Dunkerque

[CIA]

Optymalizacji masy i objetości to tak, ale sprawności?
Pokaż mi gdzie jest ten zysk sprawności:
- prędkość turbiny - bez wpływu na sprawność
- przekładnia dwustopniowa - obniżenie sprawności w stosunku do jednostopniowej
- śruba cztero- czy pieciołpatowa - obniżenie sprawności w stosunku do trójłopatowej (w sumie to nie ma zależności ilość obrotów od ilości łopat), wpływ na sprawność ma średnica śruby - im większa tym lepiej.
Na czym zyskujesz jeśli chodzi o sprawność? Na kilkudzisięciu obrotach śruby? - zamiast 225, 270 masz 200 czy ma to duży wpływ na sprawność śruby? Śruba w motorówkach wiruje z prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę...
Pokaż jakis papier skoro twierdzisz, ze zyskujesz na sprawności układu z szybkoobrotowa turbiną

To co mi się na szybko udało znaleźć to w układzie bez przekładni, czyli "direct drive", to obroty minimalne śruby były na poziomie 750-800obr/min. Nie wiem czy wynikało to z faktu iż większa wymiarowo turbina się już nie mieściła w kadłubie czy że poniżej tej prędkości moc turbiny jest drastycznie mała.

The battleship Warspite / Anatomy of the ship
"direct drive" 275 rpm (przed modernizacją)
Zresztą Mikesz juz podawał wczesniej, a Maciej3 na poprzedniej stronie


Przy okazji -
Yamaciak - ilośc obrotów sruby 225, średnica śrub 6 metrów (3 łopaty), przekładnia jednostopniowa.
Iowa - ilośc obrotów 202, średnica śrub 5,56m(4 łopaty)/5,18m(5łopat), przekładnia dwustopniowa

[Maciej3]

Może żeby uprościć sprawę.
Załóżmy że mamy "idealny odbiornik mocy", któremu jest wszystko jedno czy turbina ma 100 czy 100 000 obrotów na minutę.
Mamy to samo ciśnienie i temperaturę pary wlatującej do turbiny, oraz tą samą generalną konstrukcję turbin ( żeby nie wnikać w różnice w budowie między różnymi konstrukcjami turbin ).

Projektujemy dwie turbiny tej samej mocy pod tą samą parę, odbiornikowi wszystko jedno jakie będą obroty turbiny, każda pracuje w optymalnych dla siebie warunkach ( prędkość obrotowa, temperatura praca skraplaczy itd )

Turbina 1: 300 obrotów/min

Turbina 2: 3000 obrotów/min.

Co zyskujemy mając większe obroty?
- mniejsza masą i gabaryty.
Coś jeszcze? Jednak jakaś tam oszczędność w ilości dostarczonej pary do wygenerowania tej samej mocy? Zakładam oczywiście wszędzie idealne wyważenie itd.
Bo w opracowaniach o których wspominałem powtarza się od czasu do czasu stwierdzenie "turbine is most efficient in high rotation speed" czy jakoś tak. Znaczy co autor miał na myśli pisząc "most efficient"?
Autora raczej ciężko zapytać bo część z nich już nie żyje.

A co do różnicy w wydajności śrub to akurat coś jest na rzeczy. Pamiętam rozważania przy projektowaniu Nelsonów, to jakoś Brytolom zależało na 10 obr/min mniej śrub - miało to mieć znaczenie dla efektywności napędu. Szczegółów nie pomnę, ale takie pozostało u mnie wrażenie po dość dawno temu zagłębianiu się w temat.

[Maciej3]

W kontekście wydajności turbin od obrotu co tam autorzy pisali

Nie spotkałem takich opracowań - można jakiś przykład tekstu?

Roberts w "battlecruisers" napisał dosłownie

the problem with the turbine was that it ran most efficiently at high speed and this necessitated the use of small diameter, fine pitch propellers of relatively large blade area

Potem jeszcze jest coś o problemach z wczesnymi napędami. Faktycznie nie ma powiedziane wprost, że im szybsza tym wydajniejsza, może to po prostu "missunderstanding"

Na razie tyle, nie mam jak sprawdzić co tam konkretnie napisano w innych pozycjach.

