrouby
Velká vůle způsobuje hlučnost rozvodu
U rozvodu SV se vůle za provozu snižuje; U rozvodu OHV zvětšuje

2. Šoupátkové rozvody

Výhody:
Dobré plnění válců (velké průřezy)
Odpadá tepelné namáhání výfukových ventilů
Možnost využití většího kompresního poměru

Nevýhody:
Zhoršený přestup tepla (z pístu do válce)
Obtížné těsnění a mazání

3. Pístové (kanálové) rozvody

Použití: Dvoudobé motory
Sací, přepouštěcí i výfukový kanál je umístěn ve stěně válce a otevírá se pístem
Dvoukanálový rozvod - Sání ovládá samočinný ventil nebo šoupátko
Tříkanálový rozvod - Nejčastější

Způsoby vyplachování válce

a) Příčné
Konstrukčně jednoduché
Nevýhoda:Nutnost nálitku (deflektoru) na dně pístu -> Sklon ke klepání

b) Tříproudé

Dobré vyplachování
Konstrukčně složitější

c) Vratné
Dobré vyplachování
Nejčastější použití

d) Souproudé
Téměř dokonalé vyplachování
Konstrukčně složité

Časování rozvodu dvoudobých motorů

a) Souměrné časování
Výfukový a přepouštěcí kanál se otevírá a zavírá ve stejném úhlu vzhledem k dolní úvratí pístu
Výhoda Jednoduchá konstrukce rozvodu i motoru
Nevýhoda: Přepouštěcí kanál se zavírá dříve než výfukový -> Nedokonalé plnění válce

b)Nesouměrné časování

Přepouštěcí kanál se zavírá později než výfukový -> Lepší plnění
Složitější rozvod

2.14 SPALOVACÍ MOTORY S KRUHOVÝM POHYBEM PÍSTU

Pístový spalovací motory mají určité nedostatky způsobené zejména klikovým mechanismem
Obtížné je vyvažovat setrvačné síly posuvných hmot a jejich momenty, které vznikají za provozu -> vznik chvění -> snížení životnosti

Spalovací turbína je pro menší výkony málo hospodárná

Snahou bylo zkonstruovat motor, který by měl:
Jednoduché pohybové vlastnosti jako turbína
Stejný pracovní oběh jako pístový stroj

Výše uvedeným vlastnostem nejlépe vyhovují motory s kruhovým pohybem pístu

Rozdělení:
a) Motory s kyvným pohybem pístu

b) Motory s prostým rotačním pohybem pístu
S kluznými lištami
S rotačním těsnícím ústrojím
S kapalinovým těsnícím prstencem

c) Motory s krouživým pohybem pístu

Motory s krouživým pohybem pístu - Wankel

Nejpoužívanější
Poměr počtu zubů velkého kola k počtu zubů malého kola: 3:2
Poměr otáček hřídele k pístu: 3:1
Za jednu otáčku pístu vykoná každý bok jeden pracovní oběh -> Jeden pístový Wankelův motor je ekvivalent dvouvalcovému čtyřdobému motoru

Výhody
Klidnější a rovnoměrnější chod
Lepší hmotnostní a prostorové ukazatele
Menší počet součástí

Nevýhody
Obtížné utěsnění komor
Větší kluzné rychlosti lišt
Jednostranné tepelné zatížení skříně
Protáhlý tvar spalovacího prostoru
Nízká hodnota skutečného kompresního poměru
Větší měrná spotřeba paliva a oleje

2.15 VENTILÁTORY

Rotační lopatkové stroje, pro dopravu a stlačování plynů a par do tlaku 10 kPa

Exhaustory

Ventilátory, které odsávají látku z nějakého prostoru a pracují s podtlakem

Rozdělení ventilátorů podle pracovního přetlaku:

Nízkotlaké - Do 1 kPa
Středotlaké - 1 až 4 kPa
Vysokotlaké - 4 až 10 kPa

Dělení ventilátorů dle směru dopravované látky:

1. Radiální (odstředivé)
a) Příliš mnoho oběžných lopatek:
Znamená velmi dobré proudění pracovního média
Velké ztráty třením

b) Malý počet oběžných lopatek
Dopravovaná látka je nedostatečně vedená
Účinnost rychle klesá

2. Axiální (osové)
Použití: Větší objemové průtoky

Tvar oběžných kol závisí na součiniteli rychloběžnosti

2.16 TURBODMÝCHADLA A TURBOKOMPRESORY

Druhy pohonu

1. Pohon parní turbínou

Větší:
Konstrukční složitost
Provozní a udržovací náročnost

Výhoda: Snadná regulace množství stlačovaného vzduchu změnou provozních otáček

2. Pohon plynovou turbínou

Nižší pořizovací náklady než u parní turbíny
Odpadá kotelna
Menší spotřeba vody (jen k chlazení)

Provozní náročnost
Menší provozní spolehlivost

Použití: Kompresorové stanice u tranzitních plynovodů

3. Pohon elektromotorem

Výhody:
Poměrně malé pořizovací a udržovací náklady
Velká provozní spolehlivost

Nevýhody:
Poměrně nízké otáčky -> nutno použít převodovku s převodem do rychla

2.16.1 KONSTRUKCE TURBODMÝCHADEL A TURBOKOMPRESORŮ

Oběžná kola

Přichycení lopatek:
a) Přivařené

-k nosnému a krycímu kotouči

b) Přinýtované
Pro menší obvodové rychlosti (pod 160 m/s)

c) Frézované
Oběžné kolo je z jednoho kusu
Pro nejvyšší obvodové rychlosti
Chybí krycí kotouč

Hřídel

Rozhodujícím činitelem jsou kritické otáčky, které se od provozních musí lišit o 20%
Podobně jako u parních turbín musí být rotor buď tuhý nebo elastický
Musí vyhovět pevnostním podmínkám při kombinovaném namáhání(krut + ohyb)

Skříň

Vodorovně dělená
Obě části jsou spojena předepjatými šrouby
Při montáži se používají tzv. montážní svíčky ke správnému vedení a usazení horní poloviny skříně na spodní
Při demontáži se horní polovina skříně odtlačí od spodní části několika odtlačovacími šrouby

Mezistěny

Oddělují od sebe jednotlivé tlakové stupně turbokompresoru
Z montážních důvodů děleny na dvě poloviny
Jsou v nich difúzorové lopatky
V otvoru mezistěny je ucpávka oddělující jednotlivé stupně

Ložiska

Radiální
Obvykle kluzná s hydrodynamickým mazáním
Dovolené tlaky: 0,5 až 0,8 MPa

Axiální
Bývá segmentové se samostavitelnými segmenty
Dovolený tlak: 2,5 MPa
Zachycuje se pouze menší část axiální síly rotoru
Větší část axiální sily je vyrovnávána odlehčovacím kotoučem

