Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống VTI đến các thông số làm việc của tua bin tăng áp khí xả MET – Mitsubishi khi động cơ làm việc ở chế độ phụ tải thấp nhằm cung cấp cho người sử dụng sự hiểu biết về cấu trúc của hệ thống Mitsubishi METVTI (sau đây gọi là hệ thống VTI) lắp đặt trên các tua bin tăng áp khí xả MET – Mitsubishi của động cơ chính và ảnh hưởng của hệ thống VTI đến các thông số làm việc của tua bin tăng áp khi động cơ hoạt động ở các chế độ phụ tải thấp. Mời các bạn cùng tham khảo!
Kỷ yếu Hội thảo khoa học cấp Trường 2022 Tiểu ban Cơ khí động lực Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hệ Thống VTI Đến Các Thông Số Làm Việc Của Tua Bin Tăng Áp Khí Xả MET – Mitsubishi Khi Động Cơ Làm Việc Ở Chế Độ Phụ Tải Thấp Phan Cao An Trường Viện Hàng hải Nguyễn Văn Phúc Viện Hàng hải Trường đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại học Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam phuc.nguyen@ut.edu.vn truong.phan@ut.edu.vn Tóm tắt – Bài báo nhằm cung cấp cho người sử dụng hiểu biết cấu trúc hệ thống Mitsubishi METVTI (sau gọi hệ thống VTI) lắp đặt tua bin tăng áp khí xả MET – Mitsubishi động ảnh hưởng hệ thống VTI đến thông số làm việc tua bin tăng áp động hoạt động chế độ phụ tải thấp cải tiến cho tua bin tăng áp khí xả MET tàu biển với chi phí thấp, hoạt động tin cậy, hiệu quả, giúp cải thiện thông số làm việc tua bin tăng áp làm giảm lượng tiêu hao nhiêu liệu động hoạt động chế độ tải thấp khác Từ khóa – Tua bin tăng áp MET, hệ thống MET-VTI cho tua bin tăng áp, chế độ làm việc với phụ tải thấp CỦA HỆ THỐNG VTI II CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG A Cấu tạo hệ thống VTI Hệ thống VTI dùng để điều chỉnh, thay đổi công suất tua bin tăng áp hai cấp khác cách thay đổi vị trí van điều khiển lắp bên phần vỏ dẫn khí xả vào tua bin Hệ thống thuận tiện lắp đặt cách thay đổi phần vỏ dẫn khí xả vào tua bin (Gas inlet inner casing) [1] I GIỚI THIỆU VTI thuật ngữ viết tắt cụm từ Variable Timing Inlet – điều chỉnh lượng khí xả cấp vào tua bin (turbine) tăng áp Hệ thống VTI lắp đặt lắp đặt bổ sung đường khí xả cấp vào tua bin tăng áp dòng tua bin MET thuộc hãng Mitsubishi, Nhật Bản VTI dễ dàng lắp đặt bổ sung, Hình Hệ thống VTI lắp đặt cho tua bin tăng áp khí xả MET, Mitsubishi [2] 25 Phan Cao An Trường, Nguyễn Văn Phúc B Chức hệ thống VTI xả từ động dẫn đến phần vỏ đóng lại, đó, cơng suất tua bin tăng áp giảm xuống Ngược lại, van điều khiển mở, khí xả vào phần vỏ ngồi vỏ trong, đó, cơng suất tua bin tăng lên Đó chức hoạt động hệ thống VTI dùng để điều khiển lượng khí xả cấp vào tua bin tăng áp khí xả MET hãng Mitsubishi [1] Đường dẫn khí xả từ phần vỏ (Outer casing) phần vỏ (Inner casing) vào vành ống phun tua bin tăng áp trang bị hệ thống VTI, ngăn cách vách ngăn phần vỏ trong, có van điều khiển Khi van điều khiển đóng, dịng khí Hình Chức làm việc hệ thống VTI tua bin MET [1] C Van điều khiển Van điều khiển sử dụng hệ thống VTI lắp đặt tua bin tăng áp khí xả MET hãng SOMAS sản xuất Van có cấu tạo gồm thân van, thực hiện, định vị cấu phản hồi, bên cạnh đó, trang bị màng lọc khí để ngăn chặn cố bó kẹt van q trình chuyển động Van điều khiển đóng mở khí nén tín hiệu điện Trạng thái van kiểm tra thơng qua cấu phản hồi Trong trường hợp tín hiệu điều khiển khí nén hay tín hiệu điện, van mở hồn tồn Khí nén có áp suất từ 5,5 đến 7,0 bar cung cấp thực định vị để điều khiển đóng, mở van [1] Hình Cụm điều khiển đóng mở van hệ thống MET-VTI [2] 26 Nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống VTI đến thông số làm