[CIA]

Coś jeszcze? Jednak jakaś tam oszczędność w ilości dostarczonej pary do wygenerowania tej samej mocy? Zakładam oczywiście wszędzie idealne wyważenie itd.

Może...? Jeżeli para naciska na łopatkę, to co za różnica czy naciska na nią bliżej czy dalej od osi? Wiekszy lub mniejszy moment obrotowy (poza oczywistą liczbą obrotów)? Ale to i tak później chyba na to samo wychodzi stosując przekładnie.

14_k09b[2]x.gif (4.98 KiB) Przejrzano 7772 razy

A co do różnicy w wydajności śrub to akurat coś jest na rzeczy. Pamiętam rozważania przy projektowaniu Nelsonów, to jakoś Brytolom zależało na 10 obr/min mniej śrub - miało to mieć znaczenie dla efektywności napędu. Szczegółów nie pomnę, ale takie pozostało u mnie wrażenie po dość dawno temu zagłębianiu się w temat.

Ale przecież obroty śruby nie są wartością stałą. Dla Iowy masz 85 obrotów przy 15 węzłach i 196 obrotów przy 30 węzłach. Co za różnica czy będzie 10 obrotów w ta czy w tamtą? Może z uwagi na wibracje lub kawitację, ale to można obejść innymi metodami.

Nie ma co gdybać - trzeba poczytać lub... poczekać, aż ktoś zrobi wykład

EDIT
Jedynym sensownym wytłumaczeniem może być optymalizacja układu pod daną prędkość. Można porównać ilość obrotów/moc i uzyskiwaną prędkość dla różnych okrętów - wówczas powinna chyba wyjść wartość optymalna dla której zakładano parametry całego układu w danym okręcie.
Zrobiłem Hood vs Iowa (oś pozioma - obroty śruby, oś pionowa - prędkość okrętu) - w sumie to niewiele wyszło... Wykresy prawie się pokrywają :/, dopiero w samej końcówce robi się ciekawie (przy ok. 29 węzłach) , ale zabrakło danych dla Iowy... Nie mam pod ręka danych dla Bismarcka - ma ktoś może? (chodzi o obroty śruby / uzyskiwaną prędkość)

HI.pdf.jpg (31.43 KiB) Przejrzano 7736 razy

Jeszcze New Jersey vs Hood

NJH.jpg (34.22 KiB) Przejrzano 7725 razy

Wyszło podobnie, aczkolwiek mam silne przeczucie, że dla Hooda coś naginali z prędkością maksymalną

[Maciej3]

Co niby mieli naciągać?
U Robertsa masz dane z prób. Przy określonej wyporności i minimalnym przeciążeniu maszyn, osiągnął prawie 32 węzły.
To ile osiągał w czasie II wojny, gdy trochę utył w międzyczasie a maszyny się zużyły to nieco inna sprawa.
Zresztą na Hoodzie wszystko było optymalizowane po kątem maksymalnej prędkości. Nawet trzy pozostałe jednostki tego typu miały być nieco zmienione i jedną z konsekwencji tych zmian miało być zmniejszenie prędkości koło 0,25 do 0,5 węzła ( szacowane ) z powodu zmiany kształtu podwodnej części kadłuba dla powiększenia przestrzeni komór amunicyjnych.
Zresztą popatrz na charakterystyki "szybkich pancenrików USA"
Wszędzie masz to samo, wzrost prędkości z mocą a w pewnym momencie ( w granicach prędkości max ) niemal skokowy wzrost wymaganej mocy dla zwiększenia prędkości. Czyli większe kotłowanie nie ma sensu i tak nie przyśpieszysz.
U Brytoli nie masz aż takiego skoku. Zwiększenie mocy powyżej nominalnej max maiło sens, bo jakoś tam prędkość zwiększało. Ale oni optymalizowali kadłuby tak by możliwie maly opór mieć przy prędkości max nie ekonomicznej. Dokładnie odwrotnie niż amerykanie.

