Upload
trinhkhue
View
217
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
SVEUĈILIŠTE U RIJECI
TEHNIČKI FAKULTET Sveuĉilišni preddiplomski studij strojarstva
Završni rad
TERMODINAMIČKI PRORAČUN PARNOG STROJA SNAGE
150Kw
Rijeka, srpanj, 2015. Nino Demarin
0069046532
SVEUĈILIŠTE U RIJECI
TEHNIČKI FAKULTET Sveuĉilišni preddiplomski studij strojarstva
Završni rad
TERMODINAMIČKI PRORAČUN PARNOG STROJA SNAGE
150Kw
MENTOR: RED. PROF. DR. SC. BERNARD FRANKOVIĆ
Rijeka, srpanj, 2015. Nino Demarin
0069046532
IZJAVA
Sukladno ĉlanku 11. Pravilnika o završnom radu i završnom ispitu na
preddiplomskom sveuĉilišnom studiju Tehniĉkog fakulteta Sveuĉilišta u Rijeci, izjavljujem da
sam samostalno izradio završni rad prema zadatku broj 602-04/15-01/121 od 16.03.2015.
Nino Demarin, 0069046532
-----------------------------------
(potpis)
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentoru prof. dr. sc. Bernardu Frankoviću na strpljenju, pomoći i vodstu
prilikom izrade ovog rada.
Zahvaljujem se g. Miletu Bosniću i g. Milanu Maljkoviću koji su mi omogućili da se iz prve
ruke upoznam sa postrojenjem obrađenim u završnom radu.
Najveće hvala svojim roditeljima na velikoj podršci i razumijevanju prilikom trajanja studija i
pisanja ovog završnog rada.
SADRŢAJ
I. POPIS SLIKA ......................................................................................................................... 1
II. POPIS TABLICA .................................................................................................................. 2
III. POPIS OZNAKA ................................................................................................................. 3
1. UVOD .................................................................................................................................... 4
2. RAZVOJ PARNOG STROJA ............................................................................................... 5
2.1 Povijesni razvoj parnog stroja .......................................................................................... 5
2.2 Parni stroj i dijelovi parnog stroja .................................................................................... 6
2.3 Prikaz rada parnog stroja ................................................................................................ 10
3. BIOMASA KAO GORIVO ................................................................................................. 13
3.1 Utjecaj na okoliš ............................................................................................................. 16
4. STROJNI PARK PILANA BRINJE .................................................................................... 18
5. TEORIJSKE OSNOVE PRORAĈUNA .............................................................................. 22
5.1 Kinematika parnog stroja ............................................................................................... 22
5.1.1 Jednadţba puta stapa ............................................................................................... 22
5.1.2 Jednadţba brzine stapa ............................................................................................ 23
5.1.3 Jednadţba akceleracije stapa ................................................................................... 24
5.1.4 Stroj sa beskonaĉno dugom ojnicom ....................................................................... 25
5.2 Dinamika stapnog parnog stroja ..................................................................................... 26
5.2.1 Ujednaĉenje hoda i zamašnjaka .............................................................................. 28
5.3 Proraĉun stabilnog parnog stroja .................................................................................... 32
6. PRORAĈUN SNAGE PARNOG STROJA PILANE BRINJE ........................................... 34
7. ZAKLJUĈAK ...................................................................................................................... 36
8. LITERATURA ..................................................................................................................... 37
1
I. POPIS SLIKA
Slika 1: Dvoradni parni stroj
Slika 2: Zamašnjak parnog stroja
Slika 3: Vertikalni i horizontalni parni stroj
Slika 4: Parni stroj Jamesa Watta (1790.g)
Slika 5: Prvi parobrod i prva parna lokomotiva
Slika 6: Prikaz parnog motora sa kotlom za dobivanje pare
Slika 7: Prikaz naĉina dovoĊenja i odvoĊenja pare u cilindar
Slika 8: Prikaz zamašnjaka kod horizontalnog parnog stroja
Slika 9: Peleti i brisketi
Slika 10: Ostaci i otpaci iz poljoprivrede kao bio masa
Slika 11: Ilustracija dobivanja bioplina iz ţivotinjskih fekalija
Slika 12: Biomasa iz parkova i mulj iz kolektora otpadnih voda
Slika 13: Kumulativna CO2 neutralnost
Slika 14: Prikaz parnog stroja u pilani brinje
Slika 15: Ventili i cijevi potrebni za pogon
Slika 16: Rastavljeni elektriĉni generator
Slika 17: Elektriĉni generator 75kW i pregrijaĉ pare
Slika 18: Pregrijaĉ pare i logo proizvoĊaĉa
Slika 19: Komora izgaranja s isparivaĉem i radno vratilo
Slika 20: Prikaz zamašnjaka i leţajeva
Slika 21: Prikaz zamašnjaka i sigurnosnog ventila (12 bar)
Slika 22: Prikaz kljuĉnih toĉaka pri radu stroja
Slika 23: Brix i Schorchoff metoda
Slika 24: Dijagram brzina i akceleracija stapa parnog stroja
Slika 25: Dijagram dinamike stapnog parnog stroja
Slika 26: Indikatorski dijagram, dijagram pretlaka i dijagram regulirajućih sila
Slika 27: Indikatorski dijagram
2
II. POPIS TABLICA
Tablica 1: Prednosti i nedostatci bio mase za okoliš
Tablica 2: Podatci za iskoristivost
3
III. POPIS OZNAKA
𝐿 – Duţina ojnice (mm)
𝑥 − Kod kretanja (mm)
𝑣 − Obodna brzina ruĉice (m/s)
𝑛 – Broja okretaja (m-1
)
𝑐 – Brzina stapa (m/s)
𝜔 – Kutna brzina ojnice (rad/sec)
𝑎,, – Akceleracija stapa (m/s2)
𝑆 – Sila upravljena u smjeru osi ojnice (N)
𝑁 – Sila koja opterećuje vodilice krizne glave (N)
𝑇 – Obodna komponenta sile S (N)
𝑅 – Radijalna komponenata sile S (N)
𝑃 – Sila u pravcu stapajice (N)
𝑊 – Otpor u obliku tangencijalne sile (N)
𝐹 – Korisna površina stapa (mm2)
𝑀 – Masa vijenca (kg)
𝑝𝑖𝑚 – Srednji indicirani tlak (Pa)
𝐴 – Radnja inercijskih masa
𝛿𝑠 − Stupanj nejednolikosti
𝑍 – Broj cilindara
𝑑 – Promjer cilindra (mm)
𝑁𝑒 – Efektivna snaga (KS)
𝐶𝑚 − Faktor srednje stapne brzine (m/sek)
𝜂𝑚 − Mehaniĉki stupanj djelovanja
𝜂𝑚𝑖 − Mehaniĉki stupanj djelovanja za ispušne strojeve
𝜂𝑚𝑘 − Mehaniĉki stupanj djelovanja za kondenzacione strojeve
4
1. UVOD
Kroz povijest ĉovjek je nastojao usmjeriti sile prirode u svoju korist te njihovo
djelovanje pretvoriti u koristan rad. Najprije je ukrotio ţivotinje i koristio njihovu snagu, a
zatim je iskoristio vodu i snagu vjetra.
