Bài giảng khai thác hệ động lực tàu thủy

A B B Y Y.c Y F T n sf o om HOÀNG ANH DŨNG BÀI GIẢNG KHAI THÁC HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY HẢI PHÒNG 2009 lic k he re to bu y rm C lic C w w w w w PD ABB to re TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM k he Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y Phần I: Khai thác công suất w A B B Y Y.c Chương 1: Đặc tính cơng tác diesel tàu thủy phối hợp công tác với chân vịt 1.1 Khái niệm chế độ làm việc đặc tính động 1.1.1 Khái niệm chung Chế độ làm việc động đặc trưng tổng hợp tiêu, thông số kỹ thuật điều kiện cụ thể lúc khai thác Thông thường thông số chọn làm thơng số tên gọi giá trị xác tên gọi chế độ làm việc Ví dụ: Chế độ tốc độ đặc trưng cho làm việc động với giá trị số vòng quay cho trước, chế độ phụ tải đặc trưng cho làm việc động với giá trị phụ tải (Pe Me) cho trước Khi giá trị vòng quay phụ tải xác định cụ thể có tên gọi xác chẳng hạn như: Khi Pe = gọi độ làm việc không tải, Khi n = nmin gọi chế độ làm việc với vòng quay tối thiểu ổn định Ngồi với động tàu thủy cịn có số chế độ khai thác đặc biệt trường hợp cố 1.1.2 Đặc tính động diesel tàu thủy Sự chuyển chế độ làm việc động điều kiện xác định ta thu thay đổi có tính quy luật thông số động phụ thuộc vào thông số mà biểu diễn bảng số, đồ thị hàm số gọi đặc tính động Đặc tính động dùng để đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật, an toàn tin cậy trình cơng tác động Phân loại: Đặc tính động diesel tàu thủy chia làm loại sau: - Đặc tính cơng suất (cịn gọi đặc tính tốc độ): Biểu thị tập hợp chế độ tốc độ mà thơng số vịng quay động - Đặc tính phụ tải: Biểu thị tập hợp chế độ phụ tải với thông số phụ tải động - Đặc tính tổng hợp: Biểu thị tập hợp tổng hợp chế độ (tốc độ phụ tải) với tốc độ quay động Đặc tính tốc độ cịn chia thành: Đặc tính ngồi, đặc tính chân vịt đặc tính giới hạn 1.2 Đặc tính tiêu cơng tác diesel tàu thủy 1.2.1 Đặc tính cơng suất - Đặc tính biểu thị thay đổi thông số công tác động theo hàm tốc độ quay tốc độ tàu gọi đặc tính cơng suất hay cịn gọi đặc tính tốc độ - Hàm biểu diễn: Ne = f(n) Ne = f(v) Trong đó: Ne cơng suất có ích động cơ, n tốc độ động cơ, v tốc độ tàu - Đặc tính cơng suất chia thành: Đặc tính ngồi đặc tính chân vịt Đặc tính ngồi - Đường đặc tính biểu diễn mối quan hệ tiêu công tác động với số vịng quay lượng cung cấp nhiên liệu cho chu trình khơng thay đổi (dw = const) gọi đặc tính ngồi - Hàm biểu diễn: Ne = f(n) Me = f(n), với dw = const - Xây dựng đặc tính ngồi: om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c Giả định: Lượng nhiên liệu phun vào động chu trình khơng đổi (dw=const) hiệu suất chung động khơng đổi phạm vi tồn chế độ tốc độ quay (ho = const) ta có: Ne = GQHh0 (ml) 632, (1) Trong đó: - QH : Nhiệt trị thấp nhiên liệu sử dụng [Kcal/ kg] - G : Lượng nhiên liệu tiêu thụ giờ, G = 60nzdw (kg/h) - n: tốc độ quay động [v/phút] - z: Hệ số kì, động kì z = 1, động kì z = 1/2 Ne = Thay vào (1) ta có: 60 zQHh 632, ndw (2) Với động cụ thể: z, QH không đổi, với giả thiết ho = const, Ta đặt: C1 = 60zQHho /632,3 Khi đó: Ne = C1ndw (2’) Từ (2’) ta