Spojky

Hřídel hnacího motoru a hřídel převodovky se spojují pevnou kotoučovou spojkou
Výstupní hřídel převodovky se obvykle spojuje s rotorem turbokompresoru pružnou spojkou nebo vyrovnávací zubové spojky (pro větší kroutící momenty)

Ucpávky

Pro vnitřní a vnější utěsnění slouží převážně labyrintové (břitové) ucpávky
Ucpávkou proudí stále určité množství stlačovaného plynu (je zahlcena dopravovanou vzdušinou)

Ucpávka s přisáváním vzduchu -
Použití: Kde by unikající látka unikající látka znečišťovala ovzduší strojovny
Komora ucpávky je spojená s potrubím se sacím hrdlem a tím je stále udržován podtlak

Hermetická ucpávka -
Použití: Je-li nutné stlačovanou látku oddělit od okolního prostředí

2.16.2 PROVOZ TURBODMÝCHADEL A TURBOKOMPRESORŮ

1. Příprava na spuštění

Před spuštěním se nejprve:
- Spustí pomocné olejové čerpadlo
- Otevřou se ventily průtoku chladící vody v mezichladičích

2. Spuštění

Uzavírací ventil ve výtlaku je uzavřen
Škrtící klapka v sání je přivřená (sníží se potřebný výkon v období rozbíhání)
Přepouštěcí ventil je otevřen
Při rozběhu se musí co nejrychleji překročit kritické otáčky

Stroj se nechá několik minut běžet ->
- Prohřátí soustrojí
- Vyrovnání vnitřních pnutí
- Promazání ložisek

3. Zatěžování

Nejprve se otevře ventil výtlaku
Zatěžování se uskuteční pozvolným otevíráním škrtící klapky v sání
Přepouštěcí ventil se uzavře nebo je automaticky ovládán regulačním okruhem proti pumpování
Jakmile stroj dosáhne provozního tlaku v připojeném potrubí, otevře se zpětná klapka -> Stroj začne dodávat stlačený vzduch

4. Odstavení

Zastavování stroje:
- Otevře se přepouštěcí ventil
- Uzavře se ventil ve výtlaku
- Přivře se škrtící klapka v sání
- Vypne se pohon

Při dobíhání jsou ložiska mazána pomocným olejovým čerpadlem
- Má vlastní pohon
- Spouští se automaticky při poklesu tlaku v mazacím obvodě

Některé velké kompresory, u nichž je riziko, že při chladnutí při dobíhání deformoval rotor, jsou vybaveny mechanickým protáčecím zařízením

Po zastavení stroje se ještě chvíli nechá v chodu:
- Pomocné olejové čerpadlo
- Chladič mazacího oleje

Sleduje se doba doběhu stroje, její zkrácení znamená závadu v:
- Ložisku
- Převodovce
- Ucpávce

2.17 TURBÍNY

2.17.1 VODNÍ TURBÍNY

Vodním turbínám se někdy říká vodní motory

Jsou to rotační lopatkové sroje, v nichž se využívá energie vody
- Voda proudí z výšky na lopatky turbíny
- Voda mění potencionální energii na kinetickou, která se odvádí z turbíny jako kroutící moment na hřídeli

Může mít:
Svislý hřídel
Vodorovný hřídel

Každá turbína má:
Rozváděcí ústrojí tvořené tryskami nebo natáčivými rozváděcími lopatkami
Oběžné kolo s pevnými nebo natáčivými lopatkami

Rozdělení podle průběhu tlaků:

a) Rovnotlaká (akční) - Před oběžným kolem a za oběžným kolem je stejný tlak

b) Přetlaková (reakční) - Před oběžným kolem je větší tlak než za ním -> Oběžné kolo pracuje s tlakovým rozdílem (přetlakem)

2.17.1.1 VODNÍ DÍLA

Hydrocentrála (Hydroelektrárna)

Tvoří část komplexního celku, které se nazývá vodní dílo, jehož stavba velmi složitá, náročná (technicky i finančně - zemní práce jsou dražší než technologie), dlouhodobá

Vodní dílo zahrnuje:
Přívod vody kanálem, štolou nebo potrubím
Zařízením na zvýšení vodní hladiny
Strojovnu
Zařízením na čištění vody
Uzavírací zařízení
Odpadní kanál

Nízkotlaké vodní dílo

Spád do 15 m

Derivační
Strojovna je mimo vodní tok

Průtočné
Strojovna je přímo ve vodním toku
Obvykle vedle jezu nebo ve sloupech jezu

Středotlaké vodní dílo

Spád do 60m

Většinou řešeno jako akumulační nádrž s přehradní zdí, která může být:
- Ocelo-betonová
- Sypaná

Voda se vede k turbínám kanálem (přivaděčem), který má 2 uzávěry:
1. uzávěr: Přímo v ústí přivaděče - v hrázi (deskový uzávěr)
2. uzávěr: Před turbínou (kulový uzávěr)

Vysokotlaké vodní dílo

Spád nad 60 m
Zásobní nádrž je buď umělá nebo přirozená a mnohem výš strojovna
Z nádrže se přivádí voda k turbínám potrubím, které je uloženo na ocelo-betonových blocích buď v zemi nebo častěji na povrchu

Potrubí je vážně ohroženo při náhlém uzavření průtoku vody
Kinetická energie proudící vody se změní v energii tlakovou, která ve formě tlakové vlny může způsobit roztržení dolní části přiváděcího potrubí -> Lze zmenšit vyrovnávací nádrží, která má volnou hladinu -> tlaková vlna se utlumí

Potrubí je ohroženo o při rychlém otevření spodního ventilu
- Potrubí se zmáčkne pod atmosférickým tlakem -> Imploze potrubí
- Potrubí je jištěno zavzdušňovacími ventily

Přečerpávací hydrocentrály

Charakterictickým znakem jsou dvě nádrže (horní a dolní) a mezi nimi je strojovna

Význam přečerpávacích hydrocentrál
V nočních hodinách odebírají přebytečnou elektrickou energii z tepelných elektráren a přečerpávají vodu ze spodní nádrže do horní
V deních hodinách, kdy je energetická špička se pustí voda do dolní nádrže.