Do 18. stoljeća civilizacija se razvija na bazi ljudske i ţivotinjske energije, te na
kinetiĉkoj energiji vjetra i vode, dok se toplinska energija koristila samo za zagrijavanje.
Moţemo reći da se do otkrića parnog stroja, razvoj ljudske civilizacije u potpunosti temeljio
na obnovljivim izvorima energije, te da korištenjem obnovljivih izvora energije ne narušava
prirodna ravnoteţa. Ubrzani razvoj ljudske civilizacije nastaje tek kada je ĉovjek toplinsku
energiju poĉeo pretvarati u koristan rad, što mehaniĉki što neki drugi.
Potreba za povećanjem opsega proizvodnje (rudnici, metalurgija, tekstilna
industrija…) dovela je da se u Engleskoj u 18. stoljeću javila potreba za novim pogonskim
strojevima, veće snage i izlazne energije a isto tako osiguravali bi pouzdan i neprekidan rad.
Izum parnoga stroja (T. Savery, T. Newcomen, J. Watt) s kojim je zapoĉelo doba uporabe
vodene pare za dobivanje korisnog rada omogućio je da se ispune sva potraţivanja za
korisnom energijom u industriji. Niti jedno otkriće nije izazvalo tako revolucionarne
promjene kao izum parnog stroja. Daljnjim razvojem i usavršavanjem dovelo je do povećanja
snage i efikasnosti parnoga stroja. Parni strojevi su pokretali brodove, lokomotive, tvorniĉke
strojeve no pojavom motora sa unutrašnjim izgaranjem, kod kojeg se energija dobivena
izgaranjem nafte ili benzina pretvara direktno u mehaniĉki rad, bez vodene pare, parni strojevi
izgubili su na vaţnosti. Njihova primjena danas je u veoma malom postotku.
U ovome radu napravljena je analize jednoga parnoga stroja koji nije više u uporabi a
proizveden je davne 1940 godine.
5
2. RAZVOJ PARNOG STROJA
2.1 Povijesni razvoj parnog stroja
Jedna od reĉenica koja se uvijek veţe uz parni stroj je industrijska revolucija. Ona
predstavlja prevrat u naĉinu proizvodnje koji je izazvan izumom i primjenom novih radnih
strojeva koji su omogućili organizaciju proizvodnje u velikim razmjerima.
1733. John Kay izumio je „leteći“ ĉunak (flying shuttle) ĉime je zapoĉela industrijska
revolucija u engleskoj tekstilnoj industriji. John Kay izum pridonio je udvostruĉenju radnog
uĉinka tkalaca. Taj izum doveo je do potrebe za poboljšanjem tehnike predenja. Problem su
riješili Hargreavesovi strojevi, koji su omogućivali istodobno posluţivanje više vretena
(jenny, 1760), odnosno predenje 12 do 18 niti (spinning jenny, 1767), te Arkwrightov stroj za
predenje na vodeni pogon (water frame, 1769). Daljnjim su izumima prošireni kapaciteti
tkaonica i povećana je proizvodnja.
Otkriće parnoga stroja J. Watta (patent 1769) dan je snaţan poticaj industrijskoj
revoluciji te se parni stroj poĉeo primjenjivati u industriji u velikom postotku. Time je
industriju oslobodio od izravne ovisnosti o prirodnim izvorima energije. 1772. godine u
Londonu je proradila prva tvornica na parni pogon, dok je u Hrvatskoj prvi put parni stroj
primijenjen 1835. u Rijeci.
Parni pogon se proširio na gotovo sve grane proizvodnje, a najviše je pridonijelo
kopnenom i pomorskom prometu gdje je došlo do prave revolucije. Tada je Robert Fulton
1807. sagradio prvi parobrod, a George Stephenson 1814. prvu parnu lokomotivu. Prva pruga
javnog ţeljezniĉkog prometa bila je Darlington-Stockton, koja je pustena u promet
18. 9. 1825. U Hrvatskoj je 1862. otvorena ţeljezniĉka pruga Sisak–Zagreb–Zidani Most.
Ubrzan razvoj prometa doveo je do potreba za povećanjem je povećanjem proizvodnje
ţeljeza i ĉelika. Razvoj metalurgije doţivio je procvat primjenom pranog stroja u istoj, pa je
parni stroj utjecao na strojogradnju te razvoj strojeva za proizvodnju strojeva. Izumljeni su
novi nacini i strojevi za dobivanje ĉelika i ĉeliĉnih poluproizvoda – pudlovanje, valjanje,
Bessemerova peć (1856.), Siemens-Martinova peć (1864.) i dr.
6
Industrijskom revolucijom omogućene su velike stvari, prvenstveno velik gospodarski
napredak, ali je uzrokovala i velike socijalne neprilike. UvoĊenjem strojeva i automatizacijom
proizvodnje velik je broj radnika ostao bez posla, te je došlo do radniĉkih prosvjeda protiv
uvoĊenja strojeva i zalaganje za njihovim uništavanjem. Potkraj 19. i u prvim desetljećima
20. stoljeća takoĊer je došlo do novih industrijskih revolucija odnosno znaĉajnih pomaka u
razvoju industrije. Neki od njih su otkriće elektromotora, dalekovodne mreţe i trofazne
struje. Time je omogućena široka primjena elektriĉne energije u industriji. Razvoj u kemijskoj
industriji i pojava motora s unutarnjim izgaranjem doveli su do nagloga razvoja petrokemijske
industrije i cestovnoga prometa.
Najnovija industrijska revolucija koja se naziva još trećom industrijskom revolucijom
podrazumijeva znanstveno-tehnološki razvoj a zapoĉinje polovicom 20. stoljeća. Temelj je
postavila na kompjutorizaciji i robotizaciji proizvodnih i komunikacijskih procesa, primjeni
nuklearne energije za dobivanje korisnih uĉinaka. Sve su se više poĉeli upotrebljavati sintetski
i polimerni materijali te je došlo do razvoja biotehnologije.
U Hrvatskoj, industrijska revolucija poĉela polovicom19. stoljeća a velik zamah dobila
je izmeĊu 1950ih godina te 1975ih godina. Nakon toga perioda sve se više poĉelo govoriti o
deindustrijalizaciji, premda se postojeća industrija preustrojava u skladu s novim teţnjama
znanstveno-tehnološkog.
2.2 Parni stroj i dijelovi parnog stroja
Parni stroj je toplinski stroj koji energiju vodene pare pretvara u mehaniĉki rad.
