OFERTA NAUKOWO-BADAWCZA
INSTYTUTU MASZYN I URZĄDZEŃ
ENERGETYCZNYCH
POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ
INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH
GLIWICE 2019
Politechnika Śląska 3
Szanowni Państwo,
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych, którego ofertę badawczą przedstawiamy poniżej,
powołany został w 1971 roku. Przejął on kierunki i zakres prowadzonych badań, tradycje
działalności pedagogicznej, a także ścisłe kontakty z przemysłem od wielu jednostek
działających już od 1945 roku na ówczesnym Wydziale Mechanicznym Politechniki Śląskiej,
a które później weszły w skład powołanego w roku akademickim 1953/54 Wydziału
Mechaniczno-Energetycznego.
Po zmianach organizacyjnych od 2011 roku w Instytucie funkcjonują 4 Zakłady, których
tematyka badawcza obejmuje następujące zagadnienia:
Zakład Maszyn Przepływowych i Technologii Energetycznych
Obiegi i siłownie cieplne
Pomiary charakterystyk maszyn wirnikowych
Optymalizacja struktur przepływowych maszyn
Badania eksperymentalne przepływów pary wodnej z kondensacją i cieczy z kawitacją
Mechanika płynów i dynamika gazów
Nowoczesne techniki pomiarowe –LDA, CTA, Schlieren
Nowe technologie energetyczne, w tym źródła odnawialne i ogniwa paliwowe
Magazynowanie energii
Optymalizacja procesu wychwytu CO2
Zakład Kotłów i Wytwornic Pary
Obliczenia i konstrukcja kotłów wraz z urządzeniami pomocniczymi
Niskoemisyjne techniki spalania
Modernizacja urządzeń kotłowych celem podniesienia ich sprawności oraz
niezawodności
Procesy zgazowania i przygotowania paliw stałych
Metody numeryczne w technice kotłowej
Ograniczenie zagrożeń związanych ze spalaniem paliw alternatywnych
Zakład Miernictwa i Automatyzacji Procesów Energetycznych
Pomiary wielkości cieplnych
Pomiary i badania maszyn i urządzeń energetycznych
Elektrownie i elektrociepłownie gazowo-parowe
Badania szkodliwego oddziaływania zakładów przemysłowych na środowisko
4 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
Badania eksperymentalne zjawiska termo-akustycznego
Analizy systemowe bloków energetycznych
Rozproszone i odnawialne źródła energii
Technologie magazynowania energii
Układy kogeneracyjne wytwarzania energii elektrycznej i ciepła: ogniwa paliwowe,
silniki Stirlinga
Zakład Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Energetycznych
Komputerowe modelowanie zjawisk cieplno-wytrzymałościowych w elementach maszyn
i urządzeń
Pomiary i analiza drgań
Ocena trwałości, bezpieczeństwa i ryzyka eksploatacji maszyn energetycznych
Ocena ryzyka związanego z transportem i magazynowaniem substancji niebezpiecznych
Bloki ograniczeń termicznych i sterowanie eksploatacją maszyn energetycznych
Wspomaganie decyzji eksploatacyjnych, remontowych oraz modernizacyjnych maszyn
i urządzeń energetycznych
Metody komputerowego wspomagania projektowania (CAD)
Rozwój metod diagnostyki maszyn
Monitorowanie pracy turbin cieplnych
Oferta badawcza zawarta w niniejszym opracowaniu odzwierciedla zarówno zainteresowania
jak i możliwości badawcze Instytutu Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej
w zakresie ogólnie rozumianej energetyki. Mamy nadzieję, że oferta ta pozwoli na rozwinięcie
istniejącej i nawiązanie nowej współpracy Instytutu z partnerami przemysłowymi
i instytucjami naukowo-badawczymi, m.in. poprzez: udostępnienie naszego zaplecza
badawczego oraz know-how Instytutu, wspólne rozwiązywanie problemów konstrukcyjnych
i eksploatacyjnych, wspólne poszukiwanie nowych wyzwań badawczych, a także wspólne
ubieganie się o projekty badawcze.
Zapraszamy do współpracy.
Dyrekcja
Instytutu Maszyn i Urządzeń Energetycznych
Politechnika Śląska 5
PROPOZYCJE OFERT NAUKOWO-BADAWCZYCH DOTYCZĄCYCH
MASZYN, URZĄDZEŃ I TECHNOLOGII ENERGETYCZNYCH:
OPINIE, OCENY I ANALIZY ................................................................................................. 7
Analizy techniczne, energetyczne i ekonomiczne budowy lub modernizacji układów elektrowni
gazowych, parowych, gazowo-parowych wykorzystujących paliwa kopalne i biomasę oraz
układów magazynowania energii z wykorzystaniem sprężonego powietrza lub wodoru .................... 8
Dobór wentylatorów promieniowych na zadane parametry pracy przygotowanie oferty wraz
z możliwością wykonania pełnej dokumentacji konstrukcyjnej ........................................................ 10
Ocena stopnia zużycia i stanu technicznego elementów turbin ......................................................... 12
Blok ograniczeń termicznych turbiny ................................................................................................ 14
Planowanie gospodarki diagnostyczno-remontowej .......................................................................... 16
Projekt instalacji chłodzenia wymuszonego turbiny po odstawieniu bloku ...................................... 18
Ocena ryzyka związanego z transportem i magazynowaniem substancji niebezpiecznych .............. 20
Ocena oraz poprawa rentowności elektrowni wodnych i wiatrowych ............................................... 21
Oznaczanie własności paliw ............................................................................................................... 22
Obliczenia bilansowe kotła, regeneracyjnego obrotowego podgrzewacza powietrza (ROPP),
wstępnego parowego podgrzewacza powietrza (PPP) ....................................................................... 24
Przeprowadzenie analiz termodynamicznych siłowni cieplnych oraz złożonych układów
energetycznych ................................................................................................................................... 27
Opracowywanie struktur hybrydowych źródeł rozproszonych pod profil działalności
inwestora ............................................................................................................................................ 28
Opracowywanie koncepcji wielkoskalowych systemów magazynowania ciepła oraz energii
elektrycznej ........................................................................................................................................ 30
Tworzenie studiów wykonalności dla inwestycji w energetyce ....................................................... 32
BADANIA EKSPERYMENTALNE I POMIARY ............................................................... 33
Wyznaczanie pełnych charakterystyk aerodynamicznych i akustycznych maszyn
przepływowych .................................................................................................................................. 34
Kompleksowa realizacja prototypowych laboratoryjnych i przemysłowych stanowisk
pomiarowych ...................................................................................................................................... 36
Zaawansowane badania eksperymentalne maszyn przepływowych ................................................. 38
Badania eksperymentalne przepływów pary wodnej ......................................................................... 40
6 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
Pomiary procesów zachodzących w siłowniach parowych na stanowisku eksperymentalnym
siłowni cieplnej .................................................................................................................................. 42
Badanie charakterystyk aerodynamicznych wentylatorów promieniowych i osiowych oraz
pomiar ich głośności .......................................................................................................................... 44
Sonda do pomiaru udziału masowego fazy rozproszonej w dwufazowych przepływach, faza
ciągła (płyn)/faza rozproszona ........................................................................................................... 46
Wyznaczanie charakterystyk przepływowych pomp ......................................................................... 49
Optymalizacja procesu spalania i waloryzacja ubocznych produktów spalania................................ 50
Mobilny układ monitoringu korozji niskoemisyjnej .......................................................................... 52
Określenie właściwości przemiałowych materiałów mielonych w pionowych młynach
miażdzących ....................................................................................................................................... 54
Badania spalania paliw w pyłowej komorze badawczej .................................................................... 56
Mikro-TGA, makro-TGA oraz badanie składu gazów procesowych ................................................ 58
Mobilne laboratorium procesów kotłowych ...................................................................................... 60
Diagnostyka zimnego końca obrotowych podgrzewaczy powietrza dla bezpiecznego obniżenia
temperatury spalin wylotowych z kotła energetycznego (RAH+) ..................................................... 62
Badanie ogniw i paneli fotowoltaicznych .......................................................................................... 64
Badanie własności mechanicznych oraz stopnia zużycia stali za pomocą badań mikropróbek
metodą SPT ........................................................................................................................................ 66
Badanie stanu dynamicznego maszyn i urządzeń .............................................................................. 68
Badania własności mechanicznych .................................................................................................... 70
BADANIA NUMERYCZNE ................................................................................................... 73
Wykonanie analiz przepływowych oraz cieplno-przepływowych elementów maszyn i urządzeń
z wykorzystaniem technik CFD ......................................................................................................... 74
Badania numeryczne i eksperymentalne przepływów z kawitacją .................................................... 76
Obliczenia numeryczne (CFD) jedno- i dwufazowych przepływów gazów ..................................... 78
Badania numeryczne procesów kotłowych ........................................................................................ 80
Badania numeryczne oraz eksperymentalne uszczelnień labiryntowych .......................................... 82
OPINIE, OCENY
I ANALIZY
8 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
ANALIZY TECHNICZNE, ENERGETYCZNE I EKONOMICZNE BUDOWY
LUB MODERNIZACJI UKŁADÓW ELEKTROWNI GAZOWYCH, PAROWYCH,
GAZOWO-PAROWYCH WYKORZYSTUJĄCYCH PALIWA KOPALNE
I BIOMASĘ ORAZ UKŁADÓW MAGAZYNOWANIA ENERGII
Z WYKORZYSTANIEM SPRĘŻONEGO POWIETRZA LUB WODORU
Osoba do kontaktu
dr inż. Sebastian Lepszy;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-37
Opis oferty
Analizy techniczne i ekonomiczne są kluczowym zadaniem przed rozpoczęciem nowych
inwestycji i modernizacji, pozwalają one racjonalnie ocenić możliwości i ryzyka związane
z nowymi technologiami i innowacjami. Szybko zmieniające się otoczenie prawne
i gospodarcze w energetyce jest dodatkowym czynnikiem świadczącym o ważności tych
zagadnień.
Realizacja projektów badawczych oraz doświadczenie w modelowaniu systemów
energetycznych w wielu programach komputerowych (Aspen Plus, GateCycle, EES,
Ebsilon), pozwalają zaoferować wykonywanie analiz energetycznych i technicznych
systemów wytwarzania energii elektrycznej (konwencjonalnych i niekonwencjonalnych),
uzupełnionych o wstępne oceny ekonomiczne rozważanych zagadnień.
Oferta obejmuje w szczególności:
analizy systemów energetycznych pod kontem określenia mocy i sprawności układów
oraz parametrów czynnika w poszczególnych punktach w ustalonych stanach pracy dla
różnych wartości parametrów otoczenia i przy różnym obciążeniu;
optymalizacji energetycznej wybranych parametrów systemów energetycznych
w szczególności z uwzględnieniem zmiany obciążenia i parametrów otoczenia
w czasie;
optymalizacji ekonomicznej wybranych parametrów systemów energetycznych
w szczególności z uwzględnieniem zmiany obciążenia i parametrów otoczenia
w czasie bazującej na dyskontowych modelach ekonomicznych (NPV, IRR);
dobór parametrów maszyn energetycznych w systemach z uwzględnieniem wyników
optymalizacji.
Największe doświadczenie dotyczy analiz systemów energetycznych zawierających między
innymi:
instalacje turbiny gazowej;
obiegi z turbiną parową;
Politechnika Śląska 9
układy gazowo-parowe (elektrownie i układy kogeneracyjne);
układy wykorzystujące biomasę (spalanie, zgazowanie, fermentacja metanowa);
układy gazowo-powietrzne (instalacja turbiny gazowej sprężona z odzyskiem ciepła
spalin w turbinie powietrznej);
systemy z wychwytem CO2;
układy magazynowania energii w postaci sprężonego powietrza (sprężarki powietrza,
magazyny gazu, turbiny gazowe i powietrzne, wymienniki ciepła);
układy magazynowania energii z wykorzystaniem wodoru (elektrolizery, sprężarki
gazu, magazyny gazu, ogniwa paliwowe, turbiny wodorowe).
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie, przedsiębiorstwa, biura
projektowe zajmujące się oceną, projektowaniem i stosowaniem nowych rozwiązań
i modernizacji technologii energetycznych.
Szybko zmieniające się otoczenie gospodarcze i prawne wymusza poszukiwanie nowych
rozwiązań technicznych w istniejących i nowo budowanych instalacjach energetycznych.
Wstępna ocena rozważnych zmian pozwala racjonalnie wybrać szczegółowe rozwiązania do
realizacji. Proponowane badania pozwalają określić efekty wprowadzania zmian lub nowych
inwestycji w zakresie efektów energetycznych i ekonomicznych w obszarze wytwarzania
energii elektrycznej w dużej jak i małej skali.
10 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
DOBÓR WENTYLATORÓW PROMIENIOWYCH NA ZADANE PARAMETRY
PRACY PRZYGOTOWANIE OFERTY WRAZ Z MOŻLIWOŚCIĄ WYKONANIA
PEŁNEJ DOKUMENTACJI KONSTRUKCYJNEJ
Osoba do kontaktu
dr inż. Jarosław Dziuba;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-15
Opis oferty
Program doboru i projektowania wysokosprawnych wentylatorów promieniowych oparty jest
na bazie danych wentylatorów WPX, WPXD, WPW, WPWD zaprojektowanych przez
pracowników naszego Instytutu. Program umożliwia na podstawie zasadniczych danych
projektowych:
wydajności V [m3/s],
przyrostu ciśnienia (całkowitego lub statycznego) Δp [Pa],
gęstości czynnika ρ [kg/m3]
wyznaczenie zbioru wentylatorów spełniających warunek pracy w zakresie maksymalnych
sprawności.
Program pozwala wielowariantowo określić:
geometrię wentylatora,
geometrię wirnika przy założeniu ciągłej zmiany jego szerokości,
gabaryty wentylatora w formie ofertowej,
charakterystyki pracy (przyrostu ciśnienia, sprawności i mocy) przy różnych metodach
regulacji, a więc przy zmianie obrotów oraz kierownicą żaluzjową,
charakterystyki pracy z uwzględnieniem efektu zmiany liczby Reynoldsa,
obroty i moc silnika.
Program pozwala bardzo szybko dokonywać wielowariantowej analizy. Jest bardzo pomocny
na etapie ofertowania wentylatorów.
Wybrane zrzuty ekranów z działania programu:
Politechnika Śląska 11
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie oraz przedsiębiorstwa
zajmujące się oceną stanu technicznego, produkcją, eksploatacją, sprzedażą oraz remontami
maszyn i urządzeń energetycznych. Program można zastosować przy doborze wentylatorów
promieniowych w nowo budowanych blokach energetycznych oraz w wypadku modernizacji
dotychczas pracującego układu w przypadku zmiany parametrów pracy. Jest również w stanie
optymalnie dobrać wentylator dla zmieniających się parametrów (liczba obrotów,
wydajność).
12 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OCENA STOPNIA ZUŻYCIA I STANU TECHNICZNEGO ELEMENTÓW TURBIN
Osoba do kontaktu
prof. dr hab. inż. Andrzej Rusin;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-26
Opis oferty
Długotrwała eksploatacja turbin, w tym przewidywana zmiana charakteru tej eksploatacji na
bardziej elastyczny, tzn. z dużą liczbą cykli pracy rozruch-odstawienie, wymaga podjęcia
działań zwiększających bezpieczeństwo pracy. Podstawowym działaniem w tym zakresie jest
wiarygodna ocena stanu technicznego. Kompleksowa ocena stopnia zużycia elementów
turbin opiera się na analizach teoretycznych oraz badaniach materiałowych. Analizy
teoretyczne obejmują symulacje numeryczne stanów cieplnych i wytrzymałościowych
w głównych elementach turbiny tzn. zaworach, wirnikach i kadłubach podczas rozruchów,
pracy ustalonej i odstawienia turbiny. Analizowane jest zużycie elementów spowodowane
procesami zmęczenia niskocyklicznego oraz procesami pełzania. Ponadto analizowana jest
propagacja potencjalnych pęknięć i zagrożenie kruchym pękaniem. Badania doświadczalne
obejmują m.in. badania struktury metodą replik, badania twardości, badania nieciągłości
materiału różnymi technikami, a także badania mikropróbek materiału metodą SPT.
