CHƯƠNG IV TURBINE TĂNG ÁP – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Để tận dụng nguồn năng lượng khí thải nhằm tăng hiệu công suất và hiệu suất của động cơ, turbine khí xả được đưa vào sử dụng, đầu tiên ơ động cơ bốn kỳ và sau đó được sử dụng cho cả động cơ hai kỳ; đặc biệt loại động cơ hai kỳ công suất lớn. Mức tăng hiệu suất động cơ khi tăng áp bằng turbine khí xả phụ thuộc nhiều vào chế độ tải của động cơ. Đối với động cơ lai chân vịt, tải động cơ cao đồng nghĩa với vòng quay động cơ tăng là điều...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG IV TURBINE TĂNG ÁP – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢNToång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP_______________________________________________________________________ CHƯƠNG IV TURBINE TĂNG ÁP – CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Để tận dụng nguồn năng lượng khí thải nhằm tăng hiệu công suất và hiệusuất của động cơ, turbine khí xả được đưa vào sử dụng, đầu tiên ơ động cơ bốn kỳvà sau đó được sử dụng cho cả động cơ hai kỳ; đặc biệt loại động cơ hai kỳ côngsuất lớn. Mức tăng hiệu suất động cơ khi tăng áp bằng turbine khí xả phụ thuộcnhiều vào chế độ tải của động cơ. Đối với động cơ lai chân vịt, tải động cơ caođồng nghĩa với vòng quay động cơ tăng là điều kiện thuận lợi cho turbine khí xảtăng hiệu quả làm việc; lý do nằm ở chỗ, không những công suất turbine lai phụthuộc vào công đơn vị của dòng khí xả và lưu lượng dòng khí xa, mà với turbine,khi khai thác ở khu vực định mức sẽ tạo điều kiện phát huy cao nhất hiệu suất củachúng (hình 4.1). Hình 4.1 :Đồ thị quan hệ lưu lượng và áp suất, hiệu suất của hệ thống tăngáp turbine khí xả. 101 http://www.biosys.com.vnToång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP_______________________________________________________________________ Nói chung các turbine tăng áp đều thuộc loại turbine xung kích có độ phảnkích nhỏ và chúng được chia ra hai loại chính dựa trên cơ sở tận dụng năng lượngkhí xả từ động cơ. Đó là turbine sử dụng xung áp suất là chính (còn gọi là turbinebiến áp với đặc trưng áp suất trước turbine thay đổi) và turbine đẳng áp ( với đặctrưng áp suất không đổi trước turbine). Cả hai loại trên đều có thể được chế tạo theo kiểu cho dòng khí xả vàoturbine theo hướng tâm (hình 4.2) hoặc dọc trục (hình 4.3). Bố trí dòng khí xả vàoturbine hướng tâm cho thường có tốc độ quay nằm trong khoảng 25000- 250.000vòng/phút, đường kính bánh công tác từ 35-220 mm, công suất từ 15-750 kW. Bốtrí dòng khí xả vào turbine theo hướng dọc trục với tốc độ quay từ vài ngànvòng/phút tới hàng chục ngàn vòng/ phút, đường kính bánh công tác từ 220-1000mm, công suất turbine từ 150-100000 kW. Hình 4.2: Turbine hướng tâm Hình 4.3 Turbine hướng trục. 1-Lối vào của khí xả 2-Lối ra của khí xả 3-Lối vào của không khí 4-Buồng đẩy của khí nén 5-Trục rôto 6-Bộ bơm dầu bôi trơn 7-Dầu bôi trơn 8-Bánh rôto turbine 9-Bánh cánh máy nén 102 http://www.biosys.com.vnToång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP_______________________________________________________________________ Sau đây chúng ta so sánh hai hệ thống sử dụng năng lượng thường dùng nhấtlà hệ thống xung lực và hệ thống đẳng áp dẫn tới tên của hai loại turbine xung lựcvà turbine đẳng áp. 4.1 So sánh hai loại turbine xung lực và đẳng áp Theo một thống kê gần đúng của hai loại hệ thống ta sẽ thấy những điểm sosánh nổi bật của chúng như sau: Hình 4.4 Sự tận dụng nhiệt khí thải cho (a) hệ thống Turbine đẳng áp (b)Xung lực Tuy biểu đồ hình 4.4 chưa đại diện cho tất cả các loại turbine song qua đó tacũng thấy khả năng tận dụng nhiệt của turbine xung lớn nhưng hiệu suất ở turbinexung lại thấp hơn loại đẳng áp. Một trong các lý do là áp suất thay dổi trước turbinenên dòng chảy vào miệng phun của turbine không ổn định, gây nhiều tổn thất; trongkhi ở turbine đẳng áp tại cửa vào áp suất không thay đổi, dòng khí được phân bốđều trên khắp các vành miệng phun, do vậy hiệu suất cao hơn. Một đặc điểm nữacủa turbine xung cần lưu ý liên quan tới áp suất thay đổi trước turbine là chính cácxung áp suất này gây nên sự tăng cường rung động cánh turbine, đặc biệt khi sốxylanh là bội số của 4. Turbine xung có đặc tính đáp ứng nhanh khi tăng tốc và khởi động trong khihệ thống dùng turbine đẳng áp lại cần hỗ trợ của bơm phụ khi khởi động và khihoạt động nhỏ tải của động cơ. Turbine đẳng áp tạo nhiều trở lực cho khí thoát từ xylanh nhưng lại có ưuđiểm bố trí gọn, linh hoạt, không yêu cầu khắt khe về vị trí đặt turbine; trong khíđó, turbine xung tuy tạo trở lực thoát khí thấp nhưng yêu cầu các xylanh nổ liên 103 http://www.biosys.com.vnToång hôïp vaø bieân soaïn : Nguyeãn Vaên Sôn PHAÀN II: TURBINE TAÊNG AÙP_______________________________________________________________________tiếp không được bố trí chung đường ống thải để tránh ảnh hưởng của các pha trongthời kỳ xả lẫn nhau giữa các turbine, ngoài ra vị trí turbine phải bố trí gần cửa thoátkhí khỏi xylanh, đường xả yêu cầu càng ngắn cáng tốt… điều này bất tiện cho bốtrí. Turbine xung thường chỉ giới hạn áp dụng trong khoảng áp suất tăng áp thấp.Lý do sự giới hạn của turbine xung là việc sử dụng năng lượng xung của dòng khíxả gần như rất kém với áp suất tăng áp của turbine khí xả cao hơn 2,2 bar. Khoảngáp dụng của turbine đẳng áp rộng hơn, áp suất tăng áp cao càng có lợi cho việc sửdụng nhiệt của turbine đẳng áp. Hình 4.5: phân bố áp suất trước turbine xung lực và đẳng áp. Một xu hướng với tăng áp lớn là sử dụng turbine đẳng áp. Tỉ số tăng áp caonhất ở hệ thống đẳng áp dùng cho tăng áp động cơ diesel tàu thủy hiện nay là 5,5.Khi chuyển từ tăng áp xung sang tăng áp đẳng áp cho phép tăng hiệu suất turbinemáy nén lên 8% ( theo số thông tin từ hãng B&W. Sử dụng turbine đẳng áp khôngcần phải tăng góc mở sớm súppap xả, làm giảm công giãn nở như turbine xung vànhư vậy tăng thời gian giãn nở của môi chất. Chính nhờ tăng thời gian quá trìnhgiãn nở trong xylanh cũng như tăng một ít áp suất cực đại của chu trình mà áp suấtchỉ thị của chu trình tăng lên 11% và nhờ hoàn thiện quá trình hoà trộn cũng nhưqúa trình cháy mà suất tiêu hao nhiên liệu có ích giảm 7,5 %). CÂU ...