Konstrukcijskom izvedbom pripada stapnim strojevima. Para se proizvodi u kotlu gdje se
voda ugrijava do toĉke isparavanja te se para dovodi u cilindar. U cilindru se obavlja rad
djelovanjem tlaka na jednu stranu stapa, tada se radi o jednoradnom parnom stroju, ili
naizmjence na jednu pa na drugu stranu stapa, potiskujući stap naprijed natrag, tada se radi o
dvoradnom parnom stroju.
7
Slika 1 Dvoradni parni stroj
(1-klip, 2-stapajica, 3-kriţna glava, 4-ojnica, 5-osno koljeno, 6-koljenasta osovina, 7 -
zamašnjak klizna papuĉa, 8-klizalica, 9-klizna papuĉa)
Radni ciklus jednoradnoga parnog stroja zapoĉinje kada se stap nalazi u gornjem,
takozvanom mrtvom poloţaju, u tome trenutku otvoren je dovod pare , dok je odvod pare
zatvoren. Djelovanjem tlaka koji je posljedica pare stap se pomiĉe do donjega mrtvog
poloţaja, te se u tome trenutku zatvara dovod pare, dok se odvod pare otvara
Istiskivanje preostale pare iz cilindra, te vraćanje stapa u prvobitan poloţaj osigurava
se pomoću zamašnjaka. To je teški ţeljezni kotac koji svojim inercijom osigurava energiju
potrebnu za navedene radnje (slika 2 )
Slika 2 Zamašnjak parnog stroja
Kod dvoradnoga stroja omogućeno je naizmjeniĉno uvoĊenje pare sa jedne i sa druge strane
stapa što je omogućeno konstrukcijom cilindra.
8
Za istiskivanje pare nije potrebno koristiti energiju od zamašnjaka, ali se isti ipak koristi za
postizanje jednakomjernoga rada stroja.
Pravocrtno kretanje stapa izmeĊu krajnjih poloţaja u cilindru, najĉešće se pretvara u
rotacijsko gibanje pogonskoga vratila. Tome sluţi mehanizam koji se sastoji od poluge vezane
za stap (stapajnica), kriţne glave s kliznom papuĉom, te ojnice, koja je na jednoj strani
zglobno povezana s kriţnom glavom, a na drugoj s koljenastim vratilom . Radom razvodnika,
tj. dovoĊenjem i odvoĊenjem pare iz cilindra, upravlja ekscentar priĉvršćen na koljenasto
vratilo. Takav jednocilindriĉan stroj sa stapom u mrtvom poloţaju ne moţe se sam pokrenuti,
pa se ĉesto izvode strojevi kod kojih na istom koljenastom vratilu rade dva ili više
cilindara (višecilindriĉni stroj), kojima su ojnice meĊusobno prostorno zakrenute. [10]
Razlikujemo dvije vrste parnih strojeva. Ispušni parni strojevi izbacuju paru iz cilindra
u atmosferu, dok se kod kondenzacijskih strojeva, nakon što para obavi svoju funkciju,
odnosno kada obavi rad u cilindru, kondenzira se u kondenzatoru te se osigurava kruţni
proces. Sa obzirom na poloţaj središnje osi stapa i cilindra, razlikujemo vertikalan odnosno
stojeći parni stroj ili horizontalan odnosno leţeći parni stroj. [10]
Slika 3 Vertikalni i horizontalni parni stroj [2]
9
Već u starome vijeku su bila poznata svojstva i djelovanje vodene pare. Već u prvom
stoljeću prije Krista, Heron Aleksandrijski konstruirao razliĉite ureĊaje koji su bili pogonjeni
vrućom parom. Protekla su stoljeća do pojave prvog stroja nalik parnome stroju, odnosno
potkraj 17 stoljeća D. Papin konstruirao je prvi stroj koji je sliĉio na parni stroj. Prve korisne
parne strojeve konstruirali su engleski inţenjeri Thomas Savery i Thomas Newcomen, a prvi
parni stroj sliĉan suvremenim parnim strojevima izradio je J. Watt u drugoj polovici 18.
stoljeća.
Slika 4 Parni stroj Jamesa Watta (1790.g) [3]
1807. godine (R.Fulton) parni stroj je upotrjebljen za pokretanje prvog komercijalnog
parobroda, a malo kasnije za pokretanje parne lokomotive (G.Stephenson)
Slika 5 prvi parobrod [5] i prva parna lokomotiva [4]
10
U poĉetku su rabljeni tlakovi pare jedva viši od atmosferskog (oko 103kPa). Na
prijelazu iz 19. stoljeća u 20.stoljeće Richard Trevithick je izradio visokotlaĉne parne strojeve
(207kPa) , a 1815. ameriĉki izumitelj Oliver Evans poĉeo je praviti parne strojeve s tlakovima
od pribliţno 1400kPa. Današnji parni strojevi raspolaţu tlakovima višima od 7000 kPa.
Iako su danas parne strojeve zamijenile parne turbine i motori s unutarnjim izgaranjem
koji su daleko većih izlaznih snaga, većega stupnja iskoristivosti i manje mase, parni se
strojevi i dan danas u nekim zemljama upotrbljavaju, posebice za pokretanje lokomotiva.
Danas se uporaba parnoga stroja razvija za iskorištavanje alternativnih energetskih izvora
(npr. biomase) u podruĉju malih strojeva većih izlaznih snaga, kao i za pokretna postrojenja.
2.3 Prikaz rada parnog stroja
Na slici je prikazan proces rada parnog stroja. Prikazani su osnovni elementi jednog
horizontalnog parnog stroja te njihove funkcije. Strelicama je prikazano gibanje koje se
dešava kao posljedica prethodnog gibanja.
Unutar parnog motora para se dobiva od kljuĉajuće vode u kotlu
Slika 6 Prikaz parnog motora sa kotlom za dobivanje pare
Na slici 4 je prikazan kotao za zagrijavanje vode do plinovitog stanja. Para zatim
dolazi do dijela gdje se grana slika odnosnu ulazi u cilindar
11
Kada je otvorena jedna grana klip se giba u jednom smjeru (slika d) zatim se
pomoću ekscentra u odreĊenom trenutku pomiĉe u drugom smjeru (Slika e) te se
klip giba suprotno (slika f)
Pritisak koji je nastao zbog širenja pare uzrokuje pomicanje klipa u cilindru kao
translacijsko gibanje.
Klip je preko štapa povezan sa zamašnjakom koji regulira otvaranje i zatvaranje
dovoda pare u cilindar
Slika 7 Prikaz načina dovođenja i odvođenja pare u
cilindar
d) e)
f) g)
h) i)
12
Slika 8 Prikaz zamašnjaka kod horizontalnog parnog stroja [9]
13
3. BIOMASA KAO GORIVO
Kada kaţemo biomasa mislimo na ţivu ili donedavno ţivu materiju, ţivotinjskog ili
biljnog porijekla, koju moţemo iskoristiti za gorivo ili za industrijsku proizvodnju.