thấy: Khi trì lượng cung cấp nhiên liệu cho chu trình khơng thay đổi (dw = const) cơng suất phát động tỷ lệ bậc với tốc độ quay Do đồ thị đặc tính ngồi có dạng đường thẳng bậc có dạng hình vẽ sau Ne dw2= const Hình 1.5 Biểu diễn mối quan hệ cơng suất với vịng quay dw=const A2 0A1: Đặc tính ngồi dw1=const dw1= const Ne2 0A2: Đặc tính ngồi dw2=const A1 di : Góc kẹp Ne n, biểu thị lượng phun nhiên liệu hay mức độ thay đổi Pe, Me dw thay đổi di n1 n Ta thấy dw khơng đổi mơmen quay có ích áp suất có ích bình qn khơng đổi, thật vậy: Ta có: Ne = Men /716,2 Hay: Me =716,2Ne/n Thay Ne từ (2’) ta có: Me = 716,2C1dw Hay: Me = C2dw với C2 = 716,2C1 Tương tự: Ne = PeSFniz/ 4500 Hay: Pe = 4500Ne/ SFizn Thay Ne từ (2’) ta có: Pe = (4500/SFiz)C1dw Hay: Pe = C3dw với C3 = (4500/SFiz)C1 Khi dw khơng đổi Me Pe khơng đổi hay đồ thị chúng đường thẳng song song với trục hồnh (0n) hình vẽ sau: om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c Me, Pe Hình 1.6 Biểu diễn mối quan hệ Me Pe với vòng quay dw=const dw = dwmax I I: Me, Pe đạt giá trị lớn dw = dwmax dw = dwn II II: Me, Pe đạt giá trị định mức dw = dwn (lượng cung cấp nhiên liệu đạt giá trị định mức) dw = dwmin III III: Me, Pe đạt giá trị nhỏ dw = dwmin (lượng cung cấp nhiên liệu đạt giá trị lớn nhất) n Trong thực tế hiệu suất động giảm dần theo chiều tăng tốc độ quay nên đường đặc tính ngồi đường cong, khai thác chúng chia thành đường sau: Ne Ne Đường lí thuyết Nmax Nn NKT n nn nmax n n nk nn nmax n Hình 1.7.Đặc tính cơng suất khai thác chia thành 1: Đặc tính giới hạn- đặc tính công suất giới hạn độ bền động (Ngh) 2: Đặc tính lớn nhất- đặc tính thể khả phát công suất lớn động (Nmax) vịng quay lớn 3: Đặc tính ngồi (đặc tính định mức) - đặc tính thể khả phát công suất lớn ổn định, kinh tế động (Nn) vòng quay định mức 4: Đặc tính khai thác- đặc tính cơng suất sử dụng rộng rãi q trình khai thác động (NKT) Thơng thường: NKT =(0,85 ~ 0,95) Nn 5: Đặc tính phụ tải (bộ phận) (Nbf) –là đặc tính cơng suất động phát công suất nhỏ công suất khai thác, thường sử dụng điều kiện manơ Đặc tính chân vịt a) Đặc tính chân vịt với động lai chân vịt định bước - Đặc tính biểu diễn mối quan hệ thông số công tác động lai chân vịt với tốc độ quay tốc độ tàu lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình thay đổi gọi đặc tính chân vịt - Hàm biểu diễn: Ne = Cnx (4) Me = C’nx-1 Trong đó: x số mũ phụ thuộc vào kết cấu vỏ tàu trang trí hệ động lực Với tàu cụ thể x = const x=2,5 ~3,2 (x = 2,5 với tàu cao tốc tàu lướt, tàu khách x = 3,2 đối tàu hàng) om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c C, C’: số phụ thuộc tuyến hình vỏ tàu, chân vịt tình trạng chúng điều kiện khai thác - Đặc tính chân vịt xây dựng phương pháp thực nghiệm: Để xây dựng đặc tính chân vịt ta phải giả định lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình thay đổi tồn cơng suất động phát truyền hết cho chân vịt Bằng thực nghiệm cho thấy với đa số tàu hàng công tác độc lập (như tàu biển, tàu sông, tàu khơng lai kéo ) có x = nên (4) viết lại là: Ne = Cn3 (4’) Me = Cn2 Với tàu cụ thể điều kiện khai thác định C = const Nói cách khác