việc tua bin tăng áp khí xả MET – Mitsubishi… D Thử nghiệm xưởng đặc tính hệ thống VTI tua bin tăng áp khí xả MET Tiến hành lắp đặt thử nghiệm hệ thống VTI cho tua bin tăng áp khí xả MET66MA – Mitsubishi, động Hitachi MAN 6S60MC-C7, cơng suất 12.950 KW vịng quay 101 vịng/phút Hình Tua bin tăng áp khí xả MET66MA có trang bị hệ thống VTI [1] Hình đồ thị nén tua bin tăng áp khí xả, thể mối quan hệ thông số thuộc trình tăng áp tua bin Mitsubishi MET66MA-VTI có trang bị hệ thống VTI, lắp đặt động Hitachi MAN 6S60MC-C7 Trong đó: Các đường bao biểu diễn hiệu suất tua bin tăng áp (đường cong hiệu suất tăng dần vào phía trong); Trục tung biểu diễn hệ số tăng áp tua bin c (từ đến 5); Các đường cong biểu diễn tốc độ quay nT rotor tua bin (từ 7.100 đến 14.300 v/p) Đường nét đứt bên trái thể giới hạn làm việc ho máy nén; Trục hồnh biểu diễn lưu lượng khơng khí nén cấp vào xy lanh (cylinder) động cơ) tính m3/s nhiệt độ 20oC; Hình Đồ thị nén tua bin tăng áp xả [1] Đồ thị hình biểu dễn mối quan hệ phụ tải động hiệu suất toàn phần thuộc tua bin tăng áp có trang bị hệ thống VTI [2] 27 Phan Cao An Trường, Nguyễn Văn Phúc Hình Đồ thị hiệu suất toàn phần tua bin tăng áp có hệ thống VTI [1] Hình biểu diễn đồ thị thể mối quan hệ áp suất khí quét suất tiêu hao nhiên liệu theo phụ tải động Cơ cấu VTI đóng động làm việc chế độ phụ tải từ 25% đến 75%, giúp làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu động từ đến g/KWh mở phụ tải động đạt đến 75%, giúp làm tăng áp suất khí quét lên 0,35 bar [2] Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ áp suất khí quét suất tiêu hao nhiên liệu theo phụ tải động [1] D Kiểm tra ảnh hưởng hệ thống VTI đến làm việc tua bin tăng áp khí xả kiểm tra cho thấy vành ống phun, cánh tua bin, phần vỏ vỏ ngồi dẫn khí xả vào tua bin tình trạng tốt Hoạt động đóng mở van điều khiển dễ dàng, khơng bị bó kẹt [2] Tiến hành tháo, kiểm tra tình trạng tua bin tăng áp khí xả MET66MA sau 4.830 hoạt động Kết Hình Kiểm tra tình trạng tua bin sau thời gian làm việc với hệ thống VTI [1] 28 Nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống VTI đến thông số làm việc tua bin tăng áp khí xả MET – Mitsubishi… E Thử nghiệm cải tiến tua bin tăng áp khí xả MET71MA với hệ thống VTI động Wartsila 7RTA82T Tiến hành thử nghiệm lắp đặt hệ thống VTI cho hai tua bin tăng áp khí xả MET71MA động Wartsila 7RTA82T tàu Maersk Ingrid [2] Hình Cải tiến lắp đặt hệ thống VTI cho tua bin tăng áp MET71MA [1] Hình 10 Phần vỏ dẫn khí xả cụm van điều khiển [1] Hình 11 Màn hình giám sát hệ thống VTI trạng thái đóng, mở van Tiến hành thử hoạt động tua bin tăng áp xả có trang bị hệ thống VTI hành trình chạy biển ngày, thu kết sau [2]: 29 Phan Cao An Trường, Nguyễn Văn Phúc Hình 12 Đồ thị nén tua bin tăng áp sau lắp đặt hệ thống VTI [1] Hình 13 Đồ thị áp suất khí qt phụ tải động [1] 30 Nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống VTI đến thông số làm việc tua bin tăng áp khí xả MET – Mitsubishi… Hình 14 Biểu đồ so sánh hiệu suất tồn phần tua bin [1] Hình 15 Nhiệt độ khí xả khỏi tua bin [1] Qua thực nghiệm cho thấy, lắp đặt hệ thống VTI cho tua bin tăng áp khí xả MET71MA động Wartsila 7RTA82T, kết thu sau: III KẾT LUẬN Hãng Mitsubishi – Nhà chế tạo tua bin tăng áp khí xả MET nghiên cứu đưa số cải tiến, áp dụng cho hệ thống tua bin tăng áp khí xả MET lắp đặt động chính, nhằm làm tăng hiệu hệ thống tăng áp, tăng áp suất khí quét, giảm nhiệt độ khí xả khỏi tua bin, giảm suất tiêu hao nhiên liệu động cơ… khai thác động chế độ phụ tải thấp Từ đồ thị nén hình 12: Chế độ khai thác 75% tải, hệ thống VTI mở van, hệ số tăng áp 3,23, hiệu suất tua bin đạt 85%; Nếu chuyển sang chế độ khai thác mức 70% tải, hệ số tăng áp 3,05 hệ thống VTI mở van hệ số tăng áp 3,33 hệ thống VTI đóng van; Cải tiến cách lắp đặt hệ thống VTI phần vỏ dẫn khí xả vào tua bin biện pháp đơn giản, hiệu tin cậy để đảm bảo chất lượng hoạt động tua bin tăng áp khí xả MET, Mitsubishi phù hợp với chế độ phụ tải khác động Mức phụ tải giảm xuống 65%, hệ số tăng áp giảm 2,88 hệ thống VTI mở van hệ số tăng áp 3,13 hệ thống VTI đóng van; Với chế độ 50% tải, hệ thống VTI đóng van, hệ số tăng áp trì mức 2,42; 31 Phan Cao An Trường, Nguyễn Văn Phúc Các trường hợp khai thác chế độ phụ tải thấp, 75% hệ thống VTI đóng van, giới hạn ho máy nén khoảng dự trữ 15,3%, đảm bảo cho hệ thống tăng áp khí xả làm việc tốt, hiệu quả, khơng xảy tượng ho máy nén chế độ phụ tải thấp (hiệu suất tua bin chế độ tải thấp cao so với tua bin khơng có lắp đặt hệ thống VTI) Phân tích từ đồ thị áp suất khí qt hình 13 cho thấy: Đối với tua bin tăng áp có lắp đặt hệ thống VTI, chế độ 50% tải, nhiệt độ khí xả khỏi tua bin giảm đến 250oC, thấp 24oC so với tua bin tăng áp khơng có VTI (274oC); Sau cùng, qua đồ thị nhiệt độ khí xả khỏi tua bin tăng áp hình 15, nhận thấy: Đối với tua bin tăng áp có lắp đặt hệ thống VTI, khai thác động mức từ 75% tải trở lên, áp suất khí quét tăng lên 0,13 bar so với hệ thống tăng áp khơng có trang bị hệ thống VTI; Khi khai thác chế độ 75% tải, nhiệt độ khí xả khỏi tua bin giảm đến 238oC, thấp 7oC so với tua bin tăng áp khơng có hệ thống VTI (245oC) Đối với tua bin tăng áp có lắp đặt hệ thống VTI, khai thác chế độ tải thấp (70% tải, giảm mức 75% tải) chuyển trạng thái van từ mở sang đóng, làm áp suất khí quét tăng lên 0,3 bar; Hoặc khai thác chế độ 70% tải van chuyển trạng thái từ mở sang đóng, nhiệt độ khí xả khỏi tua bin đạt đến mức 223oC, giảm thấp 16oC so với van trạng thái mở Đối với tua bin tăng áp có lắp đặt hệ thống VTI, khai thác động mức 50% tải van trạng thái đóng, áp suất khí quét tăng lên 0,34 bar so với hệ thống tăng áp khơng có trang bị hệ thống VTI TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery & Engine Co., Ltd, “Varianle turbine VTI”, Mitsubishi Heavy Industries Group, Tokyo, Japan, 2013 Trong đó, từ đồ thị hiệu suất tua bin tăng áp hình 14, qua so sánh cho thấy: Đối với tua bin tăng áp không lắp đặt hệ thống VTI, hiệu suất toàn phần cao tua bin đạt 69%, ứng với hệ số tăng áp 3,3 Đối với tua bin tăng áp có lắp đặt VTI, hiệu suất tồn phần cao tua bin đạt 71%, ứng với hệ số tăng áp 3,4 van mở hiệu suất tua bin trì khoảng 69% đến gần 70% van đóng [2] Mitsubishi Heavy Industries Ltd., “Mitsubishi exhaust gas turbocharger MET-VTI system – Instruction manual”, Tokyo, Japan, 2013 [3] Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery & Engine Co., Ltd, “Mitsubishi MET Turbochargers - Updates”, Mitsubishi Heavy Industries Group, Tokyo, Japan, 2016 32 ... tua bin sau thời gian làm việc với hệ thống VTI [1] 28 Nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống VTI đến thông số làm việc tua bin tăng áp khí xả MET – Mitsubishi? ?? E Thử nghiệm cải tiến tua bin tăng áp khí. .. bin tăng áp khí xả MET nghiên cứu đưa số cải tiến, áp dụng cho hệ thống tua bin tăng áp khí xả MET lắp đặt động chính, nhằm làm tăng hiệu hệ thống tăng áp, tăng áp suất khí quét, giảm nhiệt độ. .. Đồ thị áp suất khí qt phụ tải động [1] 30 Nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống VTI đến thông số làm việc tua bin tăng áp khí xả MET – Mitsubishi? ?? Hình 14 Biểu đồ so sánh hiệu suất tồn phần tua bin [1]