Biomasa se najĉešće koristi kao energija za grijanje, kuhanje ili zagrijavanje tople vode,
ali se sve više koristi i u proizvodnji elektriĉne energije i zagrijavanje. Biomasa se danas sve
više i više koristi za proizvodnju biogoriva koje još nazivaju i gorivom budućnosti. Biomasa
spada u kategoriju obnovljivih izvora energije. Općenito se dijeli na drvnu, ne drvnu i
ţivotinjski otpad, unutar ĉega se mogu razlikovati:[6]
Drvna biomasa:
Ostaci i otpad nastao pri piljenju, brušenju, blanjanju...
Ĉesto je to otpad koji opterećuje poslovanje drvno-preraĊivaĉke tvrtke
Sluţi kao gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, brikete, pelete
Jeftinije je i kvalitetnije gorivo od šumske biomase
Postoje razliĉiti naĉini za dobivanje biomase iz drveta. Najĉešće se upotrebljava
biomasa dobivena iz šuma u što spada masa nastala odrţavanjem šuma te kontroliranom
sjeĉom. U nešto manjoj mjeri prisutna je biomasa koja je dobivena iz drvne industrije kao
ostatak od obrade drveta (piljenje, hoblanje…). Ĉesta biomasa koja se koristi na bazi drveta
su peleti i briketi. Oni nastaju prešanjem usitnjenog drvnog otpada. Prilikom obrade drvne
mase izgubi se oko 35 - 40% od sirovine na poĉetku procesa proizvodnje, dok se za neke
proizvode otpad penje i do 65% (parket) [7]
Slika 9 Peleti i brisketi
14
Otpad i ostaci iz poljoprivrede:
Slama, oklasak, kukuruzovina, koštice, ljuske, stabljike...
To je heterogena biomasa razliĉitih svojstava
Ima nisku ogrjevnu moć zbog velikog postotka vlage i raznih primjesa (klor!)
PreraĊuje se baliranjem, peletiranjem, prešanjem
Pouĉeni iskustvom razvijenih zemalja, osobito Danske, gdje i instalirana elektrana na
ţitarice 450MW, dolazimo do zakljuĉka kako se radi o energiji koju se ne bi trebalo
zanemarivati. Slijedeći primjer nam govori zašto je to tako. Nakon berbe kukuruza na
obraĊenom zemljištu ostaje kukuruzovina, stabljika s lišćem, oklasak i komušina. Znamo
kako je prosjeĉni omjer zrna i mase (tzv. ţetveni omjer) 53% : 47%, a iz toga proizlazi kako
biomase ima gotovo koliko i zrna. Ako se razluĉe kuruzovina i oklasak, tada je njihov omjer u
prosjeku 82% :18%, odnosno na proizvedenu 1 t zrna kukuruza dobijemo i 0,89 t biomase
kukuruza koju ĉine 0,71 t kukuruzovine i 0,18 t oklaskadesporno je da se nastala biomasa
mora prvenstveno vraćati u zemlju, odnosno preporuĉuje se zaoravanje 30 - 50% te mase, što
znaĉi da za energetsku upotrebu ostaje minimalno 30%. [7]
Slika 10 Ostaci i otpaci iz poljoprivrede kao bio masa
15
Ostaci i otpad ţivotinjskog porijekla:
Anaerobna fermentacija (izmet za sve vrste ţivotinja te zelena masa)
Spaljivanjem (lešine sa peradarskih farmi)
Bioplin (60% metana, 35% CO2 te 5% smjese vodika, dušika, amonijaka,
sumporovodika, CO, kisika i vodene pare)
Slika 11 Ilustracija dobivanja bioplina iz životinjskih fekalija
Otpadna biomasa:
Zeleni dio kućnog otpada
Biomasa iz parkova i vrtova s urbanih površina
Mulj iz kolektora otpadnih voda
Slika 12 Biomasa iz parkova i mulj iz kolektora otpadnih voda
16
Danas se najĉešće koristi drvna masa koja je nastala kao sporedni proizvod ili otpad te
ostaci koji se ne mogu više iskoristiti. Tako dobivena biomasa moţe se iskoristiti za gorivo u
tvornicama koje proizvode elektriĉnu i toplinsku energiju. Moguće ju je preraĊivati u
plinovita i tekuća goriva za primjenu u vozilima i kućanstvima kao što je na primjer biodizel.
3.1 Utjecaj na okoliš
Biomasa podrazumijeva zatvoren ugljiĉni krug. Ugljik iz atmosfere se sprema u biljke
a prilikom spaljivanja, odnosno izgaranja biomase ugljik ponovo odlazi u atmosferu
kao ugljiĉni dioksid (CO2). Dokle god se poštuje geslo „zasadi koliko si posjekao“ odnosno
princip obnovljivog razvoja, ovakav oblik dobivanja energije neće imati većeg djelovanja na
okoliš.
Dokle god se poštuje pravilo zasadi koliko si posjekao, biomasa se smatra obnovljivim
izvorom energije i ĉesto se naziva ugljiĉno neutralno gorivo. U koliko se poremeti ravnoteţa
sjeĉe i saĊenja drveća, na primjer kod nekontroliranog krĉenja šuma ono ipak moţe
doprinijeti globalnom zagrijavanju. Izgaranjem biomase kao i kod fosilnih goriva, ispušta se
jednaka koliĉina CO2 u atmosferu. Ugljik koji u biomasi tvori otprilike 50 % njezine mase je
već dio atmosferskog ugljiĉnog kruga. Biomasa apsorbira CO2 tijekom svojeg ţivota te ga
vraća natrag u atmosferu kad se koristi kao gorivo. Razlika izmeĊu biomasa i fosilnih goriva
je ta što je kod fosilnih goriva ugljik bio zarobljen u takozvanim spremnicima te se
izgaranjem ispušta u atmosferu.
Tablica 1 prednosti i nedostatci bio mase za okoliš
Prednosti Nedostaci
-Rasprostranjene raspoloţive koliĉine.
-Obnovljivi izvor energije.
-Moţe se koristiti u obliku ĉvrstoga, - tekućega
ili plinovita goriva.
-Male emisije u atmosferu.
-Obzirom na emisiju CO2 smatra se neutralnim
izvorom.
-Potrebne su velike površine za obnovu utrošene
biomase.
-Procesi sakupljanja, transporta i obrade
biomase produciraju emisiju u okoliš.
-Tehnologija korištenja biomase u velikim
energetskim sustavima još je u fazi razvoja.