Wynikiem tych analiz jest ocena stopnia zużycia poszczególnych elementów oraz prognoza
dotycząca czasu dalszej bezpiecznej eksploatacji.
Analizy stanów termicznych i
wytrzymałościowych elementów turbiny
Badania struktury stali wirnikowej
Politechnika Śląska 13
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie oraz przedsiębiorstwa
zajmujące się oceną stanu technicznego, produkcją, eksploatacją oraz remontami maszyn
i urządzeń.
Pracownicy Instytutu posiadają wieloletnie doświadczenie w tego typu ocenach.
Przeprowadzili ocenę stanu technicznego ponad 100 turbin pracujących w polskich
i zagranicznych elektrowniach. Wykonywali również takie prace na zlecenie firm branży
energetycznej takich jak Alstom Power, GE Power, Energomontaż, Doosan i innych.
14 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BLOK OGRANICZEŃ TERMICZNYCH TURBINY
Osoba do kontaktu
prof. dr hab. inż. Andrzej Rusin;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-26
Opis oferty
Głównym czynnikiem mającym bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo i poziom ryzyka
stwarzanego przez maszyny i urządzenia energetyczne jest sposób ich eksploatacji. Ważną
rolę w utrzymaniu tego bezpieczeństwa mogą spełniać bloki ograniczeń termicznych BOT.
W przypadku turbin bloki te pozwalają na bieżącą kontrolę stanu naprężenia w głównych jej
elementach tzn. wirnikach, kadłubach i zaworach. Algorytmy obliczające naprężenia
termiczne i mechaniczne wykorzystują typowe pomiary parametrów procesowych
realizowane przez systemy pomiarowe bloku, tj. temperaturę i ciśnienie pary, temperaturę
metalu zaworów i kadłubów, obroty wirnika, moc turbiny.
Drugim zadaniem BOT jest sterowanie eksploatacją. W przypadku przekraczania przez
naprężenia kolejnych poziomów naprężeń wysyłany jest sygnał o sposobie reakcji układu
regulacji na ten stan. Jest to szczególnie ważne w nieustalonych fazach pracy bloku tzn.
podczas rozruchów z różnych początkowych stanów termicznych i przy zmianach mocy.
Trzecim zadaniem realizowanym przez BOT jest bieżąca analiza stopnia zużycia
zmęczeniowego i pełzaniowego głównych elementów turbiny. Po zakończeniu każdego cyklu
pracy turbiny podawany jest aktualny stopień zużycia jej głównych elementów.
Przebiegi czasowe parametrów
procesowych turbiny
Modelowanie naprężeń i zużycia elementów
turbiny w trybie on-line
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są koncerny energetyczne, elektrownie, elektrociepłownie,
firmy diagnostyczne oraz przedsiębiorstwa zajmujące się oceną stanu technicznego,
produkcją, eksploatacją oraz remontami maszyn i urządzeń.
Politechnika Śląska 15
Pracownicy Instytutu posiadają wieloletnie doświadczenie w opracowywaniu tego typu
systemów. Są autorami kilku wersji bloków ograniczeń termicznych zainstalowanych na
kilkudziesięciu turbinach. W tym zakresie prowadzili współpracę oraz opracowali algorytmy
BOT dla firm Alstom Power, GE Power, Westinghouse Electric i innych.
16 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
PLANOWANIE GOSPODARKI DIAGNOSTYCZNO-REMONTOWEJ
Osoba do kontaktu
prof. dr hab. inż. Andrzej Rusin;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-26
Opis oferty
Strategie remontowe stosowane w wielu gałęziach przemysłu, w tym również w energetyce,
można podzielić na trzy zasadnicze grupy. Pierwszą grupą strategii diagnostyczno-
remontowych jest planowanie działań w ustalonych z góry okresach. Zarówno zakres obsługi,
jak i moment jej przeprowadzenia jest dobierany arbitralnie przy uwzględnieniu zasobu
doświadczeń remontowych nabytych podczas poprzednich obsług danego typu obiektów.
Druga grupa działań opiera się na wykorzystaniu wiedzy o aktualnym stanie technicznym
obiektu. Metodologia zwana również CBM – Condition Based Maintenance uzależnia
decyzje remontowe od tzw. diagnostycznych symptomów stanu technicznego. Ostatnia grupa
strategii remontowych opiera się na analizie niezawodności lub ryzyka technicznego na
podstawie probabilistycznych badań historii eksploatacji oraz predykcji ryzyka w dalszych
okresach eksploatacji.
Proponowana oferta dotyczy opracowania harmonogramu działań diagnostyczno-
remontowych, w tym określania zakresu i okresu przeprowadzania diagnostyki i remontu
w oparciu o analizę ryzyka stwarzanego przez dany obiekt. Optymalny czas przeprowadzania
diagnostyki, a także optymalny czas naprawy lub wymiany elementów obliczany jest na
podstawie optymalizacji wskaźnika zdyskontowanych przepływów finansowych NPV, w tym
kosztów finansowych ponoszonego ryzyka oraz kosztów związanych z nakładami na
działania obniżające ryzyko.
Analiza ryzyka elementów turbiny
Wartość wskaźnika NPV w zależności od okresu
przeprowadzania badań diagnostycznych
Politechnika Śląska 17
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są koncerny energetyczne, elektrownie, elektrociepłownie,
firmy diagnostyczne oraz przedsiębiorstwa zajmujące się oceną stanu technicznego,
produkcją, eksploatacją oraz remontami maszyn i urządzeń.
Pracownicy Instytutu posiadają wieloletnie doświadczenie w przeprowadzaniu oceny stanu
technicznego elementów maszyn i urządzeń energetycznych oraz w prognozowaniu dalszego
bezpiecznego okresu ich eksploatacji. W tym zakresie wykonali kilkadziesiąt ekspertyz,
prowadzili także współpracę z firmami Alstom Power, GE Power, Doosan i innych.
18 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
PROJEKT INSTALACJI CHŁODZENIA WYMUSZONEGO TURBINY
PO ODSTAWIENIU BLOKU
Osoba do kontaktu
prof. dr hab. inż. Andrzej Rusin; e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-26
dr hab. inż. Wojciech Kosman; e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-59
Opis oferty
Oferta dotyczy instalacji szybkiego obniżenia temperatury elementów turbin parowych po
odstawieniu bloku energetycznego, co znacznie skraca czas pomiędzy wyłączeniem maszyny
i rozpoczęciem remontu. Temperatura elementów turbin po odstawieniu spada w naturalny
sposób na skutek stygnięcia. Proces ten jest jednak stosunkowo wolny i długotrwały. Dla
typowych jednostek dużej mocy obejmuje zwykle 6 do 10 dni. W tym czasie nie można
podejmować żadnych prac remontowych. Wykorzystanie chłodzenia wymuszonego skraca
czas obniżenia temperatury do około dwóch dni. Oznacza to mniejsze straty ekonomiczne
z powodu postoju maszyny.
Proponowana instalacja chłodzenia wymuszonego wykorzystuje sprężone powietrze. Projekt
instalacji wymaga doboru odpowiedniego miejsca dostarczenia powietrza do turbiny
i kierunku przepływu powietrza przez maszynę. Zagadnienia te są rozpatrywane
indywidualnie dla każdej turbiny z uwzględnieniem jej konstrukcji i ograniczeń
eksploatacyjnych. Instalacja nie wymaga zmian konstrukcyjnych w samej turbinie, a jedynie
wykonania dodatkowych przyłączy na wybranych rurociągach. Gotowy projekt zawiera
również wytyczne odnośnie do ograniczeń wymuszonego chłodzenia związanych
z bezpieczeństwem tego procesu.
Temperatura głównych elementów turbiny
dużej mocy w trakcie chłodzenia
wymuszonego
Fragment schematu instalacji chłodzenia
wymuszonego
Politechnika Śląska 19
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są koncerny energetyczne, elektrownie i elektrociepłownie
eksploatujące turbiny parowe dużych mocy, a także producenci turbin parowych.
Pracownicy Instytutu posiadają wieloletnie doświadczenie w opracowywaniu tego typu
instalacji. Wykonali szereg projektów systemów chłodzenia wymuszonego dla turbin
parowych średniej i dużej mocy w Polsce i zagranicą. W tym zakresie prowadzili współpracę
między innymi z firmami Alstom Power, Tauron, CEZ i innymi.
20 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OCENA RYZYKA ZWIĄZANEGO Z TRANSPORTEM I MAGAZYNOWANIEM
SUBSTANCJI NIEBEZPIECZNYCH
Osoba do kontaktu
prof. dr hab. inż. Andrzej Rusin; e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-26
dr. inż. Katarzyna Stolecka; e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-60
Opis oferty
Identyfikacja i ocena zagrożeń związanych z uwolnieniem substancji niebezpiecznych jest
jednym z podstawowych etapów analizy ryzyka związanego z awariami instalacji
technologicznych. Określenie stref bezpieczeństwa w przypadku awarii jest istotnym
czynnikiem pozwalającym na zminimalizowanie jej niebezpiecznych skutków. Proponowane
analizy pozwalają na oszacowanie zarówno rozmiaru potencjalnej awarii oraz ocenę jej
następstw związanych z oddziaływaniem niekontrolowanego uwolnienia substancji
niebezpiecznych. W analizach wykorzystuje się specjalistyczne oprogramowanie oparte na
modelowaniu numerycznym potencjalnych uszkodzeń infrastruktury np. gazociągów, a także
programy pozwalające na modelowanie rozprzestrzeniania się substancji niebezpiecznych
oraz skutków pożarów i wybuchów.
Strefy bezpieczeństwa dla pożaru propanu
Strefy bezpieczeństwa dla uwolnienia wodoru
Model mechanicznego uszkodzenia rurociągu
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są przedsiębiorstwa wykorzystujące w swojej działalności
substancje chemiczne, które ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne, w trakcie
uwolnienia do atmosfery mogą stwarzać zagrożenie. Odbiorcami analiz mogą być również
zakłady, jednostki samorządowe przygotowujące raporty odnośnie zagrożeń związanych
z awariami infrastruktury krytycznej.
Politechnika Śląska 21
OCENA ORAZ POPRAWA RENTOWNOŚCI ELEKTROWNI WODNYCH
I WIATROWYCH
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sławomir Dykas, prof. PŚ; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-71
dr hab. inż. Leszek Remiorz, prof. PŚ; e-mail: [email protected], tel. 32 237-26-26
Opis oferty
W zakresie oceny i poprawy rentowności małych elektrowni wodnych i wiatrowych
proponowana jest:
ocena uwarunkowań formalnych i administracyjnych związanych z zabudową
turbozespołu, w tym m.in. ocenę oddziaływania na środowisko, warunki zabudowy,
prawa do nieruchomości, pozwolenie na budowę, warunki przyłączeniowe, promesa
i koncesja;
określenie miejsca zabudowy turbiny wraz z generatorem;
dobór typu turbiny i generatora;
ocena sposobu obsługi turbozespołu (zagadnienia eksploatacyjne);
ocena sposobu realizacji zrzutu wody podczas przerw w pracy turbozespołu,
w przypadku elektrowni wodnej;
ocena sposobu wyprowadzenia mocy z turbozespołu;
szacowany koszt inwestycji wraz z czasem realizacji;
szacowana wartość produkcji energii elektrycznej wraz z przychodami;
budowa systemu diagnostyczno-pomiarowego.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są firmy energetyczne, małe i średnie przedsiębiorstwa,
jednostki badawcze, oraz osoby prywatne zainteresowana tzw. energetyką prosumencką.
22 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OZNACZANIE WŁASNOŚCI PALIW
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sylwester Kalisz, prof. PŚ;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-63
Opis oferty
Ocena jakości surowców energetycznych jest możliwa między innymi dzięki wykonaniu
analizy technicznej paliw, do której podstawowych parametrów zalicza się oznaczenie:
wilgoci, popiołu, części lotnych oraz ciepła spalania i wartości opałowej. Na podstawie
otrzymanych wyników uzyskuje się podstawowe informacje na temat budowy oraz
właściwości użytkowych danego paliwa. Sumaryczna zawartość wilgoci oraz popiołu stanowi
balast w próbce paliwa. Zawartość części lotnych pozwala określić stopień uwęglenia, od
którego zależy wartość użytkowa substancji organicznej. Natomiast dzięki oznaczeniu ciepła
spalania i wartości opałowej możliwa jest ocena jakości paliwa jako surowca energetycznego.
Oferta obejmuje przeprowadzenie podstawowej analizy technicznej między innymi przy
użyciu pieców firmy Czylok. Piec muflowy z komorą ceramiczną zapewnia jednolity rozkład
temperatury oraz pracę w różnych temperaturach, w tym w maksymalnej do 1300°C. Jest on
przeznaczony do prowadzenia procesów cieplnych w laboratoriach ze szczególnym
zastosowaniem w warunkach występowania w komorze środowiska agresywnego w postaci
gazów, pyłów, itp. Piec komorowy posiada zastosowanie głównie do prowadzenia procesów
cieplnych wymagających szybkiego wzrostu temperatury przy zachowaniu równomiernego
rozkładu temperatury. Charakteryzuje się krótkim czasem nagrzewania oraz dobrym
rozkładem temperatury w komorze. Maksymalna temperatura pracy to 1300°C.
Oznaczenie zawartości wilgoci wg. PN-G-04511:1980;
Oznaczenie zawartości popiołu wg. PN-G-04512:1980;
Oznaczenie zawartości części lotnych wg. PN-G-04516:1998;
Oznaczenie ciepła spalania/wartości opałowej wg. PN-ISO 1928:2002.
Laboratoryjny piec muflowy typ FCF2,5SHM
Politechnika Śląska 23
Laboratoryjny piec komorowy typ FCF 22HM
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie, przedsiębiorstwa
zajmujące się produkcją oraz przetwarzaniem paliw biomasowych lub węglowych, jednostki
naukowe.
Wykorzystanie paliw biomasowych oraz węglowych wymaga znajomości podstawowej
analizy technicznej. Zaproponowane badania mogą służyć do otrzymania informacji na temat
budowy oraz właściwości użytkowych danego paliwa, co jest niezbędne w celu prowadzenia
oraz optymalizacji procesu spalania.
24 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OBLICZENIA BILANSOWE KOTŁA, REGENERACYJNEGO OBROTOWEGO
PODGRZEWACZA POWIETRZA (ROPP), WSTĘPNEGO PAROWEGO
PODGRZEWACZA POWIETRZA (PPP)
Osoba do kontaktu
dr inż. Wacław Wojnar;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-74
Opis oferty
Wykonywanie obliczeń w pełni zbilansowanym modelem zerowymiarowym kotła opartym
na danych pomiarowych oraz wykorzystujących metodykę opracowaną na podstawie badań
przeprowadzonych na Politechnice Śląskiej oraz w krajowych kotłach pyłowych.
Model opiera się na cieplno-przepływowych obliczeniach bilansowych całego kotła,
uwzględniając wszystkie powierzchnie wymiany ciepła w kierunku przepływu spalin
(komora spalania, przegrzewacze, podgrzewacz wody i powietrza). Uwzględnia on także
wymiary kotła (głębokość, szerokość, wysokość) oraz wymiary wymienników ciepła wraz ze
średnicą i długością rur, podziałkami, liczbą rur oraz liczbą rzędów rur. W modelu
zerowymiarowym brane są pod uwagę również zanieczyszczenia i efektywność cieplna rur
w obliczeniach wymiany ciepła między spalinami a czynnikiem roboczym. Model podaje
temperaturę spalin i czynnika roboczego za każdą powierzchnią wymiany ciepła. Daje
również informacje o prędkościach spalin i czynnika roboczego. W obliczeniach komory
paleniskowej uwzględnia rozmieszczenie ekranów wodnych oraz emisyjność komory
i płomienia.
