Nghiên cứu giải pháp khai thác hiệu quả tuabin khí m15e lắp trên tàu hải quân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo TRẦN VĂN CHIẾN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KHAI THÁC HIỆU QUẢ TUA BIN KHÍ M15E LẮP TRÊN TÀU HẢI QUÂN LUẬN ÁN THẠC SỸ KỸ THUẬT TP HCM - 11.2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo TRẦN VĂN CHIẾN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KHAI THÁC HIỆU QUẢ TUA BIN KHÍ M15E LẮP TRÊN TÀU HẢI QUÂN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ VĂN VANG TP.HCM –11.2018 LUẬN VĂN ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Lê Văn Vang Cán chấm nhận xét : PGS.TS Bùi Xuân Lâm Cán chấm nhận xét : PGS.TS Ngô Duy Nam Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Giao thông vận tải Tp HCM ngày 30 tháng 11 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Lê Hữu Sơn PGS.TS Bùi Xuân Lâm TS Ngô Duy Nam PGS.TSKH Đỗ Đức Lưu TS Nguyễn Duy Trinh Chủ tịch Hội đồng; Ủy viên, phản biện; Ủy viên, phản biện; Ủy viên Ủy viên, thư ký; Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÁY TÀU THỦY PGS.TS Lê Hữu Sơn TS Lê Văn Vang LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan rằng, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả Trần Văn Chiến LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô giáo tận tình giảng dạy suốt khóa học Cao học chuyên ngành Khai thác bảo trì tàu thủy, giúp cho tác giả trau dồi thêm kiến thức, tiếp thu khoa học công nghệ tiên tiến ngành Hàng hải nói chung Kỹ thuật Hải quân nói riêng, đồng nghiệp tham gia đóng góp ý kiến xây dựng, đơn vị : Viện Kỹ thuật Hải quân, Nhà máy Ba son- Tổng cục Công nghiệp Quốc phịng, Lữ đồn tàu 167 Hải qn tạo điều kiện giúp đỡ tài liệu hướng dẫn, tham khảo tiếp xúc thực tế với điều kiện đảm bảo kỹ thuật sửa chữa đơn vị; Thầy, Cô giáo Khoa Sau Đại học, Khoa Máy tàu- Trường Đại học Giao thông Vận tải TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện học tập, nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực bảo vệ luận văn theo kế hoạch đề Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn đặc biệt sâu sắc đến Tiến sĩ Lê Văn Vang hướng dẫn, bảo cho ý kiến quý báu phương pháp nghiên cứu nội dung, trình bày bảo vệ luận văn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài: Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài: Phương pháp nghiên cứu: Cơ sở khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài: CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TUA BIN KHÍ 10 1.1 Sơ lược phát triển tua bin khí: 10 1.2 Ứng dụng tua bin khí 11 1.3 Đặc điểm tua bin khí: 12 1.4 Các thành phần tua bin khí cơng dụng chúng: 13 1.5 Chu trình Brayton- chu trình lý thuyết tua bin khí đơn giản: 14 1.6 Hiệu suất nhiệt chu trình Brayton: 15 1.7 Các phương pháp nâng pháp nâng cao hiệu suất tuabin 16 Tăng nhiệt độ khí trước tuabin 16 Hồi nhiệt khí thải 17 Ap dụng chu trình phức tạp 18 Chu trình kết hợp tuabin khí với tuabin 19 1.8 Phân loại động tuabin khí: 21 1.9 Những ưu nhược điểm động tua bin khí: 21 1.10 Các giới hạn tua bin khí: 23 Giới hạn mặt khí: 23 Giới hạn nhiệt độ hoạt động: 23 Giới hạn phận buồng đốt: 23 Giới hạn chất lượng hoạt động thiết bị: 24 1.10.4.1 Vấn đề quy trình vận hành thiết bị: 24 1.10.4.2 Vấn đề bảo dưỡng thiết bị: 25 CHƯƠNG ĐỘNG CƠ TUA BIN KHÍ M15E VÀ THỰC TRẠNG KHAI THÁC TẠI ĐƠN VỊ 27 2.1 Chức thành phần tổ hợp tua bin khí M15E: 27 Chức năng: 27 Các thành phần tổ hợp tua bin khí M15E: 27 2.2 Các thơng số kỹ thuật tổ hợp: 27 2.3 Các phương án làm việc tổ hợp tua bin khí M15E: 28 2.4 Các kích thước động hộp giảm vòng (hộp số) tổ hợp: 28 2.5 Công dụng thông số kỹ thuật động tua bin khí M15E dùng làm động