17
Na primjeru drveta prikazana je kumulativna CO2 neutralnost (u koliko je sjeća
usklaĊena sa prirastom što je ekološki prihvatljivo)
Slika 13 Kumulativna CO2 neutralnost (ukoliko je sječa usklađena sa prirastom –
ekološki prihvatljivo)
18
4. STROJNI PARK PILANA BRINJE
Lokomobil proizvoĊaĉa Guttler&CO, broj 2549 iz 1940, kao nov i nerabljen iste je
godine montiran i pušten u pogon za potrebe pilane obitelji Parac u Brinju. Korišten je kao
pogonski stroj za gater te za druge strojeve pilane odnosno za pogon elektriĉnog generatora
maĊarske proizvodnje Ganz, snage 75kW, za proizvodnju elektriĉne energije (od 1940. do
1970t-ih). Uz to pokretao je još dva cirkulara, štucer i ĉetiri mlina za ţito. Ujedno je
proizvedena elektriĉna energija korištena za javnu i privatnu rasvjetu u Brinju (od 1949. do
1962).
Slika 14 Prikaz parnog stroja u pilani brinje
Parni je stroj napajao strujom Brinje sve do dolaska dalekovoda 1975. Na stroju se radilo
u dvije smjene, a dva do tri mjeseca godišnje i u tri smjene. U pilani je radilo u jednom trenutku
i do dvjestotinjak ljudi. Lokomobil je za proizvodnju elektriĉne energije bio u dnevnoj funkciji
od 6 do 23 sata.
Slika 15 Ventili i cijevi potrebni za pogon
Za potrebe proizvodnje pare parni stro je je bio u pogonu samo u prvoj smjeni od 6
do 14 sati.
19
Slika 16 Rastavljeni električni generator
Stroj je imao prirodnu cirkulaciju zraka, koja se je u sluĉaju lošeg vremena, odnosno
slabijeg gorenja poboljšavala otvaranjem rupe u podu prostorije u kojoj se nalazio. Visak pare
koristio se za parenje bukve te za zagrijavanje napojne vode.
Slika 17 Električni generator 75 Kw (lijevo) i pregrijač pare (desno)
Nakon što je pilana izgorjela u poţaru sedamdesetih godina 20. stoljeća (1975.godine)
stroj radi samo za parenje bukve, a 2004. prestaje s radom cijela pilana pa tako i stroj. Prostorija
je dimenzija 14,8x5,5m sa skošenim krovom koji je na jednoj strani visok 5,6m dok je na niţoj
strani 4,2m. Parni stroj je duţine 8,25m, širina kotla je 1,7m dok mu je visina 3,2m otvor za
loţenje je u podu ispred stroja te je dimenzija 1x0,8m. Dimnjak se nalazi vani u blizini prednjeg
lijevog kuta prostorije i visine je 30m, a promjera 0,6m. Silos je smješten na vanjski desni zid
prostorije te je visok 25m, a promjera 5m.
20
Slika 18 Pregrijač pare i logo proizvođača
Stap je preko kriţne glave koja je voĊena kliznim stazama povezan sa radnim vratilom, na
kojemu se nalazi zamašnjak, a uleţišteno je sa dva leţaja te na ĉijim se krajevima nalaze velike
remenice promjera sedam metara za pokretanje elektriĉnog generatora i gatera. Kotao je
veliĉine 45m2.
Slika 19 Komora izgaranja s isparivačem i pogonsko vratilo
Para koja je izlazila iz kotla koristila se za zagrijavanje napojne vode. Pregrijaĉ pare sastoji
se od bešavnih cijevi promjera 30mm. Na desnom djelu parnog stroja nalazi se komora
izgaranja koja se prostire do polovice kotla.
21
Slika 20 Prikaz zamašnjaka i ležajeva
Lijevo od komore za izgaranje nalazi se isparivaĉ koji je napravljen od ravnih cijevi
promjera 45mm kroz kojih prolazi toplina, a sve okolo je voda, dok se krajnje lijevo nalazi
pregrijaĉ pare.
Slika 21 Prikaz zamašnjaka i sigurnosnog ventila (12 bar)
Na vrhu kotla nalazi se olovni osiguraĉ. Olovna ploĉa promjera 20cm, debela 2cm
koja bi se u sluĉaju velikog povećanja temperature trebala rastopiti i sprijeĉiti eksploziju
kotla. Ploĉa se nalazi na plafonu komore izgaranja. Vodu napaja klipna pumpa, koja je preko
prijenosa spojena sa radnim vratilo.
Stacionarni lokomobil Guttler&CO, Wroclav, broj 2549, Poljska, Lika, Brinje,
iznimno je znaĉajan kao saĉuvani primjer pogonskog stroja na paru iz prve polovice 20.
stoljeća. U Hrvatskoj je broj oĉuvanih lokomobila (pokretnih i nepokretnih) iznimno malen (
manji od 10), a lokomobil u Brinju ima poseban znaĉaj za lokalnu zajednicu te je stavljen pod
zaštitu kao dio tehniĉkog kulturnog dobra.
22
5. TEORIJSKE OSNOVE PRORAČUNA
5.1 Kinematika parnog stroja
U ovom poglavlju dane su formule za proraĉun kinematike parnog stroja.