Přečerpávací hydrocentrály mely původně 4 stroje ve dvouhřídelovém uspořádání
- Na jednom hřídeli čerpadlo s hnacím elektromotorem
- Na druhém hřídeli vodní turbínu s alternátorem
- Obě soustrojí jsou na sobě nezávislá

Novější je jednohřídelové uspořádání se 3 stroji
Na společném hřídeli je:
- Alternátor (může pracovat i jako synchronní motor)
- Vodní turbína
- Čerpadlo

Mezi jednotlivými stroji jsou spojky, kterými je možno spřáhnout alternátor s turbínou nebo alternátor ve funkci motoru s čerpadlem

Turbína i čerpadlo jsou stále zahlceny vodou
Při čerpání je nutno roztočit čerpadlo na synchronní otáčky pomocnou turbínou nebo elektromotorem
Výhodnější je provedené bez spojek
Pokud je nutno soustrojí odstavit, zavzdušní se stlačeným vzduchem ze zvláštního zavzdušňovacího zařízení
Celé soustrojí se točí v celku

Nejmodernější je jednohřídelové uspořádání pouze se 2 stroji
Alternátor může běžet jako hnací motor
Turbína je reverzní, která v opačném smyslu otáčení pracuje jako turbína

Druhy turbín pro tuto aplikaci:
Deriazova turbína
Francisova - Pro vyšší spády

Při přechodu z pracovního režimu na přečerpávací režim je nutno:
- Zastavit soustrojí
- Přenastavit lopatky
- Uvést soustrojí v chod s opačným smyslem otáčení

Zkrácení přechodových časů umožňují speciální turbíny (tzv. jednosměrné), kde reverzace proběhne při neměnícím se smyslu otáčení hřídele -> Není nutno zastavovat soustrojí

2.17.1.2 DRUHY VODNÍCH TURBÍN

2.17.1.2.1 KAPLANOVA TURBÍNA

Přetlakový vodní motor
Rozváděcí i oběžné lopatky, lze natáčet tak, že každé poloze lopatky odpovídá určitý úhel oběžných lopatek vrtule -> Ovlivnění účinnosti -> Plošší než u Francisovy turbíny
Náročnou a složitou částí je oběžné kolo, které je vytvořeno jako vrtule s natáčivými lopatkami, které jsou letmo na čepech usazeny do náboje

Lopatky jsou namáhány:
Tlakem proudící vody
Velkými odstředivými silami

Povrch je přesně broušen
Reaguje podobně jako Francisova turbína změnou průtoku vody rozváděcími lopatkami -> Natáčení je ovládáno servomotorem
Současně se natáčí i oběžné lopatky samostatný servomotorem upevněným na duté hřídeli turbíny

Lopatky vrtule se natáčí regulační tyčí, která prochází dutým hřídelem
- Posouváním regulační tyče se pákovým mechanismem se současně nastavuje správný úhel oběžných lopatek
- Ovládání rozváděcích a oběžných lopatek je ve vzájemné kinetické vazbě

Rychloběžné turbíny mají z důvodu potlačení kavitace oběžné kolo pod hladinou odpadního kanálu
Při náhlém odlehčení stroje (rychlé uzavření průtoku) se v sání vytvoří podtlak, kterým se proud vody zastaví a je zpětně vržen na uzavřené lopatky vrtule -> K zabránění těmto zpětným rázům slouží zavzdušňovací ventily, které v okamžiku vzniku extrémního podtlaku otevřou a vpustí do sání vzduch, který vytvoří vzdušný polštář -> Tlumení zpětného rázu vody
Musí být zajištěno i nedovolenému zvýšení otáček (přetočení stroje -> Velké odstředivé síly -> Nebezpečí utržení běžné lopatky -> Vytržení čepu)

Regulace otáček:
- Vyklopením zvláštních brzdících lopatek, které se vysouvají automaticky, při překročení nejvyšších dovolených otáček
- Zrušením vazby mezi rozváděcími a oběžnými lopatkami -> Rozváděcí lopatky se při překročení dovolených otáček uzavřou bez zřetele na polohu oběžných lopatek
- Uzavření přítoku rychlouzávěrem na přivaděči

2.17.1.2.3 FRANCISOVA TURBÍNA

Univerzální turbína (lze použít od spádů 1 až do 500 m)
Oběžné kolo má pevné lopatky, které jsou tvarově značně složité

Geometrický tvar oběžného kola závisí na parametrech stroje (součinitel rychloběžnosti):
- Výkonu
- Spádu
- Provozní otáčky

Výkon je regulován změnou průtoku vody, který se řídí natáčivými lopatkami
- Natočení rozváděcích lopatek má vliv na směr vstupu vody do oběžného kola
- Největší účinnost je jen při určitém úhlu natočení rozváděcích lopatek.

Vysokotlakou variantu turbíny je nutno jistit před tlakovou vlnou, která vznikne při náhlém uzavření lopatek rozváděcího kola (náhlé odlehčení stroje) -> Odlehčovací ventil se automaticky otevírá při náhlém odlehčení stroje -> Tlumení rázu v přivaděči

2.17.1.2.2 DERIAZOVA TURBÍNA

• Přetlakový vodní motor s diagonálním průtokem vody -> Konstrukční varianta Kaplanovy turbíny
• Vhodná pro střední spády
• Výhoda: Náboj velkého průměru -> Větší počet oběžných lopatek než na Kaplanovy turbíně (při spádu přes 70 je problém umístit 11 lopatek)
• Lze vyřešit jako reverzní stroj -> Při novém nastavení úhlu oběžných i rozváděcích lopatek ve funkci difuzoru a smyslu otáčení může turbína pracovat jako diagonální čerpadlo v přečerpávací hydrocentrále
• Regulace je podobná jako u Kaplanovy turbíny

2.17.1.2.4 PELTONOVA TURBÍNA

Rovnotlaký vodní motor

Voda proudí na oběžné lopatky z jedné nebo více trysek (až 6)

- Lopatky mají tvar "dvojité misky"

Běžné kolo se natáčí v prostoru s konstantním tlakem
Vhodné pro velké spády -> Použití: Pro vysokotlaká vodní díla
Voda se přivádí potrubím
Pro vyšší spády se staví jako dvoustupňová -> Dvě strojovny v různých výškách

Výkon je regulován průtokem vody dopadající na oběžné kolo
- Průtok se mění posuvnou jehlou v ústí trysky
- Při náhlém odlehčení stroje by jehla rychle uzavřela průtok vody tryskou -> nastal by tlakový ráz -> ohrožení pevnosti potrubí -> Průtok je řízen odchylovacím segmentem
- Segment a jehla (akční členy), jsou seřízeny tak, aby působily s časovým posunem -> Nejprve se odchýlí část nebo celý paprsek a potom zvolna jehla uzavře trysku

2.17.1.2.5 PŘÍMOTOKÁ (PŘÍMOPRŮTOČNÁ) TURBÍNA

• Turbína i alternátor jsou přímo na přivaděči
• V podstatě může mít soustrojí obtékaný nebo protékaný alternátor
• Oběžné kolo je v podstatě kaplanovo s natáčivými lopatkami
• Může být konstruovaná i jako reverzní stroj -> Po reverzaci pracuje jako vrtulové čerpadlo

2.17.1.3 PROVOZ A MAZÁNÍ VODNÍCH TURBÍN

Zajištění bezporuchovosti je složité, protože se jedná o velké jednotky se značnou hmotností rotoru

Před rozběhnutí soustrojí je nutno učinit řadu kontrolních a zabezpečovacích úkonů , např.

a) Seřízení zabezpečení regulátoru proti přetočení turbíny při náhlém odlehčení stroje
Uvede se v činnost mazací systém
Zkontroluje se regulační aparatura
Spirála se naplní vodou při současném odvzdušnění

b) Přezkoušet správnou funkci zavzdušňovacích ventilů v sací trubě
c) Přezkoušet funkci rychlo uzávěru