[esem]

Czyli czekamy na kandydata na Nobla. Mój typ to "specjalista od obalania mitów", był nawet taki serial na Discovery.
Temat jest posty jak świński ogon: prędkości optymalne śruby napędowej są znane więc należy do takiego zakresu dążyć. Czyli jak pisałem wcześnie optymalizacja ciężaru i objętości siłowni dla uzyskania określonego zakresu obrotów śruby i przekazywanej mocy. Na to wszystko nałożyły się możliwości wykonawcze i technologiczne. Przegląd historyczny konstrukcji zaczyna się od "Turbine" a kończy dzisiaj: czyli turbina wysokoobrotowa jako "most efficiently" (ropa jest coraz droższa) i przekładnia dwustopniowa (mimo że każda para kół zębatych to strata 1% sprawności mechanicznej na tarcie of course).

[CIA]

@esem Proszę odpowiedz wprost - czy prędkość obrotowa turbiny ma wpływ na jej sprawność? Wiesz czy nie wiesz? Bo o to się rozchodzi.

Co niby mieli naciągać?
U Robertsa masz dane z prób. Przy określonej wyporności i minimalnym przeciążeniu maszyn, osiągnął prawie 32 węzły.

Dane dla Hooda wziąłem z Anatomy of the ship... Dlaczego mieli naciągać? Spójrz na wykres - krzywa dla Hooda jakaś taka "bujnięta" przy prędkości ponad 29 węzłów nie w tą stronę co trzeba. Najpierw krzywa odchyla się do dołu, a następnie do góry... Może to być spowodowane jakimiś wibracjami w okolicach tego bujnięcia, ale nie sądzę... Ewentualnie punkt dla 27 węzłów jest zły.... Wykres w całym zakresie prędkości (od zera do maksymalnej) powinien chyba przypominać literę "S"

[esem]

@CIA:
1. NIE. Rozchodzi się tutaj oto które turbiny są most... czyli sprawniejsze, efektywniejsze: niskoobrotowe czy wysokoobrotowe?
2. KAŻDE urządzenie ma najwyższą sprawność w zakresie największej mocy: zasilacz,transformator, silnik spalinowy, turbina, itd Ponieważ dla maszyn wirnikowych moc to jest moment obrotowy x prędkość obrotowa to odpowiedź jest oczywista. Stąd ból: turbina ma się szybko kręcić a śruba tego nie lubi. To jest oczywista oczywistość i stąd ludzkość poszła w tym kierunku w którym poszła - tabelę cytowałeś wyżej.
3. Kilkadziesiąt lat temu miałem 1 semestr termodynamiki i w ramach tego godzina, może dwie o turbinach. Ale coś jeszcze pamiętam i np. nie zalecam aby w samochodach osobowych montować turbiny niskoobrotowe bo się nie zmieszczą w bagażniku.

[CIA]

Ponieważ dla maszyn wirnikowych moc to jest moment obrotowy x prędkość obrotowa to odpowiedź jest oczywista.

No... nie bardzo taka oczywista... - duża turbina to duże ramię siły, a wiec większy moment obrotowy, aczkolwiek mniejsze obroty (ale to ponoć lubią śruby ) .
Zostaw na razie sobie masę i objętość (bo to oczywista oczywistość), chodzi tylko i wyłącznie o teoretyczny wpływ obrotów na sprawność turbiny.

Co do śrub - znalazłem bardzo fajna stronkę (dotyczy co prawda małych śrub jachtowych), ale bardzo mądrze napisaną http://www.raksa.com.pl/webpage/wszystk ... owych.html - ze zrozumieniem tematu prosto i zwięźle , natomiast po przeglądnięciu kilku prac naukowych mam podejrzenie, że delikwenci maja problem ze ogarnięciem tego co napisali

[esem]

Ponieważ dla maszyn wirnikowych moc to jest moment obrotowy x prędkość obrotowa to odpowiedź jest oczywista.

No... nie bardzo taka oczywista... - duża turbina to duże ramię siły, a wiec większy moment obrotowy.
Zostaw na razie sobie masę i objętość (bo to oczywista oczywistość), chodzi tylko i wyłącznie o teoretyczny wpływ obrotów na sprawność turbiny.