5.1.1 Jednadžba puta stapa
𝑅
𝐿= 𝜒
Slika 22 Prikaz ključnih točaka pri radu stroja [8]
Kod polaznog kretanja: 𝑥 = 𝑅 − 𝑅 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝐷𝐶
Kod povratnog kretanja: 𝑥 = 𝑅 − 𝑅 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝐷𝐶
Lukovi PD i QD opisani su duţinom ojnice L
U oba sluĉaja:
𝐷𝐶 = 𝐿 − 𝐿2 − 𝑅2 ∙ 𝑠𝑖𝑛2𝛼
𝐷𝐶 = 𝐿 ∙ (1 − 1 − 𝜒2 ∙ 𝑠𝑖𝑛2𝛼
Ili pribliţno:
𝐷𝐶 = 𝐿 ∙ 1 − 1 +𝜒2
2𝑠𝑖𝑛2𝛼 =
𝜒2
2∙ 𝑅 ∙ 𝑠𝑖𝑛2𝛼
(1)
(2)
(3)
23
Postoje dvije metode za oĉitavanje x [8]:
Slika 23 a) Brix b) Schorchoff [8]
5.1.2 Jednadžba brzine stapa
Obodna brzina ruĉice:
𝑣 =𝑅 ∙ 𝜋 ∙ 𝑛
30= 𝑅 ∙ 𝜔 = 𝑅
𝑑𝛼
𝑑𝑡
𝑑𝛼
𝑑𝑡=𝑣
𝑅
Brzina stapa:
𝑐 = 𝑥 , =𝑑𝑥
𝑑𝑡=𝑑𝑥
𝑑𝑡∙𝑑𝛼
𝑑𝑡=𝑣
𝑅∙𝑑𝑥
𝑑𝛼
𝑥 = 𝑅 − 𝑅 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 ∓𝜒
2∙ 𝑅 ∙ 𝑠𝑖𝑛2𝛼
𝑑𝑥
𝑑𝛼= 𝑅 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛼 ∓
𝜒
2∙ 𝑅 ∙ 2𝑠𝑖𝑛𝛼 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 𝑅 ∙ (𝑠𝑖𝑛𝛼 ∓
𝜒
2∙ 𝑠𝑖𝑛2𝛼)
𝑥 , = 𝑣 ∙ (𝑠𝑖𝑛𝛼 ∓𝜒
2∙ 𝑠𝑖𝑛2𝛼)
Za mrtve poloţaje 𝛼 = 0°,𝛼 = 180° → 𝑥 , = 0
Maksimalna brzina postiţe se tamo gdje je:
𝑑𝑥
𝑑𝛼= 0 = 𝑣 ∙ (𝑐𝑜𝑠𝛼 ∓
𝜒
2∙ 2𝑐𝑜𝑠2𝛼)
Ako bi ovaj uvjet bio ispunjen, mora biti:
𝑐𝑜𝑠𝛼 = ∓𝜒 ∙ 𝑐𝑜𝑠2𝛼
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
24
Izraz 𝑐𝑜𝑠2𝛼 moţemo pisati:
𝑐𝑜𝑠2𝛼 = 2𝑐𝑜𝑠2𝛼 − 1
Pa je:
𝑐𝑜𝑠𝛼 = ∓𝜒 ∙ (2𝑐𝑜𝑠2𝛼 − 1)
Ni kako je u podruĉju velikih brzina 𝛼 = 90° biti će izraz:
2𝑐𝑜𝑠𝛼 = 0
Stoga je za poloţaj stroja u kojem je:
𝑥 , = 𝑥 ,𝑚𝑎𝑥 → 𝑐𝑜𝑠𝛼 = ∓𝜒
Za 𝑐𝑜𝑠𝛼 = ∓𝜒:
𝑥 ,𝑚𝑎𝑥 = 𝑣 ∙ (𝑠𝑖𝑛𝛼 ∓
𝜒
2∙ 𝑠𝑖𝑛2𝛼)
𝑠𝑖𝑛2𝛼 = 1 − 𝑐𝑜𝑠2𝛼 → 𝑠𝑖𝑛𝛼 = 1 − 𝑐𝑜𝑠2𝛼 = 1 − 𝜒2
𝑠𝑖𝑛2𝛼 = 2𝑠𝑖𝑛𝛼 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 2𝜒 ∙ 1 − 𝜒2
𝑥 ,𝑚𝑎𝑥 = 𝑣 1 − 𝜒2 + 𝜒2 1 − 𝜒2 = 𝑣 1 − 𝜒2 ∙ (1 − 𝜒2)
𝑥 ,𝑚𝑎𝑥 = 𝑣 1 −
𝜒2
2 1 + 𝜒2 = 𝑣(1 − 𝜒2 −
𝜒2
2−𝜒4
2)
Ĉlan 𝜒4
2 se zanemaruje jer je 𝜒 =
𝑅
𝐿< 1
𝑥 ,𝑚𝑎𝑥 = 𝑣 1 +
𝜒2
2
5.1.3 Jednadžba akceleracije stapa
𝑥 ,, =𝑑𝑥 ,
𝑑𝑡=𝑑𝑥 ,
𝑑𝛼∙𝑑𝛼
𝑑𝑡=𝑣
𝑅∙𝑑𝑥 ,
𝑑𝛼
(11)
(12)
(13)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
25
𝑥 ,, =𝑣2
𝑅(𝑐𝑜𝑠𝛼 ∓ 𝜒𝑐𝑜𝑠2𝛼)
Za 𝛼 = 0°:
𝑥 ,, =𝑣2
𝑅 1 ∓ 𝜒 + za polazno gibanje, -za povratno gibanje
Za 𝛼 = 180°:
𝑥 ,, =𝑣2
𝑅 −1 ∓ 𝜒 + za polazno gibanje, -za povratno gibanje
Krivulja akceleracije sijeĉe apscisu za:
𝑐𝑜𝑠𝛼 = ∓𝜒 + za polazno gibanje, -za povratno gibanje
Za 𝛼 = 90°:
𝑥 ,, =𝑣2
𝑅 ∓𝜒 + za polazno gibanje, -za povratno gibanje
5.1.4 Stroj sa beskonačno dugom ojnicom
Za 𝐿 = ∞ → 𝜒 = 0
𝑥 = 𝑅 1 − 𝑐𝑜𝑠𝛼
𝑥 ,𝑚𝑎𝑥 = 𝑣 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛼
𝑥 ,, =𝑣2
𝑅𝑐𝑜𝑠𝛼
U ovoj izvedbi stroj bi morao imati kulisu.
(27)
(28)
(29)
26
Slika 24. Dijagram brzina i akceleracija stapa parnog stroja [8]
Dijagrami troja sa beskonaĉnom ojnicom izvuĉeni su plavom bojom. Brzina stroja sa
konaĉnom ojnicom zelenom, a akceleracija crvenom bojom
5.2 Dinamika stapnog parnog stroja
Da bismo odredili silu kojom djeluje stap na poluţje, nacrtamo jedan preko drugog
indikatorske dijagrame za pokrovnu i polaznu stranu stroja. Odbijajući tlakove sa jedne i sa
druge strane dobiva se takozvani dijagram pretlaka. Ovaj dijagram treba zbrojiti sa
dijagramom inercijskih sila za povratno i polazno gibanje. Ovaj dijagram teĉe sliĉno
dijagramu akceleracije jer je inercijska sila umnoţak mase koja predstavlja realnu pozitivnu
konstantu i akceleracije. Ovdje se u masu stavlja masa svih djelova u oscilatornom gibanju tj.
stap, stapajica, kriţna glava i dvije trećine ojnice. [8]
Kako su ordinate indikatorskih dijagrama pretlaka u jedinici (𝑘𝑔
𝑐𝑚 2)5 treba inercijalne sile
dijeliti sa korisnom površinom stapa pa se dobiju iste dimenzije, što je potrebno za zbrajanje i
oduzimanje. Mnoţeći rezultat tlaka p sa površinom stapa, dobiti ćemo silu P u pravcu
stapajice. Ova se u kriţnoj glavi rastavlja na dvije komponente [8]:
𝑆 =𝑃
𝑐𝑜𝑠𝛽
𝑁 = 𝑃𝑡𝑎𝑛𝛽
(29)
(30)
27
Sila S usmjerena je u smjeru osi ojnice i djeluje na poluţje, dok sila N opterećuje vodilice
kriţne glave. Djelujući na ĉep ruĉice, sila S rastavlja se na jednu obodnu komponentu T i
jednu radijalnu R.