đặc tính chân vịt quan hệ cơng suất vịng quay quan hệ bậc ba Trong thực tế khai thác, điều kiện khai thác thay đổi ví dụ tàu khai thác điều kiện sóng gió, vùng có dịng chảy, vùng biển cạn Do hệ số C thay đổi theo điều kiện khai thác kết cho ta họ đường đặc tính chân vịt Ne CU C Hình 1.8 Biểu diễn mối quan hệ Ne với n dw = var điều kiện khai thác khác CU: Đặc tính chân vịt thử tàu bến (V = 0) Cj C0: Đặc tính chân vịt điều kiện khai thác bình thường Cj: Đặc tính chân vịt tàu chạy ballast b) Với động lai chân vịt biến bước n n Trong thực tế công suất mô men chân vịt tiếp nhận phụ thuộc trước tiên vào thông số hình học, thủy động học chân vịt Khác với chân vịt định bước chân vịt biến bước làm việc ta thay đổi thơng số hình học bước chân vịt H (hay thơng số không thứ nguyên tỷ số bước H/D) Việc thay đổi tỷ số bước H/D làm cho đặc tính chân vịt thay đổi Hình 1.9 Biểu diễn mối quan hệ Ne với n động lai chân vịt biến bước Ne H/Dmax H/Dn: Đặc tính chân vịt ứng với tỷ số bước định mức (Chế độ khai thác kinh tế) H/Dn H/Dmin H/Dmax: Đặc tính chân vịt ứng với tỷ số bước lớn (Chế độ khai thác khó khăn) H/Dmin: Đặc tính chân vịt ứng với tỷ số bước nhỏ (Chế độ khai thác thuận lợi) 1.2.2 nmin n Đặc tính phụ tải - Sự phụ thuộc tiêu động vào phụ tải (Ne, Me, hay Pe) số vòng quay không thay đổi (n = const) gọi đặc tính phụ tải - Khi n = const ta có tổn hao giới: Nm = A.nb số, với A = Nmn/nnb Cơng suất có ích: Ne = f(Pe) hàm bậc Công suất thị: Ni = Ne + Nm hàm bậc om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y Ne Đặc tính phụ tải thường sử dụng cho loại động diesel lai máy phát điện, lai bơm, máy nén động hệ động lực truyền động điện lai chân vịt Trong thực tế khai thác, đặc tính phụ tải động thường dùng vòng quay định mức (nn) điều tốc thay đổi lượng cung cấp nhiên liệu phù hợp với phụ tải bên Tuy nhiên giá trị vòng quay khai thác thay đổi chút so với giá trị định mức Ni w A B B Y Y.c hm Ne Nm 100% Pe Hình 1.10 Đặc tính phụ tải 1.3 Sự phối hợp công tác động chân vịt 1.3.1 Truyền động động chân vịt Truyền động trực tiếp Thường áp dụng cho HĐL động công suất lớn chậm tốc hãng Sulzer, Man, B&W… Buồng máy thường đặt phía cuối tàu, đường trục ngắn tổn thất truyền động không đáng kể, ta có: ns = ne Ns = Nehtrhp Ms = Mehtrhp Trong đó: htr = 0,96 ~ 0,99: Hiệu suất truyền động hp = 0,65 ~ 0,70: Hiệu suất chân vịt, hp max ns = 90 ~ 120 RPM Truyền động gián tiếp Thường áp dụng cho động trung tốc lai chân vịt động hãng Semt-Pielstick, hay hãng Mitsubishi với loại đường trục thường có li hợp, hộp giảm tốc hộp số Đặc điểm bật phương pháp truyền động tốc độ chân vịt ns bị thay đổi phụ thuộc vào tỷ số truyền, ns = in Ns = Nehtrhphlhhgt Ms = (1/i)Mehtrhphlhhgt Trong đó: hlh = 0,97 ~ 0,98: Hiệu suất li hợp hgt = 0,94 ~ 0,96: Hiệu suất hộp giảm tốc 1.3.2 Sự phối hợp công tác động chân vịt định bước Ngày truyền động trực tiếp lai chân vịt định bước sử dụng rộng rãi tính ưu việt đơn giản chế tạo, hiệu suất truyền động cao ta xem: ns = n Ns = Ne a) Xét trường hợp điều kiện khai thác không thay đổi Giả sử tàu cơng tác vùng biển n sóng gió tương ứng với đường đặc tính