Koncepcja układu geometrycznego parowego podgrzewacza powietrza PPP
Celem oferty są również obliczenia eksploatacyjne ROPP w zmiennych warunkach
termodynamicznych przy różnych typach wypełnień i stanie ich zanieczyszczenia.
Politechnika Śląska 25
Celem oferty są również wielowariantowe obliczenia cieplne i aerodynamiczne doboru cech
konstrukcyjnych oraz opracowanie koncepcji geometrycznej wstępnego parowego
podgrzewacza powietrza (PPP) dla kotłów pracujących w bloku energetycznym. Wyniki te są
między innymi podstawą do stworzenia charakterystyk eksploatacyjnych parowego
podgrzewacza powietrza.
Przykładowy wymiennik ciepła PPP Zależność temperatury podgrzanego
powietrza t2 od strumienia pary Dw
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie oraz przedsiębiorstwa
zajmujące się oceną stanu technicznego, produkcją, eksploatacją oraz remontami maszyn
i urządzeń.
Możliwość przeprowadzenia wielowariantowych obliczeń kotła, popartych danymi
pomiarowymi, daje dużo istotnych informacji dotyczących poszczególnych obszarów pracy
urządzenia kotłowego.
Dla wybranego typu regeneracyjnego obrotowego podgrzewacza powietrza (wielkość,
obciążenie masowe) i zaproponowanego wypełnienia dla zimnego i gorącego końca program
realizuje obliczenia cieplne i aerodynamiczne dla każdego z tych wypełnień. Koncepcja taka
pozwala na analizę różnych wariantów i wybór optymalnego ze względu na minimum
kosztów inwestycyjnych, oporów aerodynamicznych, odporności na korozję itp. założeń.
W okresach niskich temperatur otoczenia powietrze doprowadzane do kotłów energetycznych
poddawane jest wstępnemu podgrzewowi powietrza za pomocą pary o średnich i niskich
parametrach. Wstępny podgrzew zapobiega obniżeniu temperatury ścianek wypełnienia na
zimnym końcu wirnika regeneracyjnego obrotowego podgrzewacza powietrza poniżej punktu
rosy kwasu siarkowego. Zapobiega zatem wystąpieniu zjawisk niskotemperaturowej korozji
siarkowej. Pełny kilkuletni cykl prac analitycznych, badawczych i konstrukcyjnych,
skrupulatne zbieranie doświadczeń eksploatacyjnych realizowane we współpracy IMiUE
Politechniki Śląskiej z Rafako S.A. – Racibórz i FAU FAMET S.A. – Kędzierzyn Koźle
26 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
zaowocowały opracowaniem nowej generacji i dojrzałej konstrukcji parowych podgrzewaczy
powietrza. Wymienniki wg zaproponowanych rozwiązań stanowią wyposażenie kotłów
elektrowni i elektrociepłowni zawodowych i przemysłowych w kraju i za granicą.
W wymienniki te zaopatrzone są miedzy innymi kotły elektrowni i elektrociepłowni:
Bełchatów, Opole, Kozienice, Dolna Odra, TAI YUAN, Turów, KUTCH (Indie), Żerań,
Włocławek, Białystok, Gdańsk, Kwidzyń, Siekierki i inne.
Politechnika Śląska 27
PRZEPROWADZENIE ANALIZ TERMODYNAMICZNYCH SIŁOWNI
CIEPLNYCH ORAZ ZŁOŻONYCH UKŁADÓW ENERGETYCZNYCH
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Włodzimierz Wróblewski, prof. PŚ; e-mail: [email protected],
tel. 32 237-27-15
dr. inż. Sebastian Rulik; e-mail: [email protected], tel. 32 237-20-64
Opis oferty
Zakres przedstawionej oferty obejmuje możliwość przeprowadzenia analiz
termodynamicznych złożonych układów energetycznych takich jak elektrownie lub
elektrociepłownie oraz mniejszych układów energetycznych o prostszej strukturze. Badania te
mogą być także rozszerzone o analizę pracy układu chłodzenia.
Zakres proponowanych badań obejmuje wykorzystanie zarówno metody entalpowej jak
i entropowej. Badania mogą być uzupełnione także o wykonanie analizy ekonomicznej
danego rozwiązania. W prowadzonych przez nas badaniach wykorzystujemy zarówno
oprogramowanie komercyjne typu Ebsilon lub GateCycle jak i oprogramowanie własne
rozwijane od szeregu lat. Istnieje także możliwość przygotowania oprogramowania do
analizy wybranych zagadnień według wytycznych zamawiającego. Poza analizami
termodynamicznymi obiegów cieplnych oferujemy także możliwość zaprojektowania jak
i analizy pracy wymienników ciepła różnego typu.
Analiza koncepcji zastosowania podwójnego przegrzewu pary
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są różnego typu biura konstrukcyjne oraz firmy
energetyczne poszukujące możliwości weryfikacji nowych rozwiązań konstrukcyjnych
w zakresie opracowania oraz modernizacji struktury obiegów cieplnych oraz układów ich
chłodzenia.
28 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OPRACOWYWANIE STRUKTUR HYBRYDOWYCH ŹRÓDEŁ
ROZPROSZONYCH POD PROFIL DZIAŁALNOŚCI INWESTORA
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Łukasz Bartela, prof. PŚ;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-24-92
Opis oferty
Przeprowadzamy kompleksowe analizy mające na celu optymalny dobór technologii
pozyskiwania finalnych produktów energetycznych, ukierunkowany na energetyczne
potrzeby klienta. Strukturę systemów hybrydowych oraz wielkości proponowanych maszyn
i urządzeń dobieramy w oparciu o lokalny potencjał energetyczny oraz audyt potrzeb
własnych. Określamy środowiskowe oraz ekonomiczne efekty synergii dla współpracy
technologii w ramach systemu hybrydowego, będącego najczęściej systemem, gdzie udział
w produkcji energii finalnej (energii elektrycznej, ciepła, chłodu) mają źródła
konwencjonalne oraz źródła wykorzystujące energię odnawialną. Wielopłaszczyznowe
optymalizacje przeprowadzamy zgodnie z uzgodnionym z klientem kryterium oceny
z uwzględnieniem aspektów finansowych, niezawodnościowych oraz wizerunkowych.
W ramach studium przeprowadzamy analizę ryzyka inwestycyjnego, pozwalającą na
uwzględnienie uzgodnionych scenariuszy makro- oraz mikroekonomicznego otoczenia
inwestycji. Posiadamy doświadczenie w zakresie technologii wschodzących, tj. modułów
ORC, silników Stirlinga, zmiennofazowych zasobników ciepła, koncentratorów
promieniowania słonecznego, systemów magazynowania energii elektrycznej.
Dla proponowanych układów hybrydowych przeprowadzamy kompleksowe studia
wykonalności inwestycji.
Poniżej przedstawione zostały dwie struktury systemu ukierunkowane na spełnienie potrzeb
energetycznych klienta: A) wyjściowa superstruktura systemu, B) finalna struktura
stanowiąca wynik optymalizacji ekonomicznej.
Politechnika Śląska 29
A)
B)
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są średnie oraz duże przedsiębiorstwa działające w branży
przetwórczej, dysponujące odpadami o średnim i niskim potencjale energetycznym, jak
również branża hotelarska oraz jednostki samorządu terytorialnego o rozproszonym
potencjale energetycznym.
Generacja chłodu
Układ kogeneracyjny ze zgazowaniem biomasy
Generacja energii elektrycznej
Kocioł gazowy
Zasobnik ciepła
Generator zgazowania
biomasy
Chłodnica gazu
pocesowego
Instalacja oczyszczania
gazu procesowego
Silnik tłokowy Chłodnica gazów
spalinowych
Biomasa(leśna odpadowa, agro)
Silnik Stirlinga
Moduł ORCChłodziarka absorpcyjna
Absorpcyjna pompa ciepła
Sprężarkowa pompa ciepła(gruntowa z układem
rewersyjnym)
Instalacja koncentratorów promieniowania słonecznego na olej termalny
Zasobnik biomasy suchej
Suszarnia biomasy
Odpady z oczyszczalni ścieków
Zbiornik wody lodowej
Chłodnica oleju
termalnego III
Chłodnica oleju
termalnego II
Gaz ziemny
Chłodnica oleju
termalnego IOdbiór chłodu
Odbiór ciepła użytecznego(ciepło technologiczne, ciepło grzewcze, instalacje basenowe, i in.)
Zasobnik wody
niskotempe--raturowej
Generacja chłodu
Generacja energii elektrycznej
Kocioł gazowy
Zasobnik ciepła
Moduł ORCChłodziarka absorpcyjna
Instalacja kolektorów słonecznych
Zbiornik wody lodowej
Chłodnica oleju
termalnego II
Gaz ziemny
Chłodnica oleju
termalnego IOdbiór chłodu
Odbiór ciepła użytecznego(ciepło technologiczne, ciepło grzewcze, instalacje basenowe, i in.)
Turbina gazowa Gaz ziemny
30 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OPRACOWYWANIE KONCEPCJI WIELKOSKALOWYCH SYSTEMÓW
MAGAZYNOWANIA CIEPŁA ORAZ ENERGII ELEKTRYCZNEJ
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Łukasz Bartela, prof. PŚ;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-24-92
Opis oferty
Posiadamy doświadczenie w zakresie prowadzenia analiz technicznych dla systemów
magazynowania energii o średnim oraz dużym potencjalne akumulacyjnym. Specjalizujemy
się w segmencie wschodzących technologii magazynowania energii elektrycznej,
wykorzystujących jako nośnik energii wodór lub sprężone powietrze. W tym zakresie
jesteśmy autorami innowacyjnych koncepcji systemów hybrydowych, integrujących różne
technologie magazynowania energii oraz integrujących systemy magazynowania z silnikami
cieplnymi. Specjalizujemy się w zakresie tworzenia studiów wykonalności dla technologii
magazynowania o wysokim stopniu innowacyjności, co czyni nas właściwymi partnerami
w zakresie ubiegania się o projekty badawcze. Posiadamy kompetencje w obszarze
technologii magazynowania ciepła, które są ukierunkowane na zwiększanie elastyczności
bloków energetycznych kondensacyjnych oraz ciepłowniczych. Współpracujemy na gruncie
badań i rozwoju technologicznego z wiodącymi instytutami badawczymi oraz największymi
w kraju biurami projektowymi. Prowadzone przez nas analizy obejmują problematykę
współpracy systemu magazynowania energii z całym systemem elektroenergetycznym lub też
z wydzielonym systemem wytwórczym. Analizy obejmują głębokie rozpoznanie aspektów
technicznych, w tym rozpoznanie dojrzałości technologicznej, jak również ukierunkowane są
na kompleksowe prowadzenie ocen efektywności ekonomicznej, włącznie z analizami
ryzyka. Dla prowadzenia analiz systemowych wykorzystujemy oprogramowanie komercyjne
lub zweryfikowane kody własne. Współpracujemy z ekspertami z zakresu górnictwa
i geoinżynierii w obszarze adaptacji infrastruktury górniczej dla organizacji zbiorników na
sprężone powietrze.
Poniżej przedstawiona została autorska koncepcja systemu hybrydowego integrującego
system magazynowania energii w sprężonym powietrzu z systemem magazynowania energii
w wodorze.
Politechnika Śląska 31
M
12
14 15 17
20
19
22 23 24
25
28
29
MIX1
MIX2
SP
R1 R2 R3
HX2
HX4
HX5
SEP1
H2O
SNG
Methanization Sub-system
HX6
Air
AirC1 AirC2 AirC3M
CAir-T
FGEx
CCH
H2 Generator
H2O Water treatment
installation
H2-T
O2-T
G
86
CO2C2
SNGC2
Hydrogen
Production
Sub-system
Compressed Air
Energy Storage Sub-system
SNG Oxy-Combustion
Sub-system
Drying
Sub-system
H2O-T
CO2C1
O2C
H2C
SNGC1
1 3
4 5
6
7
13
21
71
2
8
9
11
41
30
34
36
31
35
37
42 43 44 45 46 47
48
39
5052
10
49
72 73
74
52
81
83
84
85
16
HX1
82
26
38
18
32
33
M
M
M
51
HX3
HX8 HX9 HX10HX11
HX12
HX13 SEP2
AirEx
27HX7
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są firmy projektowe, przedsiębiorstwa zajmujące się
wytwarzaniem finalnych produktów energetycznych, jak również krajowi operatorzy:
systemu elektroenergetycznego oraz gazociągów oraz firmy działające w branży gazowniczej,
chemicznej i petrochemicznej.
32 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
TWORZENIE STUDIÓW WYKONALNOŚCI DLA INWESTYCJI
W ENERGETYCE
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Łukasz Bartela, prof. PŚ;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-24-92
Opis oferty
Posiadamy bogate doświadczenie w zakresie realizacji studiów wykonalności dla projektów
inwestycyjnych w branży energetycznej. Specjalizujemy się w zakresie tworzenie studiów
wykonalności dla technologii o wysokim stopniu innowacyjności. Przeprowadzamy analizy
dla szerokiego spektrum technologii magazynowania energii. Posiadamy kompetencje
w obszarze technologii węglowych, gazowych oraz w obszarze szeroko pojętej energetyki
źródeł odnawialnych. W ramach zakresu prac ukierunkowanych na ocenę potencjału
modernizacji istniejącego systemu przeprowadzamy jego audyt. Współpracujemy
z największymi krajowymi biurami projektowymi wykonującymi kompleksowe projekty
wykonawcze dla energetyki oraz gazownictwa. Analizy dostępnych technologii obejmują
głębokie rozpoznanie wszelkich aspektów technicznych oraz ekonomicznych, mających
wpływ na efektywność ekonomiczną inwestycji. Dla prowadzenia analiz systemowych,
wykorzystujemy oprogramowanie komercyjne lub zweryfikowane kody własne.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są przedsiębiorstwa zajmujące się wytwarzaniem finalnych
produktów energetycznych, przesyłem nośników energii oraz przedsiębiorstwa usługowe
zajmujące się modernizacją oraz remontami systemów energetycznych.
BADANIA
EKSPERYMENTALNE
I POMIARY
34 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
WYZNACZANIE PEŁNYCH CHARAKTERYSTYK AERODYNAMICZNYCH
I AKUSTYCZNYCH MASZYN PRZEPŁYWOWYCH
Osoba do kontaktu
dr inż. Mirosław Majkut;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-22-27
Opis oferty
W Laboratorium „Maszyn Przepływowych” IMiUE realizowane są badania mające na celu
wyznaczanie pełnych charakterystyk pracy urządzeń (wentylatory, dmuchawy, itp.) głównie
prowadzone zgodnie z normami PN ISO 5801 i PN-EN ISO 3746. Na wyposażeniu
Laboratorium znajdują się trzy rurociągi pomiarowe, służące do wyznaczania pełnych
charakterystyk aerodynamicznych i akustycznych maszyn przepływowych o średnicy 600 mm,
250 mm i 100 mm. Stanowiska te, w zależności od konfiguracji i zakresu pracy badanych
urządzeń, wyposażone są w odpowiednią aparaturę do badań ciśnienia, temperatury oraz
strumienia przepływu.
Stanowisko do wyznaczania charakterystyk aerodynamicznych wentylatorów (śr. 600 mm)
Rurociągi pomiarowe mogą być dodatkowo wyposażone w aparaturę pozwalającą na
uzyskanie informacji o widmie hałasu w postaci poziomów w pasmach tercjowych,
oktawowych lub innych zwanych poziomami widmowymi. Takie dane umożliwiają ocenę
porównawczą maszyn oraz ocenę poziomu hałasu maszyny w dowolnych znanych warunkach
akustycznych. Wyznaczane charakterystyki akustyczne mogą być wykorzystane do
sporządzania atestu akustycznego badanych maszyn. Ponadto badania te mogą służyć
identyfikacji i lokalizacji źródeł hałasu w celu ich minimalizacji.