Při prvním spuštění se turbína roztočí asi na 30 % provozních otáček
- Sleduje se teplota ložisek a její průběh v závislosti na čase
- Přírůstek teploty musí mít klesající tendenci
- Po stabilizaci provozní teploty lze zvyšovat otáčky až na provozní
- Regulátor se nastaví tak, aby reagoval při zvýšení otáček o 6 až 10 % nad jmenovitou hodnotu

Při náhlém odlehčení se vlivem rychlého přivření rozváděcích lopatek a vlivem setrvačnosti proudící vody v sání rychle sníží tlak -> Zvýší se intenzita vzniku kavitačních bublinek
Stejné snížení tlaku nastává při maximálním zatížení soustrojí
Velikost podtlaku v těchto provozních režimech je automaticky udržována v přijatelných mezích zavzdušňovacími ventily v sání -> přisává se atmosférický vzduch

Mazání vodních motorů

Používá se tlakové oběžné mazání, kde olej současně odvádí vznikající teplo z kluzných ploch
Ohřátý olej je po přefiltrování ochlazen v chladiči a znovu se čerpadlem vhání do všech mazaných míst
Spodní radiální ložisko může být mazáno i tukem a pryžová dokonce vodou
Turbína se musí mazat i při dobíhání

Náhradní mazání při poruše olejového čerpadla, lze zajistit:
- Pomocný olejovým čerpadlem napájeným z akumulátoru
- Rezervní spádovou nádrží se zásobou oleje pro dobíhání stroje

2.17.2 PARNÍ TURBÍNY

Typy parních turbín

Kondenzační turbína

Použití:Typické pro tepelné elektrárny
Veškerá tepelná energie páry se mění na mechanickou energii
Turbína je spojená s alternátorem, který vyrábí elektrický proud

Protitlaková turbína

Použití: Kde se tlaková pára kromě pohonu generátoru používá i k jiným účelům (technologické procesy, vytápění)
Pára se získává jednak jako výstupní pára z turbíny a jednak redukcí páry vyrobenou v parním generátoru, za současného vstřikování kondenzátu, kterým se reguluje potřebná teplota nízkotlaké páry a který se odpaří a vznikne další nízkotlaká pára
Využívá se v technologických zařízení, kde je značná spotřeba nízkotlaké páry

Odběrová turbína
Je-li požadována velká spotřeba nízkotlaké páry i elektrické energie
Může mít jedno, ale i více odběrných míst
Pro energetické využití je vhodná kondenzační odborová turbína
Odběr páry z turbíny bývý regulován tak, aby zůstal konstantní tlak
Při jeho poklesu (větší spotřeba páry), přichází do nízkotlaké části menší množství páry

Kombinovaná turbíny

Použití:Teplárenské povozy (jsou nainstalovány protitlakové i kondenzační turbíny)

Teplárna produkuje:
Elektrickou energii
Tlakovou páru, která se rozvádí spotřebitelům

2.17.2.1 VÍCESTUPŇOVÉ TURBÍNY

Zpracovat celý tepelný spád v jednom pracovním stupni lze pouze v malé parní turbíně (např.

Lavalova)

Velký tepelný spád při dobré účinnosti lze zpracovat pouze ve vícestupňových turbínách
- Pára postupně expanduje v jednotlivých stupních

Curtisova (C-kolo, jednostupňová vícevěncová rovnotlaká turbína s rychlostními stupni)

Pára postupně předává svou kinetickou energii oběžným lopatkám podle toho kolik má turbína stupňů
Většinou má turbína 2 až 4 stupně -> Turbína pak má menší otáčky než původní (jednostupňová) de Lavalova (měla 30 000 ot/min)
Protože v oběžném kole je konstantní tlak -> Rovnotlaký parní stroj

Použití:
Samostatná turbína menších výkonů (např.pohon napáječek, turbokompresorů)
Regulační stupeň (první část) velkých vícestupňových i kombinovaných turbín

Vícestupňová rovnotlaká parní turbína

Pára postupně expanduje j jednotlivých rovnotlakých stupních turbíny, které jsou řešeny jako rovnotlaké stupně
V každém pracovním stupni poklesne tlak pouze v rozváděcím ústrojí, ale v oběžných lopatkách zůstává tlak konstantní

Vícestupňová přetlaková parní turbína

Tlak klesá ve směru průtoku páry v rozváděcím ústrojí i v oběžných lopatkách

2.17.2.2 KONSTRUKCE PARNÍCH TURBÍN

1. Rotor

Může to být buď:
- Hřídel s nasazenými oběžnými koly
- Buben vybíhající na obou koncích v hřídel

Na obvodu kol nebo bubnu jsou vysoustružený drážky k uchycení oběžných lopatek
Jedná se o výkovek
Pečlivě staticky a dynamicky vyvážen, včetně olopatkování

Kritické otáčky od provozních se musí lišit nejméně o 20%
- Elastické rotory - Kritické otáčky nižší než provozní
- Tuhé rotory - Kritické otáčky vyšší než provozní
- Velikost kritických lze určit z velikosti prohnutí rotoru vlivem vlastní tíhy

a) Oběžné lopatky

Uchyceny v drážkách

Vyrobeny:
- Válcované profily
- Vyfrézovány z plného materiálu

Velké lopatky se předkovou a následně obrábějí kopírovacím zařízení nebo na CNC obráběcích strojích, popř. čistě odlity

Malé lopatky: Úhly b1 a b2 a konstantní tvar po celé délce profilu
Velké lopatky: Úhly b1 a b2 se mění s délkou lopatky s proměnlivou obvodovou rychlostí (lopatka je zkroucená) a současně směrem od osy rotoru se zmenšuje průřez profilu

Lopatky jsou vkládány do drážek a odděleny od sebe v požadované vzdálenosti mezerníky
- Frézovaných lopatek z jednoho kusu nebo odlitých je obvykle mezerník z jednoho kusu s lopatkou

Při nebezpečí rozkmitání se oběžné lopatky vyztužují dráty nebo se po obvodě udělá bandáž

b) Rozváděcí ústrojí

Rovnotlaké turbíny
Řešeno jako nebo
- segment s tryskami (při částečném ostřiku)
- dvoudílné rozváděcí kolo tzv. mezistěna (při úplném ostřiku)
Rozváděcí kolo je z montážních důvodů dělené
Uprostřed mezistěny je ucpávka, oddělující od sebe sousední tlakové stupně

Přetlakové turbíny
Tvoří věnec pevných lopatek uložených v drážkách skříně
Mezi rozváděcí a oběžnou lopatkou musí být axiální vůle
Mezi rozváděcí lopatkou a rotorem musí být radiální vůle
Vůle jsou nutné z důvodu tepelných dilatací

2. Skříň turbíny

Konstruována tak, aby umožňovala snadnou montáž všech dílů v ní uložených -> Dělená ve vodorovné rovině