chân vịt khơng thay đổi C0 Động làm việc với đường đặc tính ngồi (Mn = const) ứng với lượng cấp nhiên liệu định mức (dwn = const) Điểm phối hợp công tác giao điểm N đường đặc tính chân vịt (C0) đường đặc tính ngồi (Mn , hn) Tại mômen động sinh cân với mômen cản đế chân vịt, lực đẩy cân với lực cản, N công suất động cơng suất định mức Nn vịng quay định mức nn Tuy nhiên thực tế khai thác lúc ta đạt công suất điểm N Chẳng hạn: động cũ, vài xylanh bị cố, tuabin tăng áp bị hỏng hay tàu khai thác luồng lạch hẹp, cạn ta phải thay đổi tay ga để tìm điểm khai thác có cơng suất hợp lý mà an toàn cho động om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y Ne Hình 1.11 Sự phối hợp cơng tác động & chân vịt điều kiện khai thác không thay đổi C0 w A B B Y Y.c N Nn NKT Mn=const C0: Đặc tính chân vịt ứng với điều kiện khai thác yên sóng gió K I Mn = const: Đặc tính ngồi ứng với tay ga định mức N, K, I, H: Các điểm khai thác tương ứng với vị trí tay ga khác H nmin nKT nn n Một lí mà ta thường sử dụng công suất phát động nhỏ công suất định mức nhằm dành phần giữ trữ để khắc phục phụ tải tăng đột ngột sóng gió nhằn tăng cao tuổi thọ động Do điểm phối hợp cơng tác động & chân vịt thường điểm K ta có: NK = eNn nK = n n NK Nn = nn e æn MK = Mn ỗ K ữ = Mn e è nn ø Hệ số giảm công suất e thường lấy e = (0,85 ~ 0,95) Vậy điều kiện khai thác không thay đổi ta thay đổi tay ga nhiên liệu điểm phối hợp cơng tác thay đổi nằm đường đặc tính chân vịt b) Xét trường hợp điều kiện khai thác thay đổi Giả sử sức cản tàu thay đổi sóng gió hay tải trọng hàng hóa thay đổi tương ứng với đặc tính chân vịt CU, C1, C0, C2, Cj Động làm việc đặc tính khai thác MKT = 0,9.Mn với giả thiết động khơng có điều tốc điểm phối hợp công tác tương ứng KU, K1, K0, K2, Kj Hình 1.12 Sự phối hợp cơng tác động & chân vịt điều kiện khai thác thay đổ giữ nguyên tay ga Ne CU C1 C0 C2 Cj MK = const: Đặc tính động ứng với tay ga khai thác K0 CU: Đ ặc tính buộc tàu bến K1 C1: Đặc tính chân vịt ứng với điều kiện ngược sóng gió K2 Kj MK =const C0: Đặc tính chân vịt ứng với điều kiện n sóng gió KU C2: Đặc tính chân vịt ứng với điều kiện xi sóng gió Cj: Đặc tính chân vịt ứng với điều kiện balát K0 : Các điểm công tác tương ứng với điều kiện khai thác nmin nKT n Ta thấy điều kiện khai thác khó khăn chẳng hạn điểm phối hợp công tác chuyển từ K0 K1 Tại K1 công suất động giảm lượng DN = N0 - N1 dùng để khắc phục sức cản vỏ tàu Ta có: N1 = N K n1 h 01 nK h K om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c Trong đó: h01, h0K hiệu suất động điểm K1 K0 Nếu ta xem chúng số không đổi suốt dải vịng quay cơng tác thì: N1 = N K n1 nK Vậy điều kiện khai thác thay đổi ta giữ nguyên tay ga điểm phối hợp cơng tác thay đổi đường đặc tính động MK = const Song phải ý tới điều kiện khai thác điều kiện tăng sức cản lớn gây q tải cơng suất cịn q nhẹ tải tải vòng quay Do cần khai thác động tay ga hợp lý c) Sự phối hợp công tác động chân vịt thực tế khai thác Trong thực tế động tàu thủy trang bị điều tốc nhằm trì vịng quay giá trị đặt định, dù phụ tải tác động lên chân vịt thay đổi, việc tăng giảm nhiên liệu phù hợp tương