W Laboratorium znajduje się także instalacja podciśnieniowa, w skład której wchodzi: pompa
Politechnika Śląska 35
próżniowa typu Roots’a o wydajności 600 Nm3/min (0,2 kg/s), zbiornik ciśnieniowy
o objętości 3 m3 oraz system rurociągów o średnicy 100 mm, łączący instalację
podciśnieniową ze stanowiskiem badawczym z zabudowanym systemem pomiarowym.
Minimalne ciśnienie możliwe do osiągnięcia w sposób ciągły na wyjściu z instalacji
podciśnieniowej wynosi 50 kPa(a). Łączna objętość instalacji (zbiornik i rurociągi) wynosi
ponad 3,5 m3 – objętość ta jest niezbędna w celu zapewnienia stabilnych i powtarzalnych
warunków pomiarowych w badanych tunelach pomiarowych stanowiska.
Widok na Laboratorium Maszyn Przepływowych IMiUE
Instalacja ta ze względu na swoją dużą stabilność pracy oraz wysoką dokładność
w wyznaczaniu i regulacji strumienia przepływu, a także pozostałych parametrów,
w zależności od konfiguracji układów pomiarowych, może znaleźć zastosowanie w różnego
typu naukowych i przemysłowych zadaniach badawczych.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją, modernizacją,
eksploatacją oraz remontami maszyn i urządzeń, a także oceną stanu technicznego.
Obszary zastosowań:
implementacja nowoczesnych technik pomiarowych;
badania wzajemnego oddziaływania wieńców łopatkowych;
eksperymentalne badania wiarygodności obliczeń numerycznych;
badanie zjawisk przepływowych w niestacjonarnym obszarze charakterystyki;
wyznaczanie pełnych charakterystyk aerodynamicznych wentylatorów i dmuchaw.
36 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
KOMPLEKSOWA REALIZACJA PROTOTYPOWYCH LABORATORYJNYCH
I PRZEMYSŁOWYCH STANOWISK POMIAROWYCH
Osoba do kontaktu
dr inż. Mirosław Majkut;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-22-27
Opis oferty
Dysponujemy bogatym zapleczem oraz wieloletnim doświadczeniem w zakresie konstrukcji
zautomatyzowanych badawczych stanowisk laboratoryjnych i dydaktycznych. Pomagamy
w realizacji prototypowych rozwiązań stanowisk współpracujących z komputerem.
Zajmujemy się oprzyrządowaniem i programowaniem torów pomiarowych sygnałów wolno
i szybkozmiennych w różnych dziedzinach techniki.
Przykłady stanowisk badawczych zrealizowanych w ostatnich latach we współpracy
z partnerami przemysłowymi i instytucjami naukowymi:
wykonanie oprogramowania w środowisku LABVIEW sterującego pracą stanowiska
testowego do badań wentylatorów promieniowych,
oprzyrządowanie i oprogramowanie systemu pomiarowego stanowiska badań
aerodynamicznych wentylatorów i dmuchaw,
oprzyrządowanie i oprogramowanie systemu pomiarowego stanowiska badań
przepływu pary mokrej na stanowisku mini siłowni kondensacyjnej,
opracowanie układu pomiarowego oraz wykonanie oprogramowania do
fotobioreaktora,
stanowisko eksperymentalne do badań hydrodynamiki przepływu układów
wielofazowych,
stanowisko do sterowania i automatyzacji pracy układu bioreaktora SBR,
opracowanie układu pomiarowego oraz wykonanie oprogramowania do indykacji
i rejestracji parametrów pracy silników spalinowych,
konfiguracja oprogramowania własnego PhaseFLOW i dostosowanie go do układu
pomiarowego stanowiska badania hydrodynamiki przepływu układów wielofazowych,
skomputeryzowany system pomiarów na stacji prób oraz program do w pełni
automatycznego pomiaru charakterystyk pomp odśrodkowych,
stanowisko do badań częstotliwości własnych łopatek wentylatorów metodą
pobudzenia.
Poniżej przedstawione zostały przykładowe wizualizacje realizowanych projektów.
Politechnika Śląska 37
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją, modernizacją,
eksploatacją oraz remontami maszyn i urządzeń a także oceną stanu technicznego.
Projektowane i wykonywane kompleksowe układy mogą znaleźć głównie zastosowanie
w realizacji zadań i projektów naukowo-badawczych.
38 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
ZAAWANSOWANE BADANIA EKSPERYMENTALNE
MASZYN PRZEPŁYWOWYCH
Osoba do kontaktu
dr inż. Mirosław Majkut;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-22-27
Opis oferty
W Laboratorium „Maszyn Przepływowych” IMiUE realizowane są głównie badania
eksperymentalne związane z tematyką zjawisk przepływowych zachodzących w kanałach
przepływowych maszyn wirujących. Prowadzone są tutaj również badania związane
z oddziaływaniem tychże zjawisk na otoczenie np. badania akustyki oraz hałaśliwości pracy
maszyn wirujących oraz szeroko pojętej diagnostyki drgań. Realizowane są badania mające
charakter zarówno naukowy jak i typowo przemysłowy, a także badania prowadzone na
drodze wzajemnie uzupełniających się metod: eksperymentalnych oraz analizy numerycznej.
Na wyposażeniu Laboratorium znajdują się:
trzy rurociągi pomiarowe, służące do wyznaczania pełnych charakterystyk
aerodynamicznych i akustycznych maszyn przepływowych o średnicy 600 mm,
250 mm i 100 mm;
instalacja podciśnieniowa w skład której wchodzi: pompa próżniowa typu Roots’a
o wydajności 600 Nm3/min (0,2 kg/s), zbiornik ciśnieniowy o objętości 3 m3 oraz
system rurociągów o średnicy 100 mm łączący instalację podciśnieniową ze
stanowiskiem badawczym z zabudowanym systemem pomiarowym. Minimalne
ciśnienie możliwe do osiągnięcia w sposób ciągły na wyjściu z instalacji
podciśnieniowej wynosi 50 kPa(a);
Modelowy osiowy stopień sprężający o średnicy 1 m
Politechnika Śląska 39
modelowy osiowy stopień sprężający OSS 1000 składający się z wlotowej kierownicy
regulacyjnej, koła wirnikowego o średnicy zewnętrznej 1,0 m, stosunku średnic 0,56,
z 16-toma wymiennymi łopatkami o wybranej konfiguracji, kierownicy tylnej oraz
krótkiego zakrzywionego dyfuzora z żaluzjowymi łopatkami do dławienia przepływu.
Stanowisko to jest w całości opomiarowane i zautomatyzowane umożliwiające
uzyskiwanie powtarzalnych wyników badań dla różnych geometrii łopatek.
W laboratorium uruchomiono i wykorzystywane są m.in. następujące techniki badawcze:
1. Metoda badania pola prędkości poprzez próbkowanie zsynchronizowane z kątowym
położeniem koła wirnikowego; wykorzystywane są przy tym różne, pracujące na
całkowicie odmiennej zasadzie, techniki pomiarowe:
kontaktowe, z wykorzystaniem termoanemometrycznych sond pomiarowych
z trójrozdzieloną folią (TSFP) oraz sond pneumatycznych spiętrzających,
bezkontaktowe z wykorzystaniem trójwymiarowego dopplerowskiego anemometru
laserowego (LDA).
2. Metoda badania pola ciśnień:
zestaw piezorezystancyjnych czujników ciśnienia na różne zakresy pomiarowe
zarówno do pomiaru sygnałów szybkozmiennych jak i wolnozmiennych,
zestaw mikrofonów pomiarowych do badań hałasu i zjawisk akustycznych.
Dodatkowo laboratorium wyposażone jest w aparaturę umożliwiającą:
wzorcowanie sond prędkości na stanowisku tunelu aerodynamicznego o śr. 60 mm,
pomiar hałasu metodą techniczną (SONOPAN),
pomiar drgań łopatek i elementów wirujących na wstrząsarce do 60 kg,
wizualizację zmian gęstości przezroczystych mediów z użyciem techniki Schlieren,
wyznaczanie rozkładów ciśnienia na powierzchni badanych obiektów
z wykorzystaniem techniki farb czułych na ciśnienie (PSP).
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją, modernizacją,
eksploatacją oraz remontami maszyn i urządzeń a także oceną stanu technicznego.
Obszary zastosowań:
implementacja nowoczesnych technik pomiarowych;
badania wzajemnego oddziaływania wieńców łopatkowych;
eksperymentalne badania wiarygodności obliczeń numerycznych;
badanie zjawisk przepływowych w niestacjonarnym obszarze charakterystyki;
wyznaczanie pełnych charakterystyk aerodynamicznych wentylatorów i dmuchaw.
40 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIA EKSPERYMENTALNE PRZEPŁYWÓW PARY WODNEJ
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sławomir Dykas, prof. PŚ; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-71
dr inż. Krystian Smołka; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-42
Opis oferty
Instalacja badawcza tunelu parowego została zaprojektowana do prowadzenia badań
w warunkach odpowiadających rzeczywistym przepływom pary wodnej przez wieńce
łopatkowe ostatnich stopni turbin kondensacyjnych. Stanowisko to głównie służy do badań
zjawisk występujących w ostatnich stopniach turbin parowych, związanych z przepływami
okołodźwiękowymi pary mokrej, jednak jest ono również uniwersalnym narzędziem do
badań przepływu pary w szerokim zakresie temperatur, ciśnień i wilgotności w różnego
rodzaju kanałach przepływowych maszyn i urządzeń energetycznych.
Widok na laboratorium oraz przykładowa sekcja testowa z palisadą łopatkową
W skład instalacji wchodzi szereg maszyn i urządzeń, a najważniejsze z nich to kocioł
parowy Velox z urządzeniami pomocniczymi, stacja redukcyjno-schładzajaca, układ
próżniowy ze skraplaczem, chłodnia kominowa oraz komora pomiarowa. Para wodna
o parametrach p0 = 0,6 MPa, T0 = 525 K produkowana w kotle Velox kierowana jest do stacji
redukcyjno – schładzającej gdzie jej temperatura oraz ciśnienie są regulowane do pożądanej
wartości poprzez wtrysk wody we współprądzie. Kocioł Velox charakteryzuje się dobrą
manewrowością, zapewniając stabilne parametry pary przegrzanej o wartościach
nominalnych ciśnienia p do 1,5 MPa i temperatury t do 300°C. Wymagane za komorą
pomiarową podciśnienie utrzymywane jest przez układ próżniowy. Wchodzące w skład
instalacji rurociągi DN150 oraz DN400, a także komora pomiarowa o szerokości 110 mm
wyposażone są w odpowiednią aparaturę do pomiarów ciśnienia, temperatury, stopnia
Politechnika Śląska 41
wilgotności oraz strumienia przepływu.
W laboratorium tunelu parowego uruchomiono i wykorzystywane są m.in. następujące
techniki badawcze:
pomiary ciśnień w obszarze badanych geometrii dysz lub palisad z użyciem
wysokoczęstotliwościowych przetworników ciśnień,
pomiar stopnia wilgotności pary,
wizualizacja przepływu z użyciem szybkiej kamery video (metoda Schlieren)
zsynchronizowana z pomiarami ciśnień,
pomiary wszystkich istotnych paramentów pracy badawczego tunelu parowego
z jednoczesną rejestracją i wizualizacją wyników,
pomiary wraz z akwizycją wybranych parametrów instalacji kotła, skraplacza oraz
chłodni kominowej.
Wybrane elementy systemu pomiarowego
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją, modernizacją,
eksploatacją oraz remontami maszyn i urządzeń przepływowych w których czynnikiem
roboczym jest para wodna.
Obszary zastosowań:
badania zjawisk przepływowych pary przez różnego rodzaju geometrie, np. dysz
i kanały wieńców łopatkowych,
opracowanie i implementacja nowych technik pomiarowych,
badania zjawisk zachodzących w przepływie pary z kondensacją,
walidacja wyników obliczeń numerycznych,
badania wzajemnego oddziaływania wieńców łopatkowych.
42 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
POMIARY PROCESÓW ZACHODZĄCYCH W SIŁOWNIACH PAROWYCH NA
STANOWISKU EKSPERYMENTALNYM SIŁOWNI CIEPLNEJ
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Leszek Remiorz, prof. PŚ; e-mail: [email protected], tel. 32 237-26-26
dr hab. inż. Sławomir Dykas, prof. PŚ; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-71
dr inż. Krystian Smołka; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-42
Opis oferty
Istniejący eksperymentalny układ energetyczny kocioł – turbina parowa – generator jest
układem unikatowym w skali kraju służącym do prowadzenia badań obiegów siłowni
parowych lub obiegów gazowo-parowych małej mocy. W laboratorium siłowni cieplnej małej
mocy prowadzone są głównie badania ruchowe układu gazowo-parowego typu Velox oraz
badania obejmujące analizę procesu ekspansji w turbinie parowej małej mocy. Prowadzone
mogą być tutaj również badania związane z oddziaływaniem tego typu układów na otoczenie
np. badania akustyki oraz hałaśliwości pracy maszyn wirujących.
Instalacja parowej siłowni kondensacyjnej małej mocy składa się z dwóch zasadniczych
obiegów. Jeden z obiegów służy do zasilania parą wodną turbiny kondensacyjnej, natomiast
drugi do zasilania tunelu parowego służącego do badań przepływów w dyszach oraz przez
proste palisady łopatkowe.
Komora spalania układu kotła typu Velox oraz ogólny schemat instalacji siłowni parowej
Zainstalowany w układzie kocioł typu Velox jest kotłem parowym, płomieniówkowo-
opłomkowym, produkującym parę przegrzaną o wydajności nominalnej 15 t/h. Dodatkowo
charakteryzuje się dobrą manewrowością, zapewniając stabilne parametry pary przegrzanej
o wartościach nominalnych ciśnienia do 1,5 MPa(a) i temperatury do 300°C. Kocioł jest
opalany gazem ziemnym średnioprężnym. Dodatkowo należy zaznaczyć, że w ciągu
spalinowym kotła realizowany jest obieg turbiny gazowej, która napędza sprężarkę powietrza.
Politechnika Śląska 43
Turbina o mocy znamionowej 520 kW jest turbiną parową kondensacyjną bez upustu pary –
typ VTG-15/12. W ostatnich latach został przeprowadzony kompleksowy remont turbiny
wraz z częściowym doposażeniem jej systemu pomiarowego co ma duży wpływ na
przedłużenie żywotności instalacji, a także stwarza wiele nowych możliwości
kompleksowych badań z jej użyciem. W układzie do schładzania wody chłodzącej służy
wentylatorowa chłodnia kominowa.
Turbina parowa VTG-15/12 wraz z generatorem oraz chłodnia kominowa
Wszystkie urządzenia wchodzące w skład instalacji są w całości opomiarowane co umożliwia
uzyskanie wartości wszystkich istotnych paramentów pracy instalacji kotła, turbiny parowej
i skraplacza, generatora elektrycznego oraz chłodni kominowej z jednoczesną rejestracją
i wizualizacją wyników skomputeryzowanym systemem pomiarowym.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją, modernizacją,
eksploatacją oraz remontami maszyn i urządzeń, a także oceną stanu technicznego.
Obszary zastosowań:
implementacja nowoczesnych technik pomiarowych i metod diagnostycznych,
eksperymentalne badania elementów układów siłowni cieplnej mocy, w tym armatury
(zaworów, schładzaczy pary, filtrów, itp.),
badania ruchowe siłowni cieplnych,
walidacja modeli obliczeniowych.