Obě části jsou přesně obrobeny
Bez těsnění na sebe přiloženy a staženy předepjatými šrouby

Skříň je namáhána:
Vnitřním přetlakem
Rozdílem teplot na vstupní a výstupní straně -> vnitřní pnutí -> Skříně jsou složené z několika těles

3. Ucpávky

Vnější - Těsní hřídel vystupující ze skříně
Vnitřní - Oddělují od sebe jednotlivé tlakové stupně

Používají se labyrintové (břitové) ucpávky - Těsnění se dosahuje expanzí páry
Dřív se užívali ucpávky s mosaznými břity, zatužených do drážek ucpávkového pouzdra
Novější ucpávky jsou z plechu, které jsou zatuženy drátem do drážek v rotoru

Radiální vůle v ucpávce:
0,4 až 0,7 mm
U velkých turbín i o něco větší
Záleží na velikosti průhybu rotoru vlivem vlastní tíhy

4. Ložiska

Rotor je uložen na dvou radiálních ložiskách
Axiální síla se zachycuje axiálním ložiskem
U malých turbín může být rotor uložen ve valivých ložiskách

Střední a velké turbíny musí mít ložiska kluzná
- Mazání ložisek: oběžné tlakové
- U dlouhých rotorů se používají samostavná ložiska, která jsou uložena v kluzných lůžkách, která umožňují naklápění ložiska podle průhybu rotoru
- Axiální ložisko je segmentové s funkčními plochami vylitými v kompozici

Kontroluje se provozní teplota (max 70°C) v jímkách ložiskových těles

Kontrola se provádí:
- Místními teploměry
- Teplotními čidly - Vyhodnocení provede počítač

5. Spojky

Pevné kotoučové - Mezi jednotlivými turbínovými tělesy
Zubové spojky - Má-li se vyrovnávat axiální dilatace
Další spojky:
Pružná spojka s hadovitou pružinou
Pružná obručová spojka

2.17.2.3 VLIV STAVU PÁRY NA TEPELNOU ÚČINNOST

S rostoucím tlakem páry a s teplotou přehřátí roste tepelná účinnost turbíny
Vlivy omezující tlak a teplotu páry:

Volba materiálů

Na tepelně a tlakově namáhané díly parní turbíny a parního generátoru
Při vysokých teplotách a tlacích je NUTNÉ uvažovat trvalé tečení materiálu
Přípustná napětí se volí se zřetelem na mez pevnosti v tečení (nikoliv mez kluzu)

Vhodné jsou materiály legované:
Chromem
Molybdenem
Wolframem
Vanadem

Zmenšení měrného objemu

Při zvyšování tlaku protékající páry při stejném hmotnostním průtoku se zmenší objem
Lopatky jsou pak velmi krátké -> Horší účinnost

Projevuje se to u:
- Vysokotlaké části turbíny
- Turbíny s malým průtokem páry

Stoupající vlhkost páry

Při rostoucím tlaku po expanzi v poslední stupni vzrůstá vlhkost páry
Přípustná výstupní vlhkost je 12 %

2.17.2.4 ZVÝŠENÍ TEPELNÉ ÚČINNOSTI

Ohřívání kondenzátu

Kondenzát se ohřívá:
- Parou odebranou na vhodném místě z turbíny
- Párou, která expandovala v paroproudé vývěvě kondenzačního zařízení

Přihřívání páry

Pára se přihřívá před vstupem do nízkotlaké části turbíny
Pára se přihřeje: v
- Přihříváku umístěném přímo v parním generátoru
- "Ostrou" párou v přihřívacím zařízení mimo parní generátor

Výhoda: Menší vlhkost páry

2.17.2.5 REGULACE PARNÍCH TURBÍN

Výkon lze regulovat změnou jedné z veličin:
- Hmotnostním průtokem páry
- Teoretickou měrnou energií
- Celkovou účinností (Není vhodné)

Regulace změnou velikosti měrné energie (Kvalitativní regulace)

Škrcením páry se postupně dosahuje snižování admisního tlaku páry vstupující do turbíny ->Postupně se zmenšuje měrná energie -> Tak i výkon turbíny
Pára se znehodnocuje -> Nevhodný způsob
Jednoduchý způsob regulace
Nízká cena regulačního ústrojí
Použití: Malé stroje

Škrtící ventil (akční člen) lze ovládat:
a) Přímo rychlostním čidlem (direktní regulace)
Práci pro přestavění ventilu musí vykonat čidlo
Náročné na dimenzování -> Velká hmotnost
Necitlivé na změny otáček rotoru turbíny vlivem proměnlivého zatížení v provozu

b) Mezi čidlo a akční člen je vložen servomotor s rozváděcím šoupátkem tlakového oleje
U větších strojů

Regulace změnou hmotnostního průtoku páry (Kvantitativní regulace)

Hospodárnější
U velkých strojů
Vstup páry do turbíny je řízen regulačními ventily v několika sekcích, které se při zatěžování soustrojí postupně otevírají nebo zavírájí při odlehčení

Jednotlivé ventily lze ovládat:
Posuvným trámcem
Vačkovým hřídelem

2.17.2.6 POJISTNÁ A ZABEZPEČOVACÍ ZAŘÍZENÍ PARNÍCH TURBÍN

Jsou jimi vybavené moderní turbíny
Další činitel je velikost turbíny
Účel bezpečnostních prvků: Chránit turbínu před poškozením

Nejdůležitější pojistná zařízení

Pojistný regulátor
Při překročení otáček o 9 až 11 % uzavře prostřednictvím hydraulického servomechanizmu rychlouzávěr v hlavním přívodu páry

Rychlouzávěr
Hydraulicky nebo mechanicky spřaženy s čidly, které hlídají:
- Axiální posuv rotoru -> Při poškození výstelky axiálního ložiska by velký posuv poškodil lopatky
- Teplotu axiálního ložiska (jen u některých strojů)
- Pokles regulační nebo mazacího oleje
- Tlak v kondenzátu

Po jeho uzavření turbína dobíhá setrvačností
- Zajistit dostatečné mazání a chlazení hlavních ložisek -> Automaticky se zapne pomocné olejové čerpadlo, které zajistí potřebný tlak a průtok oleje

Pojistný ventil
U protitlakových turbín, při nepřípustném zvýšení tlaku páry vypustí její přebytek do atmosféry

Síto
Zamezuje vnik hrubých nečistot do turbíny
Bývá před spouštěcím ventilem
Vyrobeno z materiálu, který odolá vysokým provozním teplotám