ứng với tải bên Ne Ne C0 C1 h1 =const K1 C2 C0 h0 =const K0 K0 h0 =const K2 h2 =const Ur n n1 n0 Ur n n (I) n0 n2 n (II) Hình 1.12 Phối hợp cơng tác động & chân vịt động trang bị BĐT nhiều chế độ (I) Khi ĐKKT khó khăn ĐT chân vịt thay đổi từ C0 -> C1 BĐT tăng lượng nhiên liệu điểm khai thác thay đổi từ K0 -> K1 để trì vịng quay xung quanh giá trị n0 (II) Khi ĐKKT thuận lợi ĐT chân vịt thay đổi từ C0 -> C2 BĐT giảm lượng nhiên liệu điểm khai thác thay đổi từ K0 -> K2 để trì vịng quay xung quanh giá trị n0 1.4 Khả mở rộng phạm vi công tác diesel tàu thủy 1.4.1 Phạm vi công tác động lai chân vịt định bước Hình 1.13 Phạm vi công tác HĐL diesel lai chân vịt định bước Ne hmax hn CU CU: Đặc tính chân vịt thử tàu bến hmax: Đặc tính cơng suất lớn động hKT hn: Đặc tính cơng suất định mức hKT: Đặc tính cơng suất khai thác nmax: Giới hạn vịng quay lớn động hmin nn: Vòng quay định mức động nmin: Giới hạn vòng quay tối thiểu ổn định động n nn nmax n om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c - Vùng 1: Giới hạn n min, CU, hKT, nn, hmin Tương ứng với trường hợp động hoạt động chế độ nhỏ tải như: khởi động, hay manơ luồng lạch hẹp, động cũ - Vùng 2: Giới hạn CU, hn, nn, hKT Đây vùng thể khả phát công suất tối ưu động cơ, hiệu kinh tế tốt Thường khai thác động vùng (2) động mới, khai thác điều kiện thuận lợi - Vùng 3: Giới hạn CU, hmax, nmax, hn Thể khả phát công suất lớn động Vùng áp dụng trình thử tàu xuất xưởng, sau sửa chữa lớn, tàu chạy bão, tàu giẫy cạn phải ý tải động 1.4.2 Khả mở rộng phạm vi công tác động a) Dùng nhiều động lai chân vịt Ne% C0 D Giảm tốc No.1 M/E 1,0 Mn=const B 0,75 No.2 M/E Ly hợp Hình 1.14 Sơ đồ HĐL hai động lai chân vịt 0,5 C A n 1,0 nn% Hình 1.15 Đồ thị đặc tính HĐL bốn động giống lai chân vịt OA: Đặc tính động khai thác máy OB: Đặc tính động khai thác hai máy OC: Đặc tính động khai thác ba máy OD: Đặc tính động khai thác bốn máy Trong thực tế với số loại tàu việc yêu cầu công suất chế độ khai thác riêng biệt khác Chẳng hạn tàu quân tàu tác chiến u cầu cơng suất lớn tàu di chuyển bình thường khơng u cầu cơng suất lớn Hay tàu khách hành trình đại dương cần tốc độ cao công suất lớn manơ luồng cần cung cấp phần công suất vừa đủ Với hệ động lực nhiều động lai chân vịt cho phép khắc phục tượng dư thừa công suất tàu chạy nhỏ tải việc cho ngừng hoạt động hay số động - Ưu điểm: 1) Tùy theo yêu cầu công suất mà khai thác động cách hợp lí, nên động ln khai thác đặc tính ngồi, đạt tiêu kinh tế kĩ thuật 2) Trong trường hợp không yêu cầu công suất tối đa bảo dưỡng, sửa chữa động dự trữ 3) Phạm vi công tác mở rộng - Nhược điểm: 1) Khó khăn khai thác vận hành, 2) Hệ thống động lực phức tạp, cồng kềnh 3) Giá thành chế tạo cao Thông thường áp dụng cho tàu nhỏ, yêu cầu tốc độ cao tàu quân sự, tàu đánh cá hay số tàu khách om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y b) Động lai chân vịt thông qua hộp số C1 B’ NS NB’ NA Ly hợp NB Hộp số w A B B Y Y.c C0 A MS2=(1/i2).Mn B MS1=(1/i1).Mn No.1 M/E nmin nB nB’ nA nS Hình 1.17 Sự phối hợp công tác động chân vịt có hộp giảm tốc Hình 1.16 Sơ đồ HĐL động lai chân vịt thông qua hộp