44 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIE CHARAKTERYSTYK AERODYNAMICZNYCH WENTYLATORÓW
PROMIENIOWYCH I OSIOWYCH ORAZ POMIAR ICH GŁOŚNOŚCI
Osoba do kontaktu
dr inż. Jarosław Dziuba;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-15
Opis oferty
Metodyka pomiarów charakterystyk pracy wentylatorów promieniowych i osiowych oparta
została na zaleceniach normy PN-65/M-53950 opisującej pomiar natężenia przepływu
płynów za pomocą zwężek oraz na normie PN/M-443010 stawiającej wymagania dotyczące
stanowiska pomiarowego, dostosowując je do wymagań normy ISO 5801.
W skład stanowiska pomiarowego do badań aerodynamicznych wentylatorów promieniowych
wchodzą: rurociąg pomiarowy, wlotowy stożek dławiący, wentylator promieniowy, spirala
zbiorcza o regulowanych wymiarach, silnik napędowy wraz z tyrystorowym układem
sterującym.
Stożek dławiący i rurociąg pomiarowy do pomiaru charakterystyk wentylatorów
promieniowych
Obudowa spiralna koła wirnikowego, łożysko i silnik napędowy wentylatora promieniowego
Politechnika Śląska 45
W skład stanowiska pomiarowego do badań aerodynamicznych wentylatorów osiowych
wchodzą: rurociąg pomiarowy, wlotowy stożek dławiący, wentylator osiowy, silnik
napędowy wraz z tyrystorowym układem sterującym.
Wentylator osiowy na stanowisku pomiarowym
Badania można przeprowadzić na rurociągach o średnicach 300, 400 oraz 600 mm.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie oraz przedsiębiorstwa
zajmujące się oceną stanu technicznego, produkcją, eksploatacją, sprzedażą oraz remontami
maszyn i urządzeń energetycznych.
Proponowane badania pozwalają na określenie charakterystyk wentylatorów promieniowych
i osiowych oraz ich głośności. Istnieje możliwość adaptacji stanowisk do wymagań
stawianych przez zamawiającego, oraz wykonanie badań na wentylatorze modelowym
(pomniejszonym w stosunku do rzeczywistego) i przeliczenie otrzymanych wyników.
46 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
SONDA DO POMIARU UDZIAŁU MASOWEGO
FAZY ROZPROSZONEJ W DWUFAZOWYCH PRZEPŁYWACH,
FAZA CIĄGŁA (PŁYN)/FAZA ROZPROSZONA
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sławomir Dykas, prof. PŚ; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-71
dr inż. Mirosław Majkut; e-mail: [email protected], tel. 32 237-22-27
dr inż. Krystian Smołka; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-42
Opis oferty
Przepływy dwufazowe fazy ciągłej (cieczy lub gazu) i rozproszonej (ciało stałe lub ciecz) są
powszechne zarówno w przyrodzie jak i technice. W technice tego typu przepływy
najczęściej związane są z zagadnieniami transportu hydraulicznego, pneumatycznego fazy
stałej lub zjawiskami związanymi z przemianami fazowymi, np. kondensacją różnego rodzaju
par, m.in. pary wodnej.
Proponowana sonda dedykowana jest trudnym pomiarom, dotyczącym przepływów z dużymi
prędkościami, nawet z prędkościami okołodźwiękowymi, oraz pozwala na obserwację zmian
dynamicznych w przepływie zachodzących z dużą częstotliwością. Umożliwia identyfikację
ilościową i jakościową fazy rozproszonej, udział objętościowy, masowy, rozmiar cząstek fazy
rozproszonej.
Duży potencjał aplikacyjny sondy istnieje w przypadku pomiarów stopnia wilgotności na
wylocie z kondensacyjnych turbin parowych.
Sonda do pomiaru parametrów fazy rozproszonej
Politechnika Śląska 47
Wymagania stawiane siłowniom cieplnym dotyczące minimalizacji ich szkodliwego wpływu
na środowisko naturalne i człowieka, niezależnie od obciążenia i parametrów pracy, wiążą się
z koniecznością rozbudowy systemu monitorującego poprzez m. in. zwiększenie ilości
mierzonych parametrów. Ma to miejsce zarówno w przypadku maszyn jak i urządzeń
energetycznych. Z tym, że obecnie główny nacisk kładziony jest na zespół kotłowy,
a znacznie mniejszy na maszyny przepływowe.
Kondensacyjne bloki parowe istnieją od ponad 100 lat z niezmienną technologią
energetyczną. Dzięki doświadczeniu eksploatacyjnemu zdobywanemu przez dziesiątki lat
oraz postępowi w dziedzinie modelowania numerycznego, modelowania stanów naprężenia
i odkształcenia oraz przepływu płynu, ponad dwukrotnie zwiększyła się sprawność
wytwarzania elektryczności w takich blokach. Obecne wymagania dotyczące ograniczania
emisji zanieczyszczeń oraz zwiększania elastyczności pracy bloków parowych wymaga
ciągłego doskonalenia pracy maszyn i urządzeń energetycznych wchodzących w ich skład.
W przypadku parowych turbin kondensacyjnych będących kluczowym elementem
np. bloków węglowych, parowo-gazowych czy jądrowych istotnym elementem z punktu
widzenia eksploatacji jest pomiar stopnia wilgotności y [%] (czy suchości x = 100% - y) na
wylocie z turbiny. Wartość stopnia wilgotności wpływa w sposób bezpośredni na sprawność
wytwarzania elektryczności w blokach węglowych:
𝑒𝑙
= 𝑁𝑒𝑙−𝑁𝑒𝑙,𝑝𝑤
�̇�𝑊𝑑=
𝑁𝑒𝑙(1−𝑁𝑒𝑙,𝑝𝑤
𝑁𝑒𝑙)
�̇�𝑊𝑑=
𝑁𝑖,𝑡𝑔𝑚𝑇̇
�̇�𝑊𝑑(1 −
𝑁𝑒𝑙,𝑝𝑤
𝑁𝑒𝑙)
𝑜𝑏
𝐾
𝑇
𝑔
𝑚(1 − )
- stosując formułę Baumanna i wzór na sprawność
wytwarzania elektryczności
𝑇,𝑁𝑃 = 𝑇(1 − 𝑦)
- wzrost wilgotności na wylocie z części NP
o 1 punkt procentowy powoduje spadek sprawności
stopni części NP pracujących w obszarze pary
mokrej o 1%
- dla turbin dużej mocy około 10% mocy jest
generowana na stopniach pracujących w parze
mokrej 0.1 𝑁𝑒𝑙
�̇�𝑊𝑑(1 −
𝑁𝑒𝑙,𝑝𝑤
𝑁𝑒𝑙)𝑜𝑏𝐾 𝑇
(1 − 𝑦)𝑔𝑚(1 − )
można określić przyrost udziału spalanego węgla
w generowaniu mocy bloku
- dla przykładowego bloku o mocy 400 MW wzrost
stopnia wilgotności o 1 punkt procentowy powoduje
konieczność spalenia 200 kg węgla więcej w ciągu
godziny, czyli około pół tony więcej emisji CO2
do atmosfery
48 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
W Instytucie Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej od ćwierć wieku
trwają prace numeryczne i eksperymentalne przepływu pary wodnej z kondensacją. W trakcie
tych badań opracowano autorską sondę umożliwiającą pomiar stopnia wilgotności z dużą
dokładnością, poprzez połączenie dwóch technik pomiarowych, optycznej i ultradźwiękowej.
Jedna z opracowanych wersji sondy nadaje się do pomiarów ciągłych w turbinie parowej.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są przedsiębiorstwa eksploatujące kondensacyjne turbiny
parowe, jednostki badawczo-produkcyjne zajmujące się przepływami dwufazowymi.
Obszary zastosowań:
laboratoria badawcze (tunele aerodynamiczne, instalacje do spalania paliw, pomiar PM
w spalinach, przygotowanie mieszanki paliwowo powietrznej, itp.);
instalacje przemysłowe w energetyce, przemyśle chemicznym i spożywczym;
elektrownie i elektrociepłownie cieplne.
Koszt porównywalnych systemów pomiarowych obejmujących zarówno hardware jak
i software proponowanych przez renomowane firmy oferujące sprzęt pomiarowy waha się
w granicach pół miliona złotych.
W przypadku siłowni cieplnych najlepszą okazją instalacji sondy pomiaru stopnia wilgotności
jest dowolny planowany przegląd lub remont turbiny. Przy tej okazji w cenie ok. 1% kosztu
remontu można wyposażyć turbinę w pomiar stopnia wilgotności za ostatnim stopniem.
Wzbogaciłoby to znacząco wiedzę na temat bieżącego stanu pracy turbiny oraz jej
eksploatacji.
Politechnika Śląska 49
WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK PRZEPŁYWOWYCH POMP
Osoba do kontaktu
dr inż. Andrzej Wilk;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-15
Opis oferty
Wyznaczanie charakterystyk przepływowych pomp wirowych może zostać przeprowadzone
zgodnie z normą PN-EN ISO 9906: 2012, Pompy wirowe – Badania odbiorcze parametrów
hydraulicznych – Klasy dokładności 1, 2 i 3 bądź w oparciu o zaproponowany
i zaakceptowany program badań. Badania mogą zostać przeprowadzone w warunkach
laboratoryjnych bądź przemysłowych (u klienta).
Instytut dysponuje dobrze wyposażonym laboratorium pomiarowym oraz doświadczoną
kadrą. Możliwe jest wyznaczenie parametrów hydraulicznych pomp wirowych
odśrodkowych, diagonalnych lub śmigłowych.
Wyznaczanie charakterystyk przepływowych może zostać uzupełnione o wyznaczanie drgań
i hałasu.
Przykładowa charakterystyka pompy oraz schemat układu pompowego
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są użytkownicy, producenci oraz importerzy pomp oraz
jednostki zajmujące się audytami zakładów przemysłowych bądź oceną stanu technicznego
maszyn i obiektów.
50 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OPTYMALIZACJA PROCESU SPALANIA I WALORYZACJA UBOCZNYCH
PRODUKTÓW SPALANIA
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sylwester Kalisz, prof. PŚ;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-15
Opis oferty
Stanowisko rusztowe Core Combustion Facility (CCF) wykonane w ramach projektu
UPS_PLUS pozwala na przeprowadzenie szeregu badań nad optymalizacją procesu spalania
paliw stałych o niskiej jakości oraz funkcjonalizacją ubocznych produktów spalania
w ramach założeń gospodarki o obiegu zamkniętym. Zakres optymalizacji dotyczy zmian
w fizycznych parametrach procesu, jak również modyfikacji składu spalanej mieszanki
poprzez dodatek różnego rodzaju addytywów paliwowych m.in wapniowych, fosforowych,
siarkowych, glinowych oraz glinokrzemianowych. Poprzez zmodyfikowanie składu paliwa
możliwe jest zdeterminowanie wpływu modyfikacji na procesy związane
z zanieczyszczaniem powierzchni ogrzewalnych, spiekaniem, korozją oraz procesem redukcji
emisji substancji szkodliwych (Hg, HCl, HF, NOx, NH3). Stanowisko pozwala również na
określenie zależności pomiędzy przeprowadzoną modyfikacją składu paliwa, a jej wpływem
na charakterystykę wytworzonych w procesie spalania ubocznych produktów (popiół lotny,
popiół denny oraz żużel). Daje to możliwość oceny uzyskanych produktów pod względem ich
dalszej termicznej i/lub chemicznej funkcjonalizacji.
Stanowisko wyposażone w ruszt wibracyjny pozwala na spalanie szerokiej gamy paliw
odnawialnych jak i alternatywnych (RDF – refuse derived fuel).
Stanowisko badawcze Próbka paliwa RDF
Politechnika Śląska 51
Stanowisko może służyć jako obiekt doświadczalny przeznaczony do prowadzenia badań
rozwiązujących konkretne problemy eksploatacyjne, które występują na istniejących
obiektach przemysłowych.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są biura projektowe, elektrociepłownie, ciepłownie,
przedsiębiorstwa zajmujące się oceną stanu technicznego obiektów spalania paliw stałych,
a także przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją, przetwórstwem i wykorzystaniem
ubocznych produktów spalania.
Eksploatacja obiektów spalania paliw stałych wiąże się z występowaniem procesów
zanieczyszczania lub ubytku materiału powierzchni ogrzewalnych. W szczególności narażone
na to są obiekty spalające paliwa niskiej jakości/alternatywne. Przeprowadzenie badań na
stanowisku CCF pozwala na określenie możliwości zmniejszenia kosztów inwestycyjnych
związanych z zastosowaniem materiałów o podwyższonej odporności na czynniki negatywne,
a także eksploatacyjnych dzięki dostosowaniu procesu spalania do określonych warunków.
Ponadto badania nad otrzymanymi ubocznymi produktami spalania umożliwiają nadanie im
formy użytecznej w przemyśle (produkcja materiałów budowlanych, sorpcyjnych czy
rekultywacja wyrobisk i wypełnianie przestrzeni powydobywczych).
52 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
MOBILNY UKŁAD MONITORINGU KOROZJI NISKOEMISYJNEJ
Osoba do kontaktu
dr inż. Robert Wejkowski;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-63
Opis oferty
Obszary zagrożeń korozją, w postaci izolinii stężeń składników spalin, mogą zostać
wyznaczone przez monitorowanie składu spalin warstwy przyściennej ekranu i na tych
obszarach mogą być podjęte odpowiednie przeciwdziałania.
Mały stopień skomplikowania układu pomiarowego Mobilnego Układ Monitoringu Korozji
Niskoemisyjnej powoduje, że system MUM można traktować jako mobilny – pozwalający na
czasowe zamontowanie go na kotle, np. w celu sprawdzenia jak pracuje zmodernizowany
układ paleniskowy, a następnie przeniesienie go na inny obiekt – lub też może pozostawać na
stałe zainstalowany na kotle jako monitoring stały.
Długotrwała eksploatacja kotła w warunkach niskoemisyjnego spalania powoduje pojawianie
się korozji niskoemisyjnej, a znajomość składu warstwy przyściennej jest podstawą do oceny
bezpieczeństwa eksploatacji i trwałości rur ścian komory paleniskowej kotła.
Skład spalin w warstwie przyściennej jest bardzo zmienny. Dlatego incydentalne pomiary
chwilowego składu spalin nie są reprezentatywne dla rzeczywistego rozkładu stężeń tlenu
i tlenku węgla na ścianie wewnętrznej ekranu kotła i nie odzwierciedlają rzeczywistego
zagrożenia korozyjnego rur ekranowych.
Przykładowe wyniki pomiarów stężeń CO na ścianie kotła w zależności od mocy kotła oraz
emisji NOx
Politechnika Śląska 53
Przykładowe mapy stężeń CO i O2 na ścianie tylnej i
ścianach bocznych kotła
Przykładowa mapa ubytków
korozyjnych
Analiza otrzymanych wyników pracy systemu MUM pozwala na
określenie zagrożenia korozyjnego w zależności od mocy kotła, nadmiaru powietrza,
poziomu emisji NOx,
wyciągnięcie wniosków z pracy powietrza osłonowego,
określenie wpływu pracy zespołów młynowych, dysz OFA na zagrożenie korozyjne,
określenie miejsc najbardziej narażonych na korozję i ew. korekta pracy kotła.
W przypadku stacjonarnego użycia systemu MUM zasadne jest jego wpięcie w elektrowniany
układ akwizycji danych umożliwiając:
bieżącą wizualizację zagrożenia korozyjnego operatorom bloku,
archiwizację danych w celu optymalizacji planów remontowych,
bieżącą regulację pracy systemów powietrza osłonowego.
Ciągłe pomiary składu warstwy przyściennej przy użyciu Stacjonarnego Układu Monitoringu
SUM i włączenie uzyskanych danych w automatykę pracy kotła umożliwiają lokalizację
on-line najbardziej zagrożonych obszarów ekranów paleniska i odpowiednie przesterowanie
kotła.