2.17.2.7 KONDENZAČNÍ ZAŘÍZENÍ PARNÍCH TURBÍN

• Nedílnou součástí parních turbín
• Umožňuje úplné využit energie páry v turbíně
• Pára vystupující z turbíny proudí do kondenzátoru, kde se sráží při nízkém tlaku 62 až 5 Pa a vznikající kondenzát je odčerpáván do zásobníku kondenzátu
• Ze zásobníku je kondenzát čerpán do parního generátoru
• Kondenzátor je trubkový výměník
• Trubkami proudí studená voda, která se při průchodu kondenzátorem ohřeje a čerpadlem je vháněná do chladící věže, kde se ochladí a znova se vrací do kondenzátoru
• Nízký tlak ve vnitřním prostoru kondenzátoru je udržován vývěvou (nejčastěji paroproudovou)

2.17.2.8 PROVOZ PARNÍCH TURBÍN

Spuštění turbíny

Spuštění (najíždění) je velmi složitý proces
Je nebezpečí, že vlivem nestejného prohřátí rotoru vznikne vnitřní pnutí -> Rotor se začne deformovat
Při najíždění je tepelně deformována i skříň

Při spouštění se nejprve:
- Spustí se kondenzace
- Otevře se odvodnění skříně

Spustí se pomocné olejové čerpadlo
Mechanicky se protočí rotor při malém průtoku páry, současně se parou zahltí ucpávky

Po prohřátí stroje se zvýší otáčky a po dosažení provozních otáček se vypne pomocné olejové čerpadlo
Stroj se zahřívá:
- Malé turbíny: 2 až 4 minuty
- Velké turbíny: 15 až 30 minut
Stroje s elastickým rotorem (kritické otáčky jsou nižší než provozní) musí rychle přejít kritické otáčky

Kontrola:
Ložisek
Chladící okruh oleje
Regulační soustava turbíny

Zatěžování turbíny

Po sfázování: 5 až 10 %
Po 30 až 40 minutách: zvýšení zatížení na 60%
Pokud nejsou problémy následuje zvýšení výkonu na 100 %
Celkové spuštění velké turbíny (od protáčení rotoru) trvá hodinu až hodinu a půl

Zastavování turbíny

Při zastavování turbíny se musí soustrojí pozvolna odlehčovat
Následuje uzavření přívodu páry do turbíny
Spustí se pomocné olejové čerpadlo
Otevřou se odvodňovací ventily ve spodu skříně
Uzavření přívodu páry do ucpávek
Stroj se nechá doběhnout setrvačností
Po doběhu se odstaví kondenzační zařízení
po doběhu se nechá ještě 15 minut běžet pomocné olejové čerpadlo
Uzavře se přívod chladící vody do chladiče oleje

2.17.2.9 OLEJOVÁ SOUSTAVA PARNÍCH TURBÍN

Turbína je vybavena dvěma olejovými okruhy:

Mazací okruh
Tlak: 200 kPa

Regulační okruh
Tlak: 500 až 700 kPa

Potřebný tlak je zajištěn nejméně dvěma čerpadly

Hlavní olejové čerpadlo

Při provozu zásobuje oba okruhy
Je poháněno přes převodovku od hřídele parní turbíny
Obvykle je zubové

Pomocné olejové čerpadlo

Při rozběhu a dobíhání oba okruhy zásobuje tlakovým olejem pomocné olejové čerpadlo
Pomocné čerpadlo je samosatně poháněno:
- Elektromotorem
- Malou parní turbínou

Obvykle je odstředivé hydrodynamické

2.17.3 PLYNOVÉ TURBÍNY

Lopatkové stroje, kde mezilopatkovými protéká teplonosná látka, u níž během pracovního cyklu nedochází ke změně skupenství

Dlouhý a obtížný vývoj
- Vývoj urychlil rozvoj leteckých proudových motorů

Základní princip byl patentován v roce 1791
Zároveň se vyvíjely i turbokompresory
Mají výkony až stovky MW

Účinnost roste s teplotou pracovního média
- Teplota je omezená tepelnou odolností materiálu (až 1 250 °C u leteckých motorů)

Pracují s vyššími teplotami než parní turbíny, ale s nižšími provozními tlaky
Tenčí stěny (i menší hmotnost dílů )lépe snášejí prudké změny teplot
Nejsou velké rozdíly v délce lopatek na vstupu a na výstupu (3 až 9)
Menší počet stupňů (1 až 8)

K práci je potřeba turbokompresor
- Potřebný výkon se musí zvýšit o spotřebu turbokompresoru
- Turbokompresor spotřebuje přibližně 2/3 výkonu turbíny

1/3 výkonu spotřebuje pohon
Celkový výkon turbíny je 3 větší než výkon na svorkách generátoru

Části systému

Turbokompresor
Spalovací nebo ohřívací komora
Plynová turbína
Spouštěcí zařízení
Potrubí, filtry, palivové čerpadlo, výměník, ovládací a kontrolní aparatura, tepelná izolace
Poháněný stroj (alternátor, lodní šroub, vozidlo, turbodmýchadlo, rotační čerpadlo)

Pracovní okruhy

Otevřený okruh
Turbokompresor nasává atmosférický vzduch a spaliny, které expandovaly v turbíně jsou výfukem vyfukovány do ovzduší
Účinnost: 0,2

Uzavřený oběh
Spalovací komora ohřívá pracovní médium, které cirkuluje přes turbínu a turbokompresor
Lopatky nejsou znečišťovány a ohroženy spalinami
Složitější
Účinnost: 0,3 až 0,35

U obou způsobů lze využít teplo odcházejících spalin vložením výměníku do systému -> Vyšší účinnost při nižší spotřebě paliva

2.17.3.1 KONSTRUKCE PLYNOVÝCH TURBÍN

Rozváděcí lopatky

Jejich provozní teplota se pohybuje v rozmezí 600 až 950°C
Maximální namáhání lopatek: 50 MPa
Materiál:
- Nerezavějící chromové oceli (až 12 % chromu
- Austenitické chromové oceli
- Speciální slitiny a speciální materiály odolávající vysokým teplotám

Oběžné lopatky

Provozní teploty jsou podobné jako u rozváděcích lopatek (550 až 900 °C)
Lopatky jsou ze stejných materiálů jako rozváděcí (nerezavějící chromové oceli)

Životnost:
Průmyslové turbíny: 50 000 až 100 000 hodin
Letecké motory: 1 000 až 5 000 hodin

Extrémně namáhaná součást -> Nutno brát v úvahu:
Namáhání na tah odstředivou silou

Namáhání na ohyb momentem výsledné síly a příslušného ramena
- Uvažovat o podstatném snížení pevnosti v tahu a v ohybu vlivem vysoké teploty (i pro předchozí bod)

Tečení za tepla
- Za každou provozní hodinu se lopatka trvale prodlouží

Chvění (kmitání)
- Zdroj nebezpečných únavových lomů
- Utržená jedna lopatka zničí celý rotor

Rotor

Průměrné provozní teploty: 200 až 600 °C
V různých místech jsou značné tepelné rozdíly

Obvykle jako výkovek
- Hřídel s nasazenými oběžnými koly nebo jako buben

Materiál:
- Perlitické oceli legované na vysokou teplotní odolnost
- Chromové a austenitické oceli

Přesně obroben
Pečlivě staticky a dynamický vyvážen

Skříň plynové turbíny

Průmyslové turbíny: Dvoudílný odlitek
Letecké turbíny: Těleso turbíny je lisováno z jednotlivých plechových částí a ty jsou pak navzájem svařeny
Materiály mají podobné složené jako materiály na odlitky

Plamenec spalovací komory

Provozní teploty: 700 až1 1 100 °C

Materiál:
Austenitická ocel
Speciální oceli z chromu, niklu, kobaltu

U leteckých motorů ještě někdy povlakován ze speciálních keramických materiálů

2.17.3.2 ROZDĚLENÍ PLYNOVÝCH TURBÍN

Expanze plynu v lopatkových kanálech může probíhat podobným způsobem jako u parních turbín
- Rovnotlaký způsob
- Přetlakový způsob
- Tlaková energie pracovního média se mění v kinetickou energii jak v rozváděčích tak v oběžných lopatkách

Spalovací plynová turbína

Turbína je připojená na spalovací komoru, z níž spaliny proudí přímo na oběžné lopatky

Plynová turbína
Spalovací komora má funkci výměníku
Ve spalovací komoře se ohřívá plyn, který pak expanduje v mezilopatkových kanálech turbíny
Oběžné lopatky nejsou v přímém styku se spalinami

Expanzní plynová turbína (Expandér)
Turbína musí být napojená na jiný zdroj tlakového plynu, který v ní bude expandovat
Nemá spalovací komoru, ani turbokompresor

2.17.3.3 PROVEDENÍ A POUŽITÍ PLYNOVÝCH TURBÍN

Stabilní elektrárenské plynové turbíny
Použití: Špičkové a záložní zdroje
Výhoda: Pohotovost (snadné a rychlé spuštění a odstavení)

Plynová turbína jako lokomotivní (hnací) jednotka
Spalovací turbína pohání turbokompresor současně přes převodovku dynamo (vyrobený stejnosměrný proud prohání trakční elektromotory)
V současné době se používají elektrické nebo disel-elektrický pohon

Plynová turbína pro silniční motorová vozidla
Spalovací turbína je dvou hřídelová podobně jako soustrojí na lodi (viz níže)

Plynová turbína pro lodě
Původně se používala spolu se vznětovým motorem
- Sloužila spolu s plnícím turbodmychadlem k přeplňování vznětového motoru -> Ke zvýšení jeho výkonu

Nyní se používá pouze plynová turbína
Výhodou je dvou hřídelové uspořádání (pohon turbokompresoru je oddělen od pohonu lodního šroubu)
Turbína má dvě části:
- Kompresorovou
- Trakční

Plynová turbína pro pohon turbokompresoru
Použití: Kompresorové stanice u tranzitních stanic plynovodů
Palivo:Dopravovaný zemní plyn

Plynová turbína pro přeplňování spalovacích motorů
Přeplněním lze zvýšit výkon o 30 až 100 %
Turbína je poháněná vystupujícími výfukovými plyny a pohání turbodmychadlo, které přeplňuje s určitým přetlakem válce spalovacího motoru
Použití: Převážně u vznětových motorů, ale lze i uplatnit i motorů zážehových (stabilní motory pro silniční, kolejová vozidla, i pro pohon lodí)
Vyrábí se v typizované řadě

Plynová turbína v letectví
Používá se jedno nebo dvou hřídelové uspořádání pro pohon turbovrtulových a proudových motorů
Životnost určitý počet letových hodin -> Potom MUSÍ být vyřazeny, ale lze je použít "na zemi" na pomocná zařízení (např. elektrárenské jednotky, rozmrazovací soustrojí, atd.)

Plynová turbína v v raketové technice
Nalezla široké uplatnění zejména pro pohon:
- Čerpadel k dopravě paliva a okysličovadla do raketového motoru
- Dalších pomocných částí rakety
Jako pracovní médium se většinou použije stlačený inertní plyn

Paroplynové oběhy se spalovací turbínou
Ve snaze o zvýšení účinnosti byly zkonstruovány paroplynové oběhy, kde spalovací komora má funkci topeniště parního generátoru
Spaliny jdou do spalovací turbíny, která pohání turbodmychadlo vhánějící vzduch do hořáků ve spalovací komoře
Teplo odcházejících spalin se využívá k předehřátí vody pro parní generátor

Plynová turbína v jaderné energetice
Místo ohřívací komory je možno u uzavřeného okruhu použít jiné zdroje tepelné energie, např. jaderného reaktoru -> Vznik kombinace zdroje tepelné energie se zařízením na výrobu elektrické energie
Dvouhřídelové uspořádání pro chlazení reaktoru, i když je elektrický generátor zcela odstaven

2.17.3.4 PALIVA PRO PLYNOVÉ TURBÍNY

Minimální požadavky na kvalitu paliva

Plynná paliva

Velmi vhodná
Výborná mísitelnost se vzduchem
Spaliny minimálně znečišťují olopatkování turbíny

Příklady paliv:

Zemní plyn
Výhřevnost: 35 MJ/m3

Vysokopecní plyn
Výhřevnost: 4 MJ/m3

Kapalná paliva

Vyrobena převážně z ropy
Někdy se vyrábí i kamenouhelného nebo hnědouhelného dehtu
Vhodná je i surová ropa

Často se používají i frakce surové ropy
- Lehký topný olej
- Zbytková paliva (mazut)

V těžkých frakcích (např. u mazutu) ropy se často vyskytuje Vanad, který způsobuje při teplotách 660 °C způsobuje vnitřní korozi lopatek
- Rychlost koroze roste se zvyšující se teplotou

Koroze se dá potlačit inhibitory, které se přidávají do paliv
- Cena inhibitorů je vysoká

Tuhá paliva

Způsobují potíže při odstraňování nespalitelných zbytků, které se lepí na lopatky
Nepřímo, lze zužitkovat tuhá paliva pro plynové turbíny tak, že se zplyní a získaný plyn se použije k pohonu

2.17.3.5 PROVOZ A REGULACE VÝKONU PLYNOVÝCH TURBÍN

Spouštění

Pro rozběh soustrojí je zapotřebí cizí zdroj energie
Musí se roztočit turbokompresor
Spouštěcím zdrojem může být:
- Třífázový asynchronní motor s rotorovým spouštěčem
- Malý spalovací motor
- Malá expanzní turbína

Po dosažení 20 až 25 % provozních otáček se pomocným zapalovacím zařízením zažehne plamen v hlavních hořácích spalovací komory
Spouštěcí čas turbín o středních výkonem je 5 až 10 minut

Zatěžování a odlehčení

Stabilní průmyslové turbíny lze od spuštění zatížit asi za 15 až 20 minut
Letecké turbíny lze zatížit podstatně dříve
Spouštěcí časy pro znovu spuštění již zahřáté turbíny jsou velmi krátké