giảm tốc gồm cấp tiến cấp lùi C0: Đặc tính chân vịt khai thác đk bình thường C1: Đặc tính chân vịt khai thác đk khó khăn Khi tàu khai thác điều kiện bình thường C0 động cơng tác đặc tính ngồi Mn Với tỷ số truyền i1 ta có mômen chân vịt MS1=(1/i1).Mn, điểm phối hợp công tác A Do điều kiện khai thác khó khăn nên đặc tính chân vịt thay đổi sang C1 Nếu ta giữ ngun tay ga điểm phối hợp cơng tác B Tại B cơng suất, vịng quay bị giảm động khai thác điều kiện nặng nề dễ gây tải nhiệt Trong trường hợp ta thay đổi số truyền từ i1 -> i2 (với i2< i1) mơmen đế chân vịt MS2=(1/i2).Mn, MS2 >MS1 Điểm công tác B’ có cơng suất vịng quay động lớn điểm B Hay nói cách khác chế độ khai thác động cải thiện tốt so với điểm B - Ưu điểm: 1) Nâng cao khả công tác động cơ, tăng công suất khai thác Động khai thác đặc tính ngồi, đạt tiêu kinh tế kĩ thuật, tăng tuổi thọ 2) Có thể đảo chiều tàu mà không cần đảo chiều quay động 3) Phạm vi cơng tác mở rộng - Nhược điểm: 1) Khó khăn khai thác vận hành 2) Hệ thống động lực phức tạp, hiệu suất truyền động nhỏ 3) Giá thành chế tạo cao Thông thường áp dụng cho tàu nhỏ c) Dùng truyền động điện lai chân vịt Động diesel lai máy phát điện truyền lượng điện cho động điện lai chân vịt Khi điều kiện khai thác thay đổi từ C0 sang C1 nhờ có đặc tính động điện có dạng (d) nên điểm công tác ban đầu A không B với HĐL động lai trực tiếp chân vịt ờa C (trong HĐL truyền động điện) nên cải thiện q trình cơng tác động cơ, cơng suất vịng quay tăng lên om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y - w A B B Y Y.c Nhiệt độ điểm sương giới hạn thiết bị phụ làm việc nhiệt độ điểm sương gây ăn mòn, nhiệt độ phụ thuộc áp suất riêng phần nước khí xả hàm lượng lưu huỳnh có nhiên liệu xác định theo cơng thức: t ds = t ng + 98, s tds, tng: Nhiệt độ điểm sương nhiệt độ ngưng tụ S: Hàm lượng lưu huỳnh có nhiên liệu Nhiệt độ điểm sương vào khoảng 120 – 140oC Vì ta lấy nhiệt độ thấp khỏi thiết bị tận dụng tpmin tpmin = tds + Dt Dt: Độ chênh nhiệt độ đảm bảo ống xả sau thiết bị tận dụng không bị ảnh hưởng nhiệt độ điểm sương trao nhiệt hiệu thường lấy Dt ≥ 25oC Khi biết nhiệt độ bé sau thiết bị phụ tận dụng ta xác định hệ số tận dụng nhiệt khí xả lớn thiết bị phụ nhờ cơng thức: x max = Trong : ikx - i p ikx å C p t kx - å C p t p kx = p å C p t kx kx ikx, tkx, Cpkx: Entanpi, nhiệt độ tỉ nhiệt khí xả trước thiết bị ip, Cpp: Entanpi, tỉ nhiệt sau thiết bị phụ kx p Gần cho Cp = Cp , ta có: x max = t kx - t P t kx Nhiệt độ sau thiết bị tận dụng phụ thuộc vào nhiệt độ điểm sương mà phụ thuộc vào sơ đồ thiết bị, áp suất yếu tố khác Vì hệ số tận dụng nhiệt khơng đạt giá trị lớn mà biểu diễn qua công thức : x = t kx - t P t kx Ở đưa khái niệm hệ số độ giáng nhiệt tỉ số nhiệt lượng sử dụng thực tế với lượng nhiệt tận dụng : hH = x x max = t kx - t p t kx - t p Qua ta thấy hệ số sử dụng nhiệt khí xả nhiệt độ thiết bị phụ cho trước phụ thuộc vào nhiệt độ khỏi động (vào thiết bị tận dụng) Nhưng nhiệt độ khí xả khỏi động phụ thuộc vào kiểu loại động cơ, mức độ cao thấp tốc, hệ số dư lượng không khí Giá trị hệ số tận dụng nhiệt khí xả loại động sau: - Động kỳ không tăng áp: ξ = 0,59 - 0,64 - Động kỳ tăng áp: ξ = 0,61 - 0,67 - Động kỳ quét vòng: ξ = 0,45 - 0,52 - Động kỳ quét thẳng: ξ = 0,59 - 0,61 Có thể viết : x kx = - t kx 68 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y t kx = t kx Khi động làm việc đặc tính chân vịt at cú: ổn x kx = - n ỗ n ÷ t kx è n ø Thay vào ta cú: n ổnử ỗ ữ ố nn ứ w A B B Y Y.c m1 m1 Đây công thức xác định hệ số tận dụng nhiệt chế độ khác động làm việc đặc tính chân vịt Khi biết cơng suất, tổn thất nhiệt khí xả cơng suất hệ số sử dụng nhiệt chế độ tải khác ta tính nhiệt lượng sử dụng thiết bị phụ theo công thức sau : Qp = qcskxNeξ = qkxNeξgeQH qkx = Thay: (a L o + 1) C p t kx - a1 Lo C p t kk kx kk QH ỉnư N e = N en ỗ ữ ố nn ứ x (x 3) Ta có : m m x m ù n ỉ n m kx ỉnư ïìé ỉ n ïü é t p ỉ nn ù ỉ n kk QP = ờa n ỗ ữ Lo + 1ỳ t kx ỗ ữ C p - a n ỗ ữ Lo C p tkk ý ờ1 - n ỗ ữ ỳ N en ỗ ữ g e è nn ø úû è nn ø ï ê è nn ứ ùỵ t kx ố n ứ ỷ è nn ø ỵë 2 Q.10-5 KJ/h Như Qp hàm vòng quay Qp = f(n) Sau biết quy luật, với quy luật Qkx = f(n) cho ta phương án sử dụng hiệu Trên hình 20 đồ thị biểu diễn phụ thuộc tổn thất nhiệt khí xả vào vòng quay động làm việc đặc tính chân vịt Sự phụ thuộc có quy luật gần động Khi giảm công suất từ 25 – 30% so với chế độ định mức, tương ứng 25 – 32% vịng quay định mức lượng nhiệt sử dụng thiết bị phụ giảm từ 32% đến 44% 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 n /nH Hình 20 (a) Q (b) Q (c) Q Qp= F(n) Qkx= F(n) Qkx= F(n) Qp= F(n) nmin n Qp= F(n) nM n nmin nM Qkx= F(n) n Hình 21: Đồ thị phụ thuộc nhiệt lượng vào vòng quay 69 nmin nM n om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c Muốn sử dụng có hiệu tổn thất nhiệt khí xả ta phải nắm quy luật thay đổi tổn thất nhiệt khí xả nhiệt tận dụng thiết bị phụ chế độ khác từ định chế độ khai thác thiết bị tận dụng có hiệu nhất, sử dụng cho nhu cầu khác tàu ứng với chế độ khai thác động hình 21 biểu diễn quy luật thay đổi đó, sử dụng vùng khai thác (hình a), tồn vùng khai thác (hình b), chế độ khai thác (hình c) 2.4 Tổn thất nhiệt cho làm mát Tổn thất nhiệt cho làm mát tổn thất đương nhiên phải có lớn Tổn thất cho làm mát phụ thuộc vào kết cấu, chế độ hoạt động động cơ, nhiệt độ trung bình nước mát hàng loạt yếu tố khác Khi dùng hệ thống làm mát hở, nhiệt độ nước khỏi động thấp việc sử dụng lại hiệu Đối với hệ thống làm mát kín, nhiệt độ nước khỏi động cao, xu hướng chung nâng nhiệt độ nước mát lên cao nhằm hồn thiện q trình cháy động việc tận dụng nhiệt nước làm mát dễ dàng Thưc tế chế tạo động cơ, người ta chế tạo mạch làm g (g/ml.h) c mát riêng: sơmi xylanh, pistong, vòi phun… cơng chất vịng tuần hồn khác Khi nhiệt độ cơng chất vào 245 chi tiết động khác Giá trị lượng nhiệt tổn thất cho môi trường làm mát động có khác nhau: động kỳ động kỳ Số liệu thống kê thực nghiệm tổn thất nhiệt cho nước làm mát 215 xilanh động hãng B&W, MAN, DOCFORD nằm khoảng giới hạn 10-12%, SULZER khoảng 11-14%, tổn thất nhiệt cho nước làm mát pistong không phụ thuộc vào môi trường làm mát thường từ 3,2-4,5% Độ mài mịn nhóm pistong-xilanh, suất tiêu hao nhiên liệu có ích phụ thuộc lớn vào nhiệt độ nước mát 20 40 