𝑇 = 𝑆𝑠𝑖𝑛 𝛼 + 𝛽
𝑅 = 𝑆𝑐𝑜𝑠 𝛼 + 𝛽
A kako je:
𝑆 =𝑃
𝑐𝑜𝑠𝛽 →T=
𝑃𝑠𝑖𝑛 𝛼 + 𝛽
𝑐𝑜𝑠𝛽
Tangencijalna sila T moţe se dobiti i grafiĉkim putem. Sila P odredi se unaprijed opisanom
metodom te se zatim nanosi na radijus ruĉice stroja. Zatim se produţi simetrala ojnice i iz
toĉke B podigne okomica do sjecišta sa produţetkom simetrale ojnice Duţina CB predstavlja
u odreĊenom mjerilu veliĉinu tangencijalne sile T (Slika 22) [8].
𝐵𝐷 = 𝑃𝑠𝑖𝑛 𝛼 + 𝛽 = 𝑇𝑐𝑜𝑠𝛽
T=𝑃𝑠𝑖𝑛 𝛼 + 𝛽
𝑐𝑜𝑠𝛽
Slika 25. Dijagram dinamike stapnog parnog stroja
(29)
(30)
(31)
28
Slika 26 Indikatorski dijagram, dijagram pretlaka i dijagram regulirajućih sila [8]
5.2.1 Ujednačenje hoda i zamašnjaka
Promotrimo dijagram tangencijalnih sila prikazan na slici. Tangencijalna sila nije konstantna
nego poprima niz razliĉitih vrijednosti.
Ako stroj savladava neki otpor u obliku tangencijalne sile W, mora biti radnja te sile na putu
jednakom opsegu kruga ruĉice, jednaka radnji indiciranih tlakova za vrijeme jednog okretaja.
Za vrijeme jednog okretaja imamo jedno polazno i jedno povratno kretanje pa je [8]:
𝑠𝜋𝑊 = 2𝑝𝑖𝑚𝑠
A kako su srednji indicirani tlakovi za osovinsku i pokrovnu stranu pribliţno jednaki slijedi:
𝑊 =2𝑝𝑖𝑚𝜋
Ucrtamo li ovu tangencijalnu silu otpora u dijagramu tangencijalnih sila, vidimo da će
tangencijalna sila biti općenito veća ili manja od W. Stoga površine NJ1 i NJ3 predstavljaju
radnju koju treba nadomjestiti zamašnjak, a površina NJ2 i NJ4 radnju koju treba zamašnjak
akumulirati. Zamašne mase raĉunaju se prema najvećoj od ovih površina. Prema tome mora
biti radnja inercijskih masa [8]:
(32)
(33)
29
𝐴 = 𝐹 ∙ 𝑁𝐽𝑚𝑎𝑥
Ovdje F predstavlja korisnu površinu stapa.
S druge strane, rad inercijske mase mora biti jednak razlici kinetiĉkih energija za
neku najveću i neku najmanju brzinu stroja:
𝐴𝑠 =𝑀
2(𝑣𝑚𝑎𝑥
2 − 𝑣𝑚𝑖𝑛2)
Ovdje je V obodna brzina teţišta vijenca zamašnjaka, a M masa vijenca zamašnjaka. [8]
Pretpostavlja se da sav rad na ujednaĉavanju preuzima vijenac zamašnjaka.
Nadalje je:
𝐴𝑠 =𝑀
2(𝑣𝑚𝑎𝑥 + 𝑣𝑚𝑖𝑛 )(𝑣𝑚𝑎𝑥 − 𝑣𝑚𝑖𝑛 )
Izvedemo li nove pojmove:
Srednja obodna brzina:
𝑉 =𝑣𝑚𝑎𝑥 + 𝑣𝑚𝑖𝑛
2
Stupanj nejednolikosti:
𝛿𝑠 =𝑣𝑚𝑎𝑥 − 𝑣𝑚𝑖𝑛
𝑣=𝜔𝑚𝑎𝑥 − 𝜔𝑚𝑖𝑛
𝜔
𝐴𝑠 = 𝑀 ∙ 𝑣2 ∙ 𝛿𝑠 → 𝑀 =𝐴𝑠
𝑣2 ∙ 𝛿𝑠
(33)
(34)
(35)
(36)
(37)
(38)
30
Polumjer zamašnjaka izvaĊa se obiĉno:
a) Za male strojeve 6𝑅
b) Za srednje strojeve (4,5 − 5,0) 𝑅
c) Za velike strojeve (4,0 − 4,5) 𝑅
Ovdje je R radijus ruĉice stroja
Za normalne materijale obodna brzina ne smije prelaziti vrijednost cca 30 m/s zbog
naprezanja uslijed centrifugalne sile
Izraĉunata masa zamašnjaĉkog vijenca ne izvodi se cijela jer ostali dijelovi zamašnjaka
takoĊer djeluju kao zamašne mase.
Stoga je:
𝑀𝑠𝑡𝑣 = (0,90 ÷ 0,95)𝑀
Stupanj nejednolikosti 𝛿𝑠odabire se prema vrsti pogona.
Bielen predlaţe ove iznose za stupanj nejednolikosti:
Za sisaljke, škare i bušilice:
𝛿𝑠 =1
20÷
1
30
Za radioniĉke pogonske mašine:
𝛿𝑠 =1
35÷
1
40
Tkalaĉki papirno industrijski strojevi:
𝛿𝑠 =1
40
Za mlinove:
𝛿𝑠 =1
50
Za strojeve koji predu tanji konac:
(39)
(40)
(41)
(42)
(43)
31
𝛿𝑠 =1
60
Za dinamo strojeve bez akumulatora:
𝛿𝑠 =1
150
Na kraju ovih teoretskih razmatranja moramo naglasiti da indikatorski dijagram bilo
kojeg parnog stroja ne predstavlja dijagram promjene stanja. Uoĉimo pri tome samo to da
linija 1-2 i 3-4 nisu izobarne, premda se tlak po njima ne mijenja. Ovo je zbog toga jer
temperatura ostaje konstantna što kod izobarne promjene nije moguće. Osim toga linija 4-1 ne
moţe biti izohora jer se para ne vlada po toj krivulji kako je objašnjeno. Prave linije promjene
stanja su samo krivulja ekspanzije i kompresije [8]
Slika 27 Indikatorski dijagram
(44)
(44)
32
5.3 Proračun stabilnog parnog stroja
Indicirana snaga:
𝑁𝑖 = 𝑍 ∙𝑑2 ∙ 𝜋
4∙ 𝑝𝑖𝑚𝑝 ∙
𝑠 ∙ 𝑛
30∙
1
75 𝐾𝑆
Ovdje je:
Z → broj cilindara
d → promjer cilindra
pimp → srednji indicirani tlak za obje strane
s → stapaj 𝑚
n → broj okretaja
Efektivna snaga:
𝑁𝑒 = 𝑁𝑖 ∙ 𝜂𝑚 =𝑑2 ∙ 𝜋
4∙ 𝑝𝑖𝑚𝑝 ∙
𝑠 ∙ 𝑛
30∙
1
75∙ 𝜂𝑚 𝐾𝑆
Faktor F daje korisnu površinu stapa umanjenu za presjek stapajice.