Soustrojí, které je náhle odlehčeno má velký sklon k přetočení
Přetáčení je omezováno turbokompresorem, který má velký brzdící účinek
Alternátor automaticky zapíná brzdící odpory
- Nedovolení zvýšení otáček nad povolenou mez (o 10 až 20 % vyšší než provozní otáčky
- Při zvýšení otáček rychlouzávěr dostane pokyn k uzavření přívodu paliva do spalovací komory

Odstavení

Soustrojí se odstavuje odpojením alternátoru od sítě a uzavřením přívodu paliva
Soustrojí dobíhá setrvačností

Po doběhnutí se protáčí rotor elektromotorem
- Je to zábrana deformací rotoru vlivem nestejnoměrného chladnutí
- V činnosti je pomocné olejové čerpadlo

Promývání soustrojí

Při používání těžkých kapalných paliv se na lopatkách usazují nánosy
- Snižují účinnost turbíny
- Odstraňují se promýváním horkou vodou

Před promýváním musí být turbína vychlazena na nižší teplotu než 100°C

Spouštěčem se roztočí rotor a nechá se setrvačností doběhnout
- Při otáčejícím se rotoru se zvláštní soustavou trysek přivádí horká voda na lopatky

Celý proces je nutno několikrát zopakovat
Po skončení promývání se musí turbína odvodnit a vysušit

Chlazení

Velmi tepelně namáhané stroje
Na součástech, které pracují při teplotách 600 až 900 °C se projevuje tečení materiálu již při malém zatížení
Chladí se nejčastěji vzduchem
Chladící vzduch se mísí se spalinami před stupem do turbíny

Další způsoby chlazení:
Na tepelně namáhané díly neustále proudí tryskami nebo kanálky chladný vzduch
Dutými lopatkami nebo chladícími kanálky protéká chladný vzduch
- Veškerý chladný vzduch dodává turbokompresor -> Zvýšené nároky na jeho dimenzaci (vzduch je potřeba jak k hoření tak i ke chlazení)

Regulace výkonu

Způsoby regulace:
Množství paliva přiváděného do spalovací komory
Teplotou směsi (spaliny a vzduch) před vstupem do turbíny (směšovací poměr)

U leteckých turbín (proudové motory) lze krátkodobě zvýšit výkon přídavným spalováním dalšího paliva za oběžným kolem (forsáž) -> Zvýšení tahu

2.18 TRYSKOVÉ MOTORY

2.18.1 PROUDOVÉ MOTORY

Mohou být:

a) S kompresorem
Turbovrtulový
Tah je dán součtem tahu vrtule a tahu spalin v trysce

Proudový
Bez vrtulový
Celý tah je vyvíjen expanzí spalin v trysce

b) Bez kompresoru (náporové)

Forsáž
Krátkodobé zvýšení tahu
Provádí se:
- Dodatečné spalování přídavného paliva v trysce
- Vstříknutím vody před kompresor nebo do spalovací komory
- Místo vody lze použít peroxid vodíku

Turbovrtulový motor

Muže mít:
Jednu turbínu pohánějící turbokompresor a přes reduktor vrtuli
Dvě turbíny (dvouhřídelové uspořádání)-> Jedna turbína pohání kompresor a druhá přes reduktor vrtuli

Dvouproudové motory

Zvláštní druh dvouhřídelových proudových motorů
Expanze probíhá, ve dvou soustředěných tryskách
- Vnitřní tryska - expandují spaliny
- Vnější tryska - Expanduje vzduch

Náporové motory (athodydy)

Při pohybu letounu rychlostí nad 1,5 Machu je kompresor zbytečný, protože náporem se získá stlačený vzduch
- Rychlost 2 Machy vytvoří kompresní poměr e 4,5
- Rychlost 5 Machů vytvoří kompresní poměr e 29

V motoru není turbokompresor a spalovací turbína -> Motor je tvořen pouze spalovací komorou, z které vybíhá expanzní tryska
Motor musí být vybaven ještě jinou hnací jednotkou (např. proudovým motorem s kompresorem), která dodá letounu rychlost, aby mohl být spuštěn náporový motor

Pulsační motor

Zvláštní druh náporového motoru
Použití: Modelářství
Dokáže vyvinout tah i při nulové rychlosti letounu -> Start bez pomocné hnací jednotky
Ventilová mříž má velmi krátkou životnost (cyklické namáhání mříže a ventilů za vysokých provozních teplot)

2.18.2 RAKETOVÉ MOTORY

V podstatě tryskové motory (potřebný tah se vyvodí proudící spaliny v trysce)

Motory na tuhá paliva

Střelný prach, který je vylisován do tvaru dutého válce a vsunut do rakety
Použití:Pro krátkodobý velký tah s určitou velikostí
Lisovaná náplň hoří po celém povrchu
Pracovní tlak uvnitř spalovací komory je 5 až 15 MPa

Motory na kapalná paliva

Kapalná paliva mohou být:
- Jednosložková (směs paliva s okysličovadlem)
- Dvousložková (BEZPEČNĚJŠÍ - Palivo je odděleno od okysličovadla)

Paliva:
Uhlovodíky (benzín, alkoholy, anilin, ether)
Borovodík

Okysličovadla:
Kapalný kyslík
Peroxid vodíku
Kyselina dusičná
Oxid dusičitý
Fluor
Tetranitromethan

Palivo a okysličovadla se do motoru dopravují:
Přetlakem vhodného netečného (inertního plynu)
Čerpadly poháněnými expanzními plynovými turbínami
Turbíny jsou poháněny:
- Stlačeným plynem
- Spalinami vznikající ve spalovací komoře motoru
- Spalinami získanými spalováním vhodného paliva k pohonu těchto turbín

Palivo a okysličovadlo se mísí až ve spalovací komoře motoru
Obě látky se rozprašují soustavou trysek v tzv. rozprašovači
Množství paliva a okysličovadla je dávkováno automatickými ventily

Zážeh raketových motorů:
Elektrická jiskra v pomocné zážehové komoře
Pyrotechnická roznětka
Vstřik samozápalného paliva do spalovací komory
Chemickou reakcí (katalyticky)

2.18.2.1 POUŽITÍ RAKETOVÝCH MOTORŮ

Pohon:
Meziplanetárních raket, vesmírných laboratoří, družic (telekomunikačních, meteorologických, výzkumných, vojenských, atd), výškových radiosond
Letounů s nadzvukovými rychlostmi (např. kombinace raketového a náporového motoru)
Raketových střel ve vojenské technice
Signálních raket a raket pro ohňostroj

Zkrácení startovací dráhy proudových letounů (krátká letiště)

Zjišťování kmitů:
Vysokých staveb (televizní věže, komíny, vysílače, atd) vlivem nárazového větru
Mostovek při dynamickém zatížení

Modelování účinků:
Bočního větru na jedoucí motorové vozidlo
Průjezdu vlaku b extrémně namáhaných místech železničního svršku (oblouky na mostcích)

Urychlovací rakety k deformačním zkouškám motorových vozidel