60 80 100 tnc (oC) Hình 22 Trên hình 22 biểu diễn phụ thuộc suất tiêu hao nhiên liệu vào nhiệt độ nước mát động thí nghiệm Khi tăng nhiệt độ nước mát từ 40oC lên 80oC suất tiêu hao nhiên liệu giảm 6,0-6,7 g/ml.h, nhiệt độ khí xả tăng 5-6% giữ hệ số dư lượng khơng khí ỏ khơng đổi Khi tăng nhiệt độ nước mát, hiệu suất có ích tăng, tổn thất masát nhóm piston - xilanh giảm Sự thay đổi giá trị tương đối tổn thất nhiệt nước mát phụ thuộc vào chế độ tải vùng công suất từ 60% đến 100% công suất định mức quan hệ xác định: qnc qnc n qnc qncn m3 ổN = ỗ e ữ ; m3 = - 0,226 è N en ø 1,2 qnccs = qncgeQH 1,1 m2 qnc cs ổnử = qnc ỗ ữ g e QH è nn ø 1,0 n x Qnc = qnc cs ổnử ỗ ữ N en ố nn ứ 0,6 0,8 Hình 23 70 1,0 Ne Nen om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y Trên hình 23 biểu diễn phụ thuộc giá trị tương đối tổn thất nhiệt làm mát qnc /qncn cs vào Ne/Nen w A B B Y Y.c Ở chế độ nhỏ tải nhiệt độ nước làm mát thấp dẫn đến chế độ hoạt động động đi, độ mài mịn cụm pistongxilanh tăng Chính lý xu hướng chung người ta tăng nhiệt độ công chất làm mát để đạt chế độ cháy động tốt hơn, giảm mài mòn chi tiết chuyển động Nâng cao khả tận dụng nhiệt nước mát mang khỏi động Về mặt lý thuyết ó thể tận dụng hồn tồn nhiệt lượng cơng chất làm mát mang khỏi động cơ, thực tế hệ số tận dụng nhỏ số vịng tuần hồn khơng có khả tận dụng lượng nhiệt q ví dụ hệ làm mát vịi phun, dầu làm mát piston 2.5 Hiệu suất nhiệt hệ động lực tàu thuỷ 2.5.1 Hiệu suất thiết bị động lực tàu thuỷ Thiết bị động lực thiết bị đẩy tàu, ta xét thành phần hiệu suất Khi đốt cháy nhiên liệu nhiệt biến thành thông qua hệ thống giới, thuỷ lực hay điện truyền lượng cho chân vịt nhằm đẩy tàu chuyển động Khi đó: ηtb = ηtηiηmiηtđηlhηtrηcv ηtb: Hiệu suất thiết bị động lực ηt: Hiệu suất nhiệt chu trình động Diesel vào khoảng 40% Nó xác định theo lý thuyết: ht = - e k -1 lr - k l - + k l ( r - 1) Nó hàm thông số: tỉ số nén ε, tỉ số tăng áp λ, hệ số dãn nở sớm ρ số đoạn nhiệt k Hiệu suất tăng tỉ số nén, hệ số tăng áp suất số đoạn nhiệt tăng; giảm tỉ số dãn nở sớm tăng Động hoạt động chế độ tải khác hiệu suất biến đổi theo có thay đổi tỉ số tăng áp suất hệ số dãn nở sớm ηi: Hiệu suất thị động vào khoảng 80%, xác định: hi = 632 g i QH ηm: Hiệu suất giới chiếm khoảng 85-90% xác định: hm = Ne Ni ηe: hiệu suất có ích xác định: he = 632 g e QH ηtđ: Hiệu suất truyền động từ động trục chân vịt ηlh: Hiệu suất thiết bị ly hợp ηtr: Hiệu suất truyền động trục ηcv: Hiệu suất chân vịt Như muốn nâng cao hiệu suất thiết bị động lực phải hoàn thiện chế độ làm việc động cơ, chế độ bảo dưỡng thiết bị truyền động, khai thác tốt nhằm làm cho hiệu suất phận cấu thành nâng cao 71 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om 2.5.2 w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y Hiệu suất hệ động lực tàu thuỷ w A B B Y Y.c Để đánh giá cách toàn diện tính kinh tế hệ động lực tàu nghiên cứu hiệu suất tổ hợp thiết bị cấu thành hệ động lực tàu thủy Có thể xác định hiệu suất thông qua công thức: B1h e htd + B2h e h d + B3h P M h ht = Trong đó: M2 B B1, B2, B3 lượng nhiên liệu tiêu hao cho động chính, động phụ (diesel