Technologia MUM chroniona jest patentem UPRP nr PL208085.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie, gdzie znajdują się układy
niskoemisyjnego spalania.
Modernizacja układu spalania kotła pyłowego pod kątem zmniejszenia emisji NOx indukuje
negatywne zjawisko powstawania lokalnych obszarów omywanych spalinami o składzie
redukcyjnym (podstechiometrycznym) o zerowej koncentracji tlenu i zwiększonym stężeniu
tlenku węgla, będących przyczyną przyspieszonej korozji powierzchni wewnętrznych ekranu
kotła.
54 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI PRZEMIAŁOWYCH MATERIAŁÓW
MIELONYCH W PIONOWYCH MŁYNACH MIAŻDZĄCYCH
Osoba do kontaktu
dr inż. Mateusz Tymoszuk;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-52
Opis oferty
Badania cech przemiałowych paliw oraz surowców, przy użyciu stanowiska badawczego
młyna pierścieniowo-kulowego, pozwalają na określenie warunków pracy pionowych
młynów miażdżących (pierścieniowo-kulowych i misowo-rolkowych) podczas rozdrabniania
danego materiału. W przypadku nadawy o innych właściwościach niż założone na etapie
projektowania wydajność oraz jakość przemiału młyna mogą ulec znacznemu pogorszeniu.
Również dobór cech konstrukcyjnych i optymalizacja pracy młyna wymagają znajomości
właściwości przemiałowych planowanego materiału nadawy.
Stanowisko badawcze młyna pierścieniowo-kulowego umożliwia rozwiązanie szeregu
problemów występujących w praktyce przemysłowej, takich jak:
określenie wymaganej jakości biomasy przeznaczonej do współmielenia w młynach
miażdżących;
określenie przyczyn ograniczeń wydajności młynów - ocena możliwości ich usunięcia;
ocena możliwości zwiększenia wydajności młyna przy jednoczesnym zachowaniu
ustalonej jakości mielenia – modyfikacje koncepcji konstrukcyjnych;
badania przemiałowe paliw, surowców i alternatywnych nośników energii np.
toryfikatów;
określenie parametrów pracy instalacji przemiałowej (wentylacja, temperatury, liczba
cyrkulacji mieliwa, prędkości w przekrojach),
badania mające na celu zmniejszenie zużycia energii na przygotowanie pyłu
węglowego,
określenie wpływu cech konstrukcyjnych na parametry pracy młyna;
dobór cech konstrukcyjnych młyna do przemiału materiałów o wysokiej odporności na
rozdrabnianie.
Politechnika Śląska 55
Stanowisko do badań Próbka nadawy – toryfikat
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie oraz przedsiębiorstwa
zajmujące się produkcją i eksploatacją instalacji przemiałowych przeznaczonych dla
przetwórstwa surowców oraz energetyki.
Proponowane badania stanowią cenne źródło informacji dla użytkowników oraz producentów
młynów i instalacji przemiałowych. Badania w skali półtechnicznej umożliwiają
przeprowadzanie testów eksploatacyjnych w kontrolowanych warunkach, bez ryzyka
zaburzenia reżimów produkcyjnych instalacji przemysłowej. Ponadto testy takie wymagają
znacząco mniejszych ilości nadawy niż testy w skali przemysłowej.
Wśród klientów, którzy dotychczas skorzystali z proponowanej usługi znajdują się koncerny
energetyczne, producenci urządzeń wchodzących w skład instalacji przemiałowych, instytuty
badawcze, zakłady przetwórstwa surowców mineralnych oraz producenci paliw i dodatków
paliwowych.
56 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIA SPALANIA PALIW W PYŁOWEJ KOMORZE BADAWCZEJ
Osoba do kontaktu
dr inż. Robert Wejkowski;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-63
Opis oferty
Pyłowa Komora Badawcza PKB zabudowana jest w elektrycznym piecu pionowym
o długości 4,0 m i mocy 30 kWel. Maksymalna temperatura pracy reaktora wynosi 1050°C.
W jej górnej części zamocowano palnik wielopaliwowy o mocy 30 kW wraz z podajnikiem
K-TRON, a w dolnej posiada wylot spalin zaprojektowany w sposób umożliwiający badania
wkładów katalitycznych SCR (Selektywnej Katalitycznej Redukcji tlenków azotu). Komora
posiada kompletny system sterowania i archiwizacji danych. Reaktor może zostać
skonfigurowany w układ do badań katalizatorów SCR w zakresie od 200 do 400°C lub układ
służący do pomiarów narastania osadów popiołowych na powierzchniach ogrzewalnych
kotłów energetycznych.
Schemat PKB w konfiguracji do badań
Selektywnej Katalitycznej Redukcji tlenków
azotu SCR
Zdjęcie przedstawiające stanowisko
laboratoryjne Pyłowej Komory Badawczej
Politechnika Śląska 57
Do głównych obszarów badawczych można zaliczyć:
trudności związane ze spalaniem węgla, biomasy oraz współspalaniem biomasy,
badania wpływu dodatków paliwowych,
badania narastania osadów popiołowych mieszanek popiołowych, dopalenia oraz
emisji spalin, badania korozji,
ograniczenie emisji składników gazowych ze szczególnym uwzględnieniem emisji
NOx,
badania katalizatorów SCR różnego typu.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi badań wykonywanych w Pyłowej Komorze Badawczej są
elektrownie, elektrociepłownie, producenci paliw biomasowych i odpadowych, firmy
produkujące katalizatory SCR i wykonywujące instalacje oczyszczania spalin. Lepsza
znajomość procesów zachodzących podczas spalania paliw umożliwia usunięcie przyczyn
problemów technicznych takich jak: nadmierne żużlowanie paliw, spadek sprawności kotła
związany z zarastaniem powierzchni ogrzewalnych, nadmierna korozja, przekroczenie
standardów emisyjnych czy nieprawidłowo działające instalacje SCR lub inne służące do
oczyszczania spalin.
58 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
MIKRO-TGA, MAKRO-TGA ORAZ BADANIE SKŁADU GAZÓW
PROCESOWYCH
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sylwester Kalisz, prof. PŚ;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-63
Opis oferty
Analiza termograwimetryczna (TGA – thermogravimetric analysis) jest jedną z najprostszych
oraz najskuteczniejszych technik rozpoznawania profilu spalania danego paliwa. Należy do
metod analiz termicznych oraz obejmuje pomiar zmiany masy próbki w zależności od
temperatury lub czasu. Pomiar próbki urządzeniem Setaram Labsys TG-DTA/DSC umożliwia
również równoczesną analizę termiczną: różnicową kalorymetrię skaningową (DSC).
Równoczesne zastosowanie dwóch technik badawczych w stosunku do jednej próbki
zapewnia większą efektywność oraz umożliwia uzyskanie kompleksowej informacji
dotyczącej charakterystyki cieplnej badanej próbki. Urządzenie firmy Setaram umożliwia
pomiar zmian masy próbki w ściśle zdefiniowanej atmosferze oraz zapewnia detekcję
efektów egzo- i endotermicznych. Istnieje możliwość prowadzenia pomiaru próbek stałych
w ilości 5 mg – 20 mg w atmosferze utleniającej oraz obojętnej w zakresie temperatur
20°C – 1400°C.
Zakres badań obejmuje:
określenie zmiany masy wyrażoną w % lub mg;
wyznaczanie poszczególnych etapów ubytków masy;
wyznaczanie pozostałości masy;
wyznaczanie maksimów temperatur na krzywej pochodnej zmiany masy (analiza
szybkości zmian masy);
porównywanie trwałości termicznej materiałów.
Dodatkowo Instytut dysponuje stanowiskiem makro-TGA do badania kinetyki procesów
termicznego przekształcania paliw, w tym zgazowania, toryfikacji, pirolizy oraz spalania
w atmosferze gazowej o zadanym składzie. Stanowisko umożliwia konwersję próbki paliwa
stałego o masie 1-5 g w zakresie temperatury 150-900°C oraz pomiar i rejestrację w sposób
online ubytku masy próbki i składu gazu procesowego.
Pomiar składu gazu jest realizowany metodami instrumentalnymi:
analizatory gazu on-line firmy Siemens oraz Wuhan Optielectronics, umożliwiające
pomiar udziałów CO, CO2, O2, CH4, NH3, CnHm,
chromatograf gazowy firmy Agilent do oznaczania CO, CO2, O2, CH4, CnHm,
metody analityczne pod kątem oznaczania zawartości NH3 i chlorków całkowitych.
Politechnika Śląska 59
Stanowisko do badań mikroTGA
Aparatura pomiarowa ma charakter przenośny i może być wykorzystana do pomiarów składu
gazu w obiektach przemysłowych.
Stanowisko do badań (1 – Reaktor, 2 – Waga makro-TGA, 3 – Perystaltyczna pompa wodna,
4 – Regulatory strumienia, 5 – Zbiorniki gazów, 6 – Kompresor)
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie, przedsiębiorstwa
zajmujące się produkcją oraz przetwarzaniem paliw biomasowych lub węglowych, zakłady
gospodarki odpadami, producenci paliw z odpadów, jednostki naukowe.
Wykorzystanie paliw biomasowych oraz węglowych wymaga znajomości profilu spalania
danego paliwa co jest podstawą w przypadku chęci użycia paliw oraz optymalizacji procesu
spalania. Oznaczenie składu gazu procesowego jest istotne dla procesów termicznej przeróbki
paliw, takich jak zgazowanie czy piroliza. Zaproponowane badania dodatkowo mogą
posłużyć w wyznaczeniu kinetyki procesów zachodzących podczas ogrzewania paliw, która
to może zostać wykorzystana podczas tworzenia modeli CFD.
Gaz
procesowy
do analizy
60 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
MOBILNE LABORATORIUM PROCESÓW KOTŁOWYCH
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sylwester Kalisz, prof. PŚ;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-63
Opis oferty
Mobilne Laboratorium Procesów Kotłowych (MLPK) wykorzystywane jest do pomiarów na
obiektach przemysłowych. Wyposażone jest w zabudowę użytkową oraz sprzęt pomiarowy,
ponadto możliwe jest wykorzystanie niezależnego zasilania samochodu w przypadku
prowadzenia badań terenowych. Na wyposażenie samochodu składają się: analizatory spalin
Siemens Ultramat 23, zestaw sond spiętrzających do pomiarów przepływu i prędkości spalin
i gazów, zestaw pyłomierza P-10ZA produkcji ZAM-Kęty do pomiarów emisji pyłu oraz
zestaw pyłomierza produkcji EMIO do pomiarów stężenia pyłu w pyłoprzewodach, ponadto
wyposażony jest w zestaw sond służących do pomiarów rozkładu temperatury w kotłach
energetycznych metodą HVT (High Velocity Thermocouple), a także sondę do pomiaru
kwasowego punktu rosy.
Mobilne Laboratorium Procesów Kotłowych Zdjęcie przedstawiające
wykonywane badania emisji
spalin na obiekcie
Do głównych obszarów badawczych można zaliczyć:
pomiary składu i emisji zanieczyszczeń gazowych i stałych (CO, NOx, SO2, CO2, O2,
pył);
ekspertyzy korozyjne kotłowych powierzchni ogrzewalnych, pomiary kwasowego
punktu rosy;
pomiary skuteczności instalacji SCR (Selektywnej Katalitycznej Redukcji tlenków
azotu), pomiary poślizgu NH3, pomiary emisji rtęci;
Politechnika Śląska 61
pomiary zanieczyszczań powierzchni ogrzewalnych w kotłach energetycznych;
badania jakościowe i ilościowe żużlu i popiołów z procesu spalania;
badania energetyczne kotła;
badania unosu pyłu z paleniska;
badania skuteczności odpylania oraz pozostałych urządzeń oczyszczających spaliny;
pomiary kwasowego punktu rosy;
badania rozkładu temperatury w komorze paleniskowej;
badania rozkładu prędkości w komorze paleniskowej.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi badań wykonywanych przy użyciu Mobilnego
Laboratorium Procesów Kotłowych są elektrownie, elektrociepłownie, właściciele instalacji
energetycznych, firmy projektujące i wykonywujące instalacje oczyszczania spalin. Usługi te
wykorzystuje się przy diagnostyce kontrolno-pomiarowej instalacji energetycznych. Dzięki
przeprowadzonym badaniom możliwa jest właściwa identyfikacja przyczyn problemów
technicznych takich jak: nadmierne żużlowanie paliw, spadek sprawności kotła związany
z zarastaniem powierzchni ogrzewalnych, nadmierna korozja, przekroczenia standardów
emisyjnych czy nieprawidłowo działające instalacje SCR lub inne służące do oczyszczania
spalin.
62 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
DIAGNOSTYKA ZIMNEGO KOŃCA OBROTOWYCH PODGRZEWACZY
POWIETRZA DLA BEZPIECZNEGO OBNIŻENIA TEMPERATURY SPALIN
WYLOTOWYCH Z KOTŁA ENERGETYCZNEGO (RAH+)
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sylwester Kalisz, prof. PŚ;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-63
Opis oferty
Jednym ze sposobów podniesienia sprawności kotła energetycznego jest obniżenie jego straty
wylotowej. Znane sposoby obniżania temperatury spalin wylotowych to:
a) rozbudowa (lub przebudowa) konwekcyjnych powierzchni ciśnieniowych,
b) rozbudowa (lub przebudowa) podgrzewacza powietrza,
c) zastosowanie (lub modyfikacja istniejącego) systemu oczyszczania powierzchni
ogrzewalnych z zanieczyszczeń popiołowych,
d) zabudowa dodatkowego (niewłączonego w obieg czynnika w kotle) wymiennika
ciepła podgrzewającego np. wodę do celów grzewczych.
Podczas doboru wariantu modernizacyjnego konieczna jest analiza zagrożenia korozją
niskotemperaturową, która stanowi dolną granicę stosowalności modernizacji w kierunku
obniżenia temperatury spalin wylotowych. Mechanizm procesu związany jest ze spalaniem
paliw zawierających siarkę, która wstępnie utlenia się do SO2, a następnie w obecności
nadmiarowego w stosunku do ilości stechiometrycznej tlenu utlenia się do SO3. Trójtlenek
siarki w reakcji z wodą tworzy opary kwasu siarkowego H2SO4. Dalsze schładzanie spalin
powoduje kondensację mieszaniny H2SO4 i H2O, a temperatura, w której następuje
wykroplenie nazywana jest temperaturą kwasowego punktu rosy spalin tr.
W układzie spalinowym kotła wykraplanie kondensatu zawierającego kwas siarkowy
zachodzi w wyniku schłodzenia spalin lub powierzchni przez nie omywanych do temperatury
niższej od tr. Prowadzi to do powstawania stref zagrożonych wiązaniem pyłu i intensywnym
gromadzeniem osadów popiołowych a także do korozji elementów ciągu spalinowego.
Większość kotłów pyłowych dużej mocy pracujących w polskiej energetyce wyposażonych
jest w regeneracyjne obrotowe podgrzewacze powietrza ROPP, dla których rosienie spalin
powoduje:
a) zwiększenie zużycia energii na przetłaczanie czynników,
b) obniżenie temperatury podgrzania powietrza,
c) brak możliwości osiągania mocy maksymalnych bloku,
d) korozję niskotemperaturową nadmiernie wychłodzonych wypełnień „zimnego końca”.
W celu wyeliminowania zidentyfikowanych ograniczeń opracowano koncepcję systemu
Politechnika Śląska 63
diagnostycznego RAH+ do prowadzenia monitoringu on-line temperatury wypełnień przy
jednoczesnym pomiarze temperatury kwasowego punktu rosy spalin, co umożliwi wykrycie
zagrożenia i lokalizację miejsc rosienia spalin. System w układzie automatycznej regulacji
zapewnia utrzymywanie naddatku temperatury wypełnień zimnego końca na zadanym
poziomie.