Nie osłabiaj mnie: mała turbina ma mały moment obrotowy a w zamian wysokie obroty. Duża turbina przy tych obrotach by się rozleciała (siła odśrodkowa) A moment na śrubie okrętowej to dalej moc przez obroty śruby a moment na śrubie przez ramię to siła a pomnożona przez współczynnik śruby to siła pociągowa. I wyszedłeś na swoje wykresy Hood vs Misourii
P.S.Jesteś z Gdańska Turbiny robi ZaMech w Elblągu. Politechnika Gdańska to orły z turbin parowych. Zagadaj...

[CIA]

Nie osłabiaj mnie: mała turbina ma mały moment obrotowy a w zamian wysokie obroty.

No właśnie i wszystko wskazuje na to, ze wychodzisz na zero redukując obroty zwiększasz moment, zmniejszając moment podnosisz obroty.

Gdybym jeszcze studiował, to pewnie nie miałbym problemów z zagadnięciem, bo kiedyś nawet miałem jakieś obowiązkowe konsultacje na okrętowym - projektowało się wycieczkowca (Z góry zaznaczam, że kwestii sprawności turbin nie konsultowałem ); dzisiaj to pewnie spróbowałbym przemycić jako projekt semestralny jakiegoś pancernika i wymęczyłbym tych na okrętowym pytaniami do ostatniej śrubki

[esem]

To co piszesz może być prawdą tylko w wypadku, gdy moc turbiny jest stała
Ale life is brutal i tak dobrze nie ma Jeździsz czasami samochodem jako kierowca No i już wiesz że moc silnika nie jest stałą i turbiny też. Moc rośnie z prędkością obrotową
Nie masz szans obalić mitu: turbina wysokoobrotowa jest bardziej most... bo ten typ tak ma.

[CIA]

A czy przypadkiem moc nie wzrośnie jak zwiększysz średnicę, przy takich samych obrotach? Jako kierowca wiem, że nie tylko obroty sie liczą ale i pojemność, a więc wielkość W sumie to wolę mieć w samochodzie większy moment, niż kręcić do niebotycznych obrotów i czekać wieki aż się wkręcę

[Peperon]

A czy przypadkiem moc nie wzrośnie jak zwiększysz średnicę, przy takich samych obrotach? Jako kierowca wiem, że nie tylko obroty sie liczą ale i pojemność, a więc wielkość W sumie to wolę mieć w samochodzie większy moment, niż kręcić do niebotycznych obrotów i czekać wieki aż się wkręcę

A nie osiągniesz tego samego efektu podnosząc ciśnienie pary, zamiast wzrostu gabarytów ?

[jarman]

Nie masz szans obalić mitu: turbina wysokoobrotowa jest bardziej most... bo ten typ tak ma.

A jak więc wyjaśnisz takie zestawienie dla turboparowych bloków energetycznych? Elektrownia w Lunen (Niemcy) moc - 820MW; sprawność - 46%, Blok Nr 14 w El Bełchatów - 858MW, sprawność 41%, Bloki 200MW w polskich elektrowniach - sprawność 36-38%. Bloki 120MW w polskich elektrowniach - sprawność 32-34%. Turbiny wszystkich (no może prawie) bloków parowych elektrowni europejskich pracują z prędkością 3000obr./min. wynikającą z konieczności synchronizacji do częstotliwości prądu 50Hz.

[jarman]

@CIA:
2. KAŻDE urządzenie ma najwyższą sprawność w zakresie największej mocy: zasilacz,transformator, silnik spalinowy, turbina, itd

To nie jest prawda. Nie wiem jak w przypadku zasilaczy i transformatorów bo nie jestem elektrykiem, ale maszyny cieplne mają najwyższą sprawność przy mocy nominalnej. Ta zwykle jest niższa od mocy maksymalnej. Dla innych mocy niż nominalna sprawność jest niższa, a powiązane z nią jednostkowe zużycie paliwa wyższe. Namacalnie dla każdego działa to chociażby w napędach samochodowych, które są zwykle projektowane na najmniejsze zużycie paliwa przy 90km/h. A jeżeli chodzi o silniki okrętowe to zajrzyj sobie chociażby do "biblii" Piotrowskiego.