tồn tốc: 29 Công dụng: 29 Thông số kỹ thuật động tua bin khí M15E dùng làm động tồn tốc: 29 2.6 Mơ tả kết cấu tua bin khí M15E: 31 2.7 Tình hình khai thác động tua bin M15E đơn vị: 34 Điều kiện xã hội: 34 Tình hình hoạt động tàu có trang bị tua bin khí M15E: 36 Các yếu tố ảnh hưởng đến khai thác động tua bin khí M15E: 36 2.7.3.1 Môi trường tự nhiên: 36 2.7.3.2 Tác động học: 37 2.7.3.3 Q trình lão hóa: 37 2.7.3.4 Các tạp chất không khí: 38 2.7.3.5 Những tác động người vận hành gây ra: 38 2.8 Kết luận 40 CHƯƠNG PHÂN TÍCH SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC ĐẾN HIỆU SUẤT TUA BIN KHÍ 41 3.1 Sự ảnh hưởng yếu tố môi trường đến chất lượng khai thác tua bin khí: 41 Một số đặc điểm đặc trưng khí hậu vùng biển từ Khánh Hòa đến Cà Mau: 41 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí: 43 Ảnh hưởng áp suất khí quyển: 46 Ảnh hưởng áp suất khí 47 Ảnh hưởng độ ẩm khơng khí: 47 3.2 Ảnh hưởng nhiên liệu đến hiệu suất tua bin khí: 48 Nhiệt trị nhiên liệu: 48 Độ nhiên liệu: 48 CHƯƠNG TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM ĐẾN HIỆU SUẤT TUA BIN KHÍ M15E 49 4.1 Tính tốn ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm đến hiệu suất tua bin khí M15E: 49 Tính nghiệm nhiệt tua bin khí M15E điều kiện tiêu chuẩn: 49 4.1.1.1 Chọn thông số ban đầu: 50 4.1.1.2 Các thơng số tua bin khí điểm đặc trưng: 51 4.1.1.3 Quá trình nén khí máy nén: 52 4.1.1.4 Quá trình cấp nhiệt: 56 4.1.1.5 Công sinh tua bin khí M15E: 57 4.1.1.6 Cơng sinh chu trình là: 58 4.1.1.7 Hiệu suất nhiệt chu trình: 58 Ảnh hưởng điều kiện mơi trường biển từ Khánh Hịa đến Cà Mau đến hiệu suất hoạt động tua bin khí M15E: 58 4.1.2.1 Ảnh hưởng độ ẩm không khí đến hiệu suất tua bin khí M15E 59 4.1.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí đến hiệu suất tua bin: 60 4.2 Xây dựng chương trình mơ ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm môi trường đến hiệu suất tua bin khí M15E: 61 Giới thiệu chương trình: 61 Lập trình cho chương trình mơ 62 Kết chạy chương trình 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 71 /// public static double Pc2; /// /// Nhiệt độ khơng khí đo thực tế cửa hút máy nén cao áp /// public static double Tc2; /// /// Tỷ số máy nén cao áp /// public static double eps2 = 3.25; /// /// Áp suất cuối trình nén máy nén cao áp /// public static double Pc3; /// /// Nhiệt độ khơng khí sau máy nén cao áp /// public static double Tc3; /// /// Entanpi khơng khí sau máy nén cao áp /// public static double ic3; /// /// Cơng cần cho q trình nén - máy nén thấp áp /// public static double Wmnta; /// /// Cơng cần cho q trình nén - máy nén cao áp /// public static double Wmnca; /// /// Tổng công suất máy nén /// public static double Wmntt; /// /// Hiệu suất nhiên liệu cháy buồng đốt /// public static double nz = 0.999; /// /// Nhiệt lượng cấp vào chu trình tua bin khí /// public static double Qin; /// /// Tiêu hao nhiên liệu /// public static double Gnl; /// /// Nhiệt trị thấp nhiên liệu /// public static double Qth; /// /// Lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy /// public static double Gkkct; /// /// Nhiệt độ khối khơng khí dùng để đốt cháy /// public static double Tz; /// /// Phần khơng khí lại dùng để làm mát buồng đốt 72 /// public static double Gkklm; /// ///Nhiệt độ lượng khơng khí sau buồng đốt /// public static double Tc4; /// /// Nhiệt độ hỗn hợp khí cháy sau tua bin /// public static double Tkchh; /// /// Nhiệt độ khí xả sau chân vịt /// public static double Tkx; /// /// Công sinh tua bin /// public static double Wtb; /// /// Công sinh chu trình /// public static double Wct; /// /// Hiệu suất nhiệt chu trình /// public static double nt; public