Schemat AKPiA RAH+
Punkty pomiarowe T2 i T4 oraz wyniki pomiarów
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Odbiorcami usługi diagnostyki zimnego końca obrotowych podgrzewaczy powietrza dla
bezpiecznego obniżenia temperatury spalin wylotowych z kotła energetycznego (RAH+) są
elektrownie, elektrociepłownie oraz producenci obrotowych podgrzewaczy powietrza,
w szczególności w przypadku stosowania zawilgoconych paliw (biomasa, odpady).
64 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIE OGNIW I PANELI FOTOWOLTAICZNYCH
Osoba do kontaktu
dr inż. Daniel Węcel;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-20-86
Opis oferty
Wyznaczanie charakterystyk prądowo-napięciowych oraz mocy ogniw lub paneli
fotowoltaicznych. Pomiary mogą być wykonywane w różnych warunkach oświetlenia i przy
różnej temperaturze ogniwa fotowoltaicznego, pozwalając na określanie parametrów:
ISC – natężenie prądu zwarcia,
UOC – napięcie obwodu otwartego,
IMPP – natężenie prądu w punkcie mocy maksymalnej,
UMPP – napięcie w punkcie mocy maksymalnej,
PMAX – moc maksymalna,
FF - współczynnik wypełnienia charakterystyki.
Przykładowa charakterystyka prądowo-napięciowa oraz mocy paneli fotowoltaicznych
Oferta obejmuje oszacowanie sprawności ogniw i paneli fotowoltaicznych na podstawie
pomiaru natężenia promieniowania całkowitego – pyranometrem i ogniwem wzorcowym;
natężenia promieniowania bezpośredniego – pyrheliometrem.
Politechnika Śląska 65
Panele fotowoltaiczne mogą być podłączane do instalacji pracującej na sieć wydzieloną,
poprzez regulatory ładowania akumulatorów (off-grid), lub do falowników połączonych
z siecią elektroenergetyczną (on-grid). Istnieje też możliwość badania małych ogniw
fotowoltaicznych w skoncentrowanym promieniowaniu słonecznym.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi mogą być firmy zajmujące się sprzedażą oraz montażem
instalacji fotowoltaicznych. Badania można zrealizować dla nowych paneli fotowoltaicznych
jak i eksploatowanych od dłuższego czasu.
66 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH ORAZ STOPNIA ZUŻYCIA STALI
ZA POMOCĄ BADAŃ MIKROPRÓBEK METODĄ SPT
Osoba do kontaktu
prof. dr hab. inż. Andrzej Rusin;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-26
Opis oferty
Badanie własności stali metodą SPT pozwala na określanie własności mechanicznych
materiałów konstrukcyjnych w sytuacji, gdy ze względu na gabaryty próbek, nie jest możliwe
pobranie materiału do badań „tradycyjnych” (np. statycznej próby rozciągania czy badania
udarności). Za pomocą badania mikropróbek możliwe jest wyznaczanie własności materiału,
takich jak granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, moduł Young'a, temperatura
przejścia plastyczno-kruchego oraz odporność materiału na pękanie, pod warunkiem, że
uprzednio wyznaczono zależności korelacyjne z wynikami badań „tradycyjnych”. Możliwe
jest również określenie kształtu krzywej rozciągania materiału. Metoda daje możliwość oceny
własności materiału eksploatowanych elementów i uzyskania rzeczywistych danych
materiałowych na potrzeby oceny ich trwałości. Ponadto możliwe jest określenie zmiany
własności materiału na skutek eksploatacji, a w szczególności określenie stopnia wzrostu jego
kruchości. Próbki pobierane są z badanego elementu za pomocą specjalnego przyrządu.
Wykorzystywane próbki mają średnicę 8 mm i grubość 0,5 mm. Na stanowisku możliwe jest
prowadzenie badań w zakresie temperatur od temperatury otoczenia do temperatury około
-190°C przy chłodzeniu komory badawczej ciekłym azotem.
Stanowisko do badań Próbka do badań
Politechnika Śląska 67
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie oraz przedsiębiorstwa
zajmujące się oceną stanu technicznego, produkcją, eksploatacją oraz remontami maszyn
i urządzeń.
Długotrwała eksploatacja elementów maszyn i urządzeń powoduje pogarszanie się ich
charakterystyk materiałowych, a znajomość własności materiału jest podstawą do oceny
bezpieczeństwa eksploatacji i trwałości elementów maszyn i urządzeń. Proponowane badania
pozwalają na określenie rzeczywistych własności materiału eksploatowanych elementów dla
wspomnianych analiz, dając możliwość zmniejszenia stosowanych obecnie współczynników
bezpieczeństwa. Ponadto metoda SPT umożliwia określanie własności materiału elementów,
z których pobieranie „tradycyjnych” próbek jest niemożliwe takich jak np. wirniki turbin czy
orurowanie kotła, umożliwiając zaobserwowanie ich degradacji podczas długotrwałej
eksploatacji.
68 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIE STANU DYNAMICZNEGO MASZYN I URZĄDZEŃ
Osoba do kontaktu
prof. dr hab. inż. Andrzej Rusin; e-mail: [email protected], tel. 32 237-23-26
dr hab. inż. Grzegorz Nowak, prof. PŚ; e-mail: [email protected], tel. 32 237-28-22
Opis oferty
Proponowana oferta obejmuje pomiary stanu dynamicznego maszyn i urządzeń
energetycznych polegające głównie na pomiarze drgań obiektów technicznych przy pomocy
czujników przemieszczeń, prędkości i przyspieszeń oraz analizie Fouriera sygnałów
drganiowych. Przeprowadza się badania stanu dynamicznego maszyn i urządzeń
energetycznych w oparciu o różnego rodzaju normy krajowe, zagraniczne i specjalistyczne.
Istnieje możliwość przeprowadzenia analizy drgań obiektów technicznych wykonanych
z dowolnych materiałów o różnych cechach, rozmiarach, wykończeniach powierzchni,
zakresie drgań (częstotliwości i amplitudy). Pomiary są wykonywane za pomocą
specjalistycznej aparatury, m.in. czujników piezoelektrycznych przyspieszeń,
elektrodynamicznych prędkości, wiroprądowych przemieszczeń, optycznych,
bezkontaktowych, itd. za pomocą wielokanałowej profesjonalnej aparatury posiadającej
aktualne świadectwa kalibracji. Przeprowadzane są także badania elementów maszyn
i urządzeń na stole wibracyjnym umożliwiające wyznaczenie charakterystyk dynamicznych
elementów, a następnie porównanie z elementem wzorcowym lub przeprowadzenie analizy
wyników w celu znalezienia uszkodzeń, miejsc narażonych na uszkodzenia, wad
materiałowych i konstrukcyjnych.
Modelowanie drgań łopatki
Pomiary drgań
Politechnika Śląska 69
Ponadto oferuje się obliczeniową, numeryczną analizę drgań metodą elementów
skończonych, np. w celu wykrycia częstotliwości rezonansowych i wzajemnego dopasowania
elementów układu. Istnieje możliwość sporządzenia propozycji rozwiązań problemów
wynikających z nadmiernych drgań i niedopasowania częstotliwości rezonansowych
elementów maszyn. Oferujemy wyważanie maszyn wirujących, również wyważenie
dynamiczne, wymagające wielopłaszczyznowej analizy i trójwymiarowego rozmieszczenia
odważników. Prace pomiarowe możliwe do wykonania u klienta, bez demontażu,
z minimalnym nakładem inwestycyjnym i przestojami (lub z ich całkowitym
wyeliminowaniem). Oferujemy analizy z zakresu identyfikacji źródła drgań i ich przyczyny,
kompleksowe analizy układów maszyn, osiowanie, określenie za pomocą drgań
charakterystyki współpracujących elementów, np. diagnostyka łożysk, stan obciążenia
maszyny, wyznaczanie trajektorii środka wału, praca przekładni. Wykonujemy modele
drgających elementów, obliczenia numeryczne drgań oraz ocenę częstotliwości
rezonansowych i ich postaci.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są firmy diagnostyczne, elektrownie, elektrociepłownie,
oraz przedsiębiorstwa zajmujące się oceną stanu technicznego, produkcją, eksploatacją oraz
remontami maszyn i urządzeń.
70 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH
Osoba do kontaktu
dr inż. Krzysztof Nawrat;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-45
Opis oferty
Badania własności mechanicznych materiałów inżynierskich przeprowadzane są w celu
uzyskania informacji o charakterystycznych cechach materiałowych. Cechy te wykorzystuje
się przy projektowaniu, obliczaniu i sprawdzaniu konstrukcji, urządzeń, jak również
poszczególnych ich elementów. W ramach wyposażenia laboratorium oferujemy
przeprowadzenie następujących badań własności mechanicznych:
badanie wytrzymałości na rozciąganie,
badanie wytrzymałości na ściskanie,
badanie wytrzymałości na zginanie (metoda 3-punktowa),
badanie udarności,
badanie twardości materiałów.
Badania wytrzymałościowe przeprowadzane są przy wykorzystaniu maszyny
wytrzymałościowej o maksymalnej sile 100 kN, badanie udarności – młota Charpy’ego
o energii początkowej 300 J, a twardość – przenośnego elektronicznego optycznego
twardościomierza.
PRÓBA ROZCIĄGANIA
Podczas statycznej próby rozciągania otrzymujemy wynik w postaci wykresu rozciągania.
W szczególności wyznaczane są: moduł Younga, granica plastyczności, wytrzymałość na
rozciąganie, naprężenie rozrywające i odpowiadające tym naprężeniom odkształcenia.
Możliwe jest również wyznaczenie innych dodatkowych naprężeń, bądź odkształceń próbki
badanego materiału w dowolnym momencie trwania próby.
Badaniu można poddawać próbki o przekroju okrągłym lub prostokątnym. Maksymalna
średnica próbki okrągłej: 16 mm, maksymalna grubość próbki płaskiej: 10 mm.
PRÓBA ŚCISKANIA
W wyniku przeprowadzenia badania otrzymujemy wykres ściskania. Metody oznaczania
własności tworzyw inżynierskich przy ściskaniu stosujemy do określenia wytrzymałości na
ściskanie, modułu ściskania i innych cech zależności naprężenie/odkształcenie przy ściskaniu,
w określonych warunkach badania.
Badaniu można poddawać próbki o dowolnym kształcie przekroju poprzecznego.
Maksymalna średnica próbki: 60 mm.
Politechnika Śląska 71
PRÓBA ZGINANIA
Badanie wykonuje się najczęściej na próbkach wykonanych z materiałów charakteryzujących
się małą plastycznością. Podczas zginania materiału określa się: umowną wytrzymałość na
zginanie, strzałkę ugięcia pod maksymalnym obciążeniem i odpowiadający jej kąt ugięcia
oraz moduł sprężystości podłużnej.
Maksymalna szerokość próbki do badania: 100 mm.
Stanowisko do badań wytrzymałości Stanowisko do badań udarności
PRÓBA UDARNOŚCI
Próby udarowe są próbami dynamicznymi, określającymi zdolność materiału do przenoszenia
gwałtownych obciążeń typu uderzeniowego. Charakteryzują one te własności mechaniczne
materiału, których nie można wykryć przy pomocy prób statycznych. Najczęściej stosowana
jest udarowa próba zginania. Próbę udarności wykonuje się w celu dokonania oceny
zachowania się materiału w warunkach sprzyjających kruchemu pękaniu, stworzonych
w próbce obecnością karbu i dużą szybkością odkształcenia wywołaną dynamicznym
działaniem siły oraz działaniem temperatury. Badania udarności mają szczególne znaczenie
dla stali ulepszanych cieplnie, gdy wraz z korzystnym wzrostem wytrzymałości i twardości
zachodzi szkodliwy wzrost kruchości materiału. Pozwalają one w tym przypadku ustalić
optymalne warunki obróbki cieplnej. Ponadto możliwe jest określenie zmiany własności
materiału na skutek eksploatacji, a w szczególności określenie stopnia wzrostu jego
kruchości. Na stanowisku możliwe jest prowadzenie badań w zakresie temperatur od -190°C
do +180°C.
72 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIE TWARDOŚCI
Badanie przeprowadzane jest za pomocą przenośnego, elektronicznego optycznego
twardościomierza Krautkramer z sondą TIV-101. Zastosowana metoda pomiaru bazuje na
twardości Vickersa. Badanie może być przeprowadzone bezpośrednio na obiekcie na
powierzchniach płaskich lub zaokrąglonych.
Urządzenie umożliwia uzyskanie pomiaru twardości w różnych skalach. Pomiar, oprócz
samego określenia twardości, pozwala na ocenę struktury materiału, jednorodności,
obrabialności, jak również umożliwia kontrolę jakości obróbki cieplnej.
Badaniu można poddawać próbki wykonane z różnych materiałów inżynierskich (stopy
żelaza, ceramiki, szkła, twardsze stopy metali nieżelaznych).
Stanowisko do badań twardości
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są firmy branży maszynowej i technologicznej oraz
przedsiębiorstwa zajmujące się oceną stanu technicznego, produkcją, eksploatacją oraz
remontami maszyn i urządzeń.
W przypadku nowych materiałów znajomość własności materiału jest podstawą do
wyznaczenia wskaźników bezpieczeństwa. Natomiast długotrwała eksploatacja elementów
maszyn i urządzeń powoduje pogarszanie się charakterystyk materiałowych. Proponowane
badanie pozwala na określenie rzeczywistych własności materiału eksploatowanych
elementów. Daje to możliwość weryfikacji zastosowanych współczynników bezpieczeństwa
i oszacowania trwałości materiału i bezpieczeństwa eksploatacyjnego.
BADANIA
NUMERYCZNE
74 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
WYKONANIE ANALIZ PRZEPŁYWOWYCH ORAZ
CIEPLNO-PRZEPŁYWOWYCH ELEMENTÓW MASZYN I URZĄDZEŃ
Z WYKORZYSTANIEM TECHNIK CFD
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Włodzimierz Wróblewski, prof. PŚ.; e-mail: [email protected],
tel. 32 237-27-15
dr. inż. Sebastian Rulik; e-mail: [email protected], tel. 32 237-20-64
dr inż. Krzysztof Bochon; e-mail: [email protected]; tel. 32 237-22-27
Opis oferty
Techniki CFD (Computational Fluid Dynamics, Obliczeniowa Mechanika Płynów) znajdują
coraz szersze zastosowanie w procesie projektowania poszczególnych węzłów maszyn
i urządzeń. Zastosowanie symulacji komputerowych do analizy pola przepływu oraz sił
wywieranych na poszczególne komponenty pozwala na zniwelowanie błędów w procesie
konstrukcyjnym oraz wzrost sprawności oraz niezawodności maszyn i urządzeń. Możliwe jest
to jednak w przypadku, kiedy model obliczeniowy opracowany jest w poprawny sposób.
Wymaga to doświadczenia, które w naszym przypadku poparte jest realizacją licznych
projektów badawczych obejmujących również współpracę z dużymi partnerami
przemysłowymi takimi jak: Avio Aero czy Alstom.
Przykład cieplno-przepływowej analizy chłodzenia łopatki oraz uszczelnienia labiryntowego
turbiny gazowej.
Zakres oferowanych przez nas badań obejmuje wszelkiego typu analizy przepływowe oraz
cieplno-przepływowe. Badania mogą być prowadzone zarówno z wykorzystaniem
komercyjnych kodów CFD (Ansys-CFX, Fluent) jak również przy wykorzystaniu własnego
oprogramowania, którym dysponujemy. Oferujemy także możliwość wykonania analiz
wariantowych jak również przeprowadzenie procesu optymalizacji wybranych elementów
Politechnika Śląska 75
konstrukcyjnych z wykorzystaniem dedykowanych do tego celu własnych kodów
optymalizacyjnych. Zakres prowadzonych badań obejmuje zarówno zagadnienia ustalone jak
i symulacje nieustalone umożliwiające wyznaczenie pola przepływu w funkcji czasu.
