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