𝐹 =𝑑 ∙ 𝜋
4 𝑐𝑚2
Faktor Cm daje srednju stapnu brzinu
𝐶𝑚 =𝑠 ∙ 𝑛
30 𝑚/𝑠𝑒𝑘
𝜂𝑚 → mehanički stupanje djelovanja
Uz zadanu snagu Ne mogu se iz gornjih formula nizom pretpostavki izraĉunati dimenzije
stroja.
Prva od tih pretpostavki je stapajni odnos:
Ž =𝑠
𝑑
(45)
(46)
(47)
(48)
(49)
33
Ovaj podatak se kreće prema podacima [A]:
1,3 𝑑𝑜 1,8 za normalne leţeće
0,9 𝑑𝑜 1,3 za normalne stojeće i brzohodne leţeće
Srednji inducirani tlak pim odredi se prema nekom pretpostavljenom indikatorskom
dijagramu
Srednja stapna brzina kreće se kod strojeva sa ventilskim razvodom od 3 do 5 m/s ,a kod
strojeva sa ostalim tipovima razvoda od 2,5 do 3 m/s. Za prvi sluĉaj n = 105 do 180 mm−1
, a za drugi n = 150 do 300 mm−1
Sljedeće podatke za 𝜂𝑚 dala je tvornica Humbolt:
𝜂𝑚𝑖 → za ispušne strojeve
𝜂𝑚𝑘 → za kondenzacione strojeve.
Tablica 2 podatci za iskoristivost [8]
d 300 325 375 375 425 500 325 550 600 650
s 450 500 600 700 700 800 600 900 1000 1000
𝜂𝑚𝑖 0,87 0,89 0,875 0,895 0,9 0,9 0,89 0,905 0,905 0,91
𝜂𝑚𝑘 0,85 0,86 0,865 0,87 0,87 0,875 0,86 0,88 0,88 0,885
Kada se sve pretpostavljene veliĉine kao i potrebna snaga uvrste u jednadţbu za
N𝑒 te s izrazi kao Ţ ∙ d, dobije se jednadţba s jednom nepoznanicom d, koja se izraĉuna.
Nadalje je 𝑠 = Ž ∙ 𝑑. Time su odreĊene dimenzije stroja.
𝐹 =𝑑2 ∙ 𝜋
4
Ovako dobivenu površinu treba povećati radi stapajice za 3 ÷ 15 %.
(50)
34
6. PRORAČUN SNAGE PARNOG STROJA PILANE BRINJE
Indicirana snaga:
𝑁𝑖 = 𝑍 ∙𝑑2 ∙ 𝜋
4∙ 𝑝imp ∙
𝑠 ∙ 𝑛
30∙
1
75 𝐾𝑆
Ovdje je:
Z → broj cilindara
d → promjer cilindra [cm]
pimp → srednji indicirani tlak za obje strane
s → stapaj m
n → broj okretaja [min−1]
Podatci:
𝑍 = 1
𝑑 = 274 mm = 27,4 cm
pimp = 12 bar
𝑠 = 0,55 m
𝑛 = 160 °/min
𝑁𝑖 = 𝑍 ∙𝑑2 ∙ 𝜋
4∙ 𝑝𝑖𝑚𝑝 ∙
𝑠 ∙ 𝑛
30∙
1
75= 1 ∙
27,42 ∙ 𝜋
4∙ 12 ∙
0,55 ∙ 160
30∙
1
75= 276,6 KS
𝑁𝑖 = 203,38 kW
Efektivna snaga:
𝑁𝑒 = 𝑁𝑖 ∙ 𝜂𝑚 =𝑑2 ∙ 𝜋
4∙ 𝑝𝑖𝑚𝑝 ∙
𝑠 ∙ 𝑛
30∙
1
75∙ 𝜂𝑚 𝐾𝑆
𝜂𝑚 = 0,875
(51)
(52)
35
𝑁𝑒 = 𝑁𝑖 ∙ 𝜂𝑚 = 203,38 ∙ 0,875 = 177,88 kW
36
7. ZAKLJUČAK
Parni stroj iako gotovo da više i nije u uporabi zbog svojih loših karakteristika još i
dan danas se o njemu govori. Pojavom parnog stroja pojavila se mogućnost za realizaciju
ideja koje su do tada bile znanstvena fantastika. Izvršene su prve automatizacije pogona, a
vrijednost parnog stroja porasla je još i više kada je ustanovljeno da moţe pokretati kotaĉ.
Poĉele su se graditi tvornice, a parni stroj je zamijenio ĉovjeka i ţivotinju. Ţivot je za mnoge
postao daleko jednostavniji. Zapoĉelo je doba industrijalizacije.
U ovome radu prikazan je povijesni razvoj parnog stroja, princip rada jednog parnog
stroja. TakoĊer je prikazan sada oronuli parni stroj koji je proteklih desetljeća imao veliku
ulogu u mjestu Brinje.
Detaljno i sistematiĉno su prikazane osnove kruţnog procesa jednog stapnog parnog
stroja. Napravljen je i prezentiran proraĉun snage zadanog stapnog parnog stroja. Ulazni
podatci i dimenzije potrebni za proraĉun odgovaraju parnom stroju iz pilane u Brinju, a
dobiveni su od strojara parnog stapnog stroja gospodina Mile Bosnića te osobno izmjereni.
Dobivene veliĉine odgovaraju veliĉinama koje se navode u literaturi, pa se prema tome moţe
zakljuĉiti da je proraĉun adekvatan i da pruţa zadovoljavajuću toĉnost.
37
8. LITERATURA
[2] http://www.paxmanhistory.org.uk/paxsteam.htm
[3]http://www.fkit.unizg.hr/_download/repository/2_predavanje_Energetika_premaUE_prema
_2_pred_u_Power_pointu.pdf
[4] http://www.bbc.co.uk/schools/primaryhistory/famouspeople/george_stephenson/
[5] http://www.magicus.info/pr2.php?id=109376
[6] http://www.obnovljivi.com/energija-biomase/404-biomasa-za-bioenergiju
[7]http://zelenevjestine.com/wpcontent/uploads/2013/09/Zelene_vjestine_za_elektrotehniku_i
_strojarstvo_skripta_Posljednja-verzija.pdf
[8] Z. Elĉić, „Stapni parni strojevi“
[9] https://www.youtube.com/results?search_query=steem+engine+explanation
[10] www.enciklopedija.hr