Dysponujemy także własnym klastrem komputerowym złożonym z ponad 50 procesorów,
który umożliwia prowadzenie obliczeń równoległych co znacznie skraca czas niezbędny do
uzyskania wyników oraz daje możliwość analizy dużych modeli obliczeniowych.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są różnego typu biura konstrukcyjne oraz firmy zajmujące
się opracowaniem nowych technologii, w szczególności związanych z maszynami
i urządzeniami energetycznymi. Warto jednak podkreślić, że obszar potencjalnych odbiorców
może być znacznie szerszy i obejmuje wszelkie zagadnienia, w których mamy do czynienia
z przepływem cieczy lub gazów lub też aplikacje, w których wymagane jest poprawne
chłodzenie obciążonych cieplnie elementów.
76 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIA NUMERYCZNE I EKSPERYMENTALNE
PRZEPŁYWÓW Z KAWITACJĄ
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Włodzimierz Wróblewski, prof. PŚ; e-mail: [email protected],
tel. 32 237-27-15
dr inż. Krzysztof Bochon; e-mail: [email protected], tel. 32 237-22-27
Opis oferty
Występowanie kawitacji w przepływie ma generalnie negatywny wpływ na pracę układów
hydraulicznych. Przerwanie ciągłości fazy ciekłej skutkuje zmianą warunków pracy układu,
co objawia się między innymi redukcją siły nośnej i podwyższeniem siły oporu w przypadku
opływu profilu czy obniżeniem sprawności maszyn wirnikowych. Ponadto zapadające się
pęcherze są źródłem hałasu i wibracji, a także erozji kawitacyjnej. Tymczasowa praca
w obszarze możliwego wystąpienia kawitacji często jest nie do uniknięcia, ale nie dopuszcza
się dłuższej eksploatacji przy rozwiniętej kawitacji.
Oprócz negatywnych skutków kawitacji w przypadku maszyn i urządzeń hydraulicznych,
istnieje szereg możliwości wykorzystania kawitacji i wtedy wywołuje się ją celowo.
Stanowisko pomiarowe; 1 – kamera Phantom Miro C110; 2 – komputer połączony z kamerą;
3 – stanowisko badawcze; 4 – iluminator IL–105/6X
Badania kawitacji można prowadzić na stanowisku badawczym dla różnych konfiguracji
geometrycznych kanału przepływowego. Badania wizualizacyjne wykonywane są kamerą
Phantom Miro C110 o prędkości nagrywania 1200 klatek/s (Δt = 0,833 ms) przy
rozdzielczości 1280x720. Możliwa jest rejestracja sygnałów ciśnieniowych oraz
akustycznych. Symulacje numeryczne przepływu z kawitacją w kanałach przepływowych
oraz w wirnikach maszyn o dowolnej geometrii prowadzone są z wykorzystaniem programów
komercyjnych.
Politechnika Śląska 77
Dodatkowe informacje można znaleźć w publikacjach:
D. Homa, W. Wróblewski: Modelowanie struktur kawitacji przy opływie profilu,
Modelowanie inżynierskie, tom 32, zeszyt 63 pp. 56-64, 2017
D. Homa, W. Wróblewski; Modelling of flow with cavitation in centrifugal pump, J. Phys.:
Conf. Ser. 530 012032, 2014
Charakterystyka H(NPSH) pompy oraz obliczone struktury kawitacyjne dla NPSH=3,9 m
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Jednostki badawcze oraz producenci maszyn i urządzeń hydraulicznych w szczególności
pomp czy aparatów dyszowych.
Obszary zastosowań:
badania zjawisk przepływowych z obecnością kawitacji,
określenie stref zagrożenia erozją kawitacyjną,
badania eksperymentalne przepływu z kawitacją na stanowisku z obiegiem
zamkniętym.
78 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
OBLICZENIA NUMERYCZNE (CFD) JEDNO- I DWUFAZOWYCH
PRZEPŁYWÓW GAZÓW
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Sławomir Dykas, prof. PŚ; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-71
dr hab. inż. Włodzimierz Wróblewski, prof. PŚ; e-mail: [email protected],
tel. 32 237-27-15
dr inż. Krystian Smołka; e-mail: [email protected], tel. 32 237-19-42
Opis oferty
Trzydziestoletnie prace badawcze pracowników Instytutu Maszyn i Urządzeń
Energetycznych Politechniki Śląskiej w zakresie Numerycznej Mechaniki Płynów (CFD –
Computational Fluid Dynamics) i Aeroakustyki (CAA – Computational Aero- Acoustics)
zaowocowały powstaniem kodu numerycznego modelującego jedno- i dwufazowe przepływy
gazów doskonałych i rzeczywistych. Opracowany w tym okresie numeryczny kod
akademicki był z powodzeniem stosowany w wielu aplikacjach inżynierskich przez szereg
lat, m.in.:
do modelowania przepływów gazów (pary wodnej, powietrza atmosferycznego,
dwutlenku węgla, itd.) w przepływach wewnętrznych przez dysze, kanały łopatkowe,
etc.,
do modelowania przepływów zewnętrznych powietrza atmosferycznego, wokół profili
lotniczych, elementów płatowca, sinika odrzutowego,
do modelowania hałasu aerodynamicznego w przepływach wewnętrznych
i zewnętrznych.
Modelowanie przepływu powietrza atmosferycznego w dyszy i kanale łopatkowym
Politechnika Śląska 79
Modelowanie przepływu pary wodnej w dyszy i kanale łopatkowym
Przy pomocy akademickiego kodu CFD możliwa jest ocena aerodynamiczna i aeroakustyczna
nowoprojektowanych oraz już istniejących geometrii przepływowych.
Możliwości oferowanego kodu numerycznego są opublikowane w wielu artykułach oraz
dwóch monografiach:
1) Sławomir Dykas, Mirosław Majkut, Krystian Smołka, Michał Strozik, Analiza zjawisk
cieplno-przepływowych w okołodźwiękowych przepływach powietrza wilgotnego
w dyszach. Gliwice: Wydaw. Politechniki Śląskiej, 2017
2) Sławomir Dykas, Mirosław Majkut, Krystian Smołka, Michał Strozik, Identyfikacja
pola przepływu pary mokrej w dyszach i płaskich palisadach łopatkowych. Gliwice:
Wydaw. Politechniki Śląskiej, 2018
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są jednostki badawcze, przedsiębiorstwa oraz wszystkie
jednostki zajmujące się projektowaniem, produkcją oraz modernizacją maszyn i urządzeń
przepływowych.
Obszary zastosowań:
badania zjawisk przepływowych powietrza wilgotnego z kondensacją pary wodnej,
badania zjawisk zachodzących w przepływie pary z kondensacją,
wsparcie badań eksperymentalnych przepływów gazów obliczeniami numerycznymi,
oraz uzyskanie wyników modelowania przepływów gazów bez konieczności płacenia
za drogie licencje programów komercyjnych.
80 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIA NUMERYCZNE PROCESÓW KOTŁOWYCH
Osoba do kontaktu
dr inż. Bartłomiej Hernik;
e-mail: [email protected], tel. 32 237-11-96
Opis oferty
Oferta badań numerycznych procesów zachodzących w kotłach energetycznych obejmuje:
Wielowariantowe obliczenia numeryczne wymienników ciepła w celu uzyskania
profilu temperatur oraz prędkości czynnika roboczego wykorzystywanych do analiz
cieplno-przepływowych. Prowadzone są obliczenia przegrzewaczy pary oraz
wymienników kolektorów słonecznych.
Wielowariantowe badania numeryczne modernizacji kanałów dolotowych oraz
wylotowych regeneracyjnego obrotowego podgrzewacza powietrza (ROPP), a także
samego podgrzewacza powietrza pod kątem intensyfikacji wymiany ciepła oraz
wyrównania profili przepływów czynników roboczych.
Badania numeryczne optymalizacji procesu spalania pod kątem ograniczenia
niedopału w żużlu oraz popiele lotnym, zmniejszenia emisji CO2 oraz NOx a także
uzyskania wyrównanych profili temperatur dla kotłów pyłowych.
Temperatura spalin w charakterystycznych płaszczyznach dla kotła OP 380 (z lewej),
OP 230 (w środku), BP 680 (z prawej)
Wielowariantowe badania numeryczne wykorzystania pierwotnych oraz wtórnych
metod redukcji tlenków azotu w kotłach. Obliczenia numeryczne różnych rozwiązań
przeprowadzenia stopniowania powietrza oraz paliwa. Obliczenia numeryczne
optymalnego rozmieszczenia dysz SNCR w celu skutecznej redukcji tlenków azotu.
Badania numeryczne SCR w celu określenia właściwych profili temperatur oraz
prędkości spalin mających wpływ na czas redukcji tlenków azotu.
Politechnika Śląska 81
Wielowariantowe obliczenia optymalizacyjne pracy układów powietrza osłonowego
w komorach paleniskowych kotłów w celu skutecznego przeciwdziałania korozji
niskotlenowej.
Badania numeryczne procesu spalania węgla w kotłach rusztowych w celu
modernizacji mającej poprawić jakość spalania oraz obniżyć emisję CO2 oraz NOx.
Obliczenia numeryczne kotłowych pęczków konwekcyjnych w celu poprawy ich
parametrów konstrukcyjnych oraz diagnostyki procesu erozji.
Badania numeryczne procesów termicznej obróbki biomasy zachodzących w piecach
obrotowych oraz komorach fluidalnych uwzględniających procesy suszenia,
odgazowania, zgazowania oraz spalania biomasy.
Badania numeryczne współspalania gazu z węglem w komorach paleniskowych
kotłów pyłowych.
Badania rozpływów mieszaniny pyłowo-powietrznej w układzie młynowo-
paleniskowym w celu zdiagnozowania obszarów narażonych na erozję pyłową.
Obliczenia numeryczne zaworów pary przegrzanej oraz kolanek rury przegrzewaczy
pary pod kątem badania erozji tlenkami żelaza powstałymi w procesie eksfoliacji.
Obliczenia numeryczne palników pyłowych w celu optymalizacji parametrów
konstrukcyjnych mających wpływ na poprawę procesu spalania pod katem niedopału
oraz emisji tlenków azotu.
Wielowariantowe obliczenia numeryczne modernizacji żaluzjowych rozdzielaczy pyłu
pracujących w układzie młynowo-paleniskowym instalacji stopniowania paliwa w celu
poprawy rozdziału mieszanki pyłowej
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są elektrownie, elektrociepłownie oraz przedsiębiorstwa
zajmujące się oceną stanu technicznego, produkcją, eksploatacją oraz remontami maszyn
i urządzeń.
Proponowane badania numeryczne pozwolą na wybór sposobu optymalizacji procesu
spalania oraz modernizacji technologii obniżania emisji substancji szkodliwych w kotłach
energetycznych. Pomogą zdiagnozować występowanie procesu erozji oraz poprawić
rozpływy mieszanki w pyłoprzewodach, co może przyczynić się do uniknięcia błędów
projektowo-konstrukcyjnych. Dają większą możliwość wariantowości w procesie
projektowo-konstrukcyjnym. Mogą stanowić pierwszy etap na drodze modernizacji obiektów
przemysłowych jak również procesów projektowych.
82 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
BADANIA NUMERYCZNE ORAZ EKSPERYMENTALNE
USZCZELNIEŃ LABIRYNTOWYCH
Osoba do kontaktu
dr hab. inż. Włodzimierz Wróblewski, prof. PŚ; e-mail: [email protected],
tel. 32 237-27-15
dr inż. Krzysztof Bochon; e-mail: [email protected], tel. 32 237-22-27
Opis oferty
Uszczelnienia labiryntowe są powszechnie stosowane w maszynach wirnikowych, głównie
sprężarkach i turbinach, ze względu na ich odporność na trudne warunki pracy, takie jak
wysoka temperatura, ciśnienie, czy duża prędkość obrotowa. Są to uszczelnienia bezstykowe,
co powoduje, że w normalnych warunkach pracy nie ulegają zużyciu, ma to jednak swoją
konsekwencję w postaci występowania stałego, kontrolowanego przecieku. Uszczelnienia
labiryntowe mogą obniżać sprawność stopnia turbiny o ponad 2%, stąd istotny jest ich
prawidłowy dobór i optymalizacja.
Instytut prowadzi kompleksową analizę przepływową uszczelnień labiryntowych obejmującą
modelowanie numeryczne (CFD) oraz badania eksperymentalne. Posiadamy ponad
dziesięcioletnie doświadczenie w modelowaniu numerycznym uszczelnień oraz pięcioletnie
w zakresie badań eksperymentalnych. W ramach modelowania numerycznego wykonujemy
symulacje konkretnych przypadków uszczelnień, analizy wariantowe (badanie wpływu
wybranych parametrów na pracę uszczelnienia) oraz optymalizację parametrów
geometrycznych w celu minimalizacji przecieku.
Przykłady analizowanych uszczelnień wraz z wynikami
W zakresie badań eksperymentalnych posiadamy pięcioletnie doświadczenie. Dysponujemy
instalacją, w której badania mogą być prowadzone zarówno w warunkach podciśnienia jak
i nadciśnienia, przy stosunku ciśnienia przed i za komorą pomiarową w zakresie od 1 do
ok. 2. Wydajność dmuchawy to ok 12,5 m3/min. Poniżej przedstawiono schemat instalacji.
Politechnika Śląska 83
Schemat instalacji pomiarowej
Instalacja umożliwia pomiar strumienia masowego w trzech punktach, dwa z nich (przed i za
stanowiskiem) wykorzystują sądy termoanemometryczne, jeden (za stanowiskiem)
wykorzystuje kryzę pomiarową. To pozwala na uwiarygodnienie pomiaru oraz na
identyfikację ewentualnych przecieków w stanowisku. Ponadto możliwy jest pomiar rozkładu
ciśnienia w uszczelnieniu oraz w charakterystycznych punktach instalacji dzięki 24 kanałom
(przetwornikom) do pomiaru ciśnienia. Poza tym w skład instalacji wchodzi szereg innych
czujników do monitorowania parametrów pracy instalacji oraz warunków otoczenia.
Dysponujemy również aparaturą umożliwiającą wizualizację przepływu techniką Schlieren
oraz pomiar prędkości metodą LDA (Laser Doppler Anemometry).
Pomiar rozkładu ciśnienia w uszczelnieniu Wizualizacja przepływu z wykorzystaniem
techniki Schlieren
84 Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
Wybrane artykuły:
Wróblewski W., Frączek D., Marugi K., Leakage reduction by optimisation of the straight –
through labyrinth seal with a honeycomb and alternative land configurations, Int J Heat Mass
Transf 2018;126:725-39.
Szymański A., Bochon K., Wróblewski W., Marugi K., Dykas S., Frączek D., Optimization of
the Straight-Through Labyrinth Seal With a Smooth Land. J Eng Gas Turbines Power
2018;140:122503.
Potencjalni odbiorcy/Obszary zastosowań
Potencjalnymi odbiorcami usługi są firmy związane z eksploatacją, projektowaniem,
wytwarzaniem i modernizacją sprężarek przepływowych oraz turbin parowych i gazowych,
w takich branżach jak np.:
lotnictwo,
energetyka,
przemysł,
motoryzacja.
Prawidłowy dobór oraz optymalizacja uszczelnienia ma istotny wpływ na prace stopnia oraz
jego sprawność. Czasem niewielka modyfikacja uszczelnienia może przynieść istotny wzrost
jego efektywności i organicznie przecieku, co w konsekwencji może mieć wpływ na istotne
oszczędności w perspektywie wielu tysięcy godzin pracy. Największe możliwości pojawiają
się oczywiście na poziomie projektowania urządzeń, jednak również ich modernizacja daje
pewne możliwości wprowadzenia poprawek.