static POINT_XY[] p_lines = new POINT_XY[10000]; public static double Thangdo = 100; } } 73 Kết chạy chương trình Hình 4-1 Giao diện mơ hệ thống tua bin M15E 74 Hình 4-2 Kết chạy phần mềm mơ 75 Hình 4-3 Kết chạy phần mềm vẽ đồ thị 76 Hình 4-4 Kết chạy phần mềm mô 77 Hình 4-5 Kết chạy phần mềm vẽ đồ thị 78 Hình 4-6 Kết chạy phần mềm vẽ đồ thị 79 Hình 4-7 Kết chạy phần mềm mơ 80 Hình 4-8 Kết chạy phần mềm vẽ đồ thị 81 Hình 4-9 Kết chạy phần mềm mơ 82 Hình 4-10 Kết chạy phần mềm mô 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Sau thời gian tiến hành làm đề tài cách nghiêm túc, đề tài thu kết sau: - Đã trình bày cách khái quát lý thuyết động tua bin khí cấu tạo phận, nguyên lý làm việc động tua bin khí M15E - Tìm hiểu thực trạng khai thác đơn vị có sử dụng động tua bin khí M15E Phân tích yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến hiệu suất khai thác động tua bin khí, nguyên nhân chủ quan khác khai thác làm hạn chế hiệu suất hoạt động tua bin khí M15E Xây dựng sở lý thuyết tính tốn để xác định ảnh hưởng điều kiện môi trường, mà cụ thể nhiệt độ độ ẩm không khí mơi trường hoạt động ảnh hưởng đến hiệu suất tua bin khí M15E tảng chu trình Brayton - Đề tài cho số kết tính tốn hiệu suất nhiệt số điểm đặc trưng thay đổi hiệu suất nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm mơi trường Vùng biển từ Bình Thuận đến Cà Mau - Kết đề tài sử dụng làm sở để đánh giá hiệu làm việc tuabin khí M15E lắp tàu tên lửa công nhanh 1241.8 môi trường nhiệt độ độ ẩm khác Kiến nghị: - Qua thực đề tài cần đào sâu nghiên cứu nhằm nâng cao trình độ, tìm hiểu kỹ ảnh hưởng yếu tố môi trường đến hiệu suất hoạt động tua bin khí M15E, sở để ứng dụng cơng tác khai thác bảo trì động tua bin khí - Cần thường xuyên kiểm định phương tiện đo sẵn có, trang bị phương tiện đo đại tương thích, nhằm xác định tương 84 đối xác thơng số động tua bin khí M15E, sở tiến hành phân tích đánh giá kết thực nghiệm tốt - Tua bin khí loại động có nhiều triển vọng ứng dụng để lắp loại tàu chiến đấu Hải Quân, nhiên chưa phổ biến ứng dụng nhiều Việt Nam Vì thế, mục đích nghiên cứu, tìm hiểu phát triển kiến thức tua bin khí để chia hiểu biết bạn cơng việc hữu ích, cần làm 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Châu (1997), Động tua bin khí tàu thủy, Học viện kỹ thuật Quân sự, Hà Nội Cục Kỹ thuật Hải quân – Phòng Quản lý Kỹ thuật tàu (1990), Hướng dẫn sử dụng máy tua bin khí Cục Kỹ thuật Hải quân- Phòng Quản lý Kỹ thuật tàu (2001), Tổ hợp tua bin khí M15E- Tập giảng Cục Kỹ thuật Hải quân- Phòng Quản lý Kỹ thuật tàu (2002), Quy tắc khai thác hệ thống tua bin khí tàu Hải quân Nguyễn Trung Hải (2003), Khai thác Hệ thống động lực tàu quân sự, Thiết bị tua bin khí tàu chiến đấu, Học Viện Hải Quân, Nha Trang Lê Viết Lượng (2000), Lý thuyết động Diesel, Nhà xuất Giáo dục PGS.TS Trần Thế Sơn(2013), Kỹ thuật nhiệt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Công Thận (1982), Tua bin khí tàu thủy, Trường sỹ quan Hải quân Nguyễn Văn Viết (1984), Đặc điểm khí hậu vùng biển Việt Nam, Bộ Tư Lệnh Hải Quân, Hải Phòng 10 PGS- TS Máy trưởng Lê Hữu Sơn (2015), Động tua bin khí, Trường Đại học Giao thơng Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh 11 Vũ Đức Thắng (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ môi trường biển Việt Nam nhiên liệu đến hiệu suất hoạt động tua bin khí TA100 lắp giàn khai thác Topaz, Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Cơ khí động lực, Đại học Giao thông vận tải TP Hồ Chí Minh 12 Vũ Tiến Tân (2013), Nghiên cứu chế độ khai thác động tua bin khí tàu thủy M2BE điều kiện Việt Nam, Luận văn Thạc sỹ chuyên ngành Cơ khí động lực, Đại học Giao thơng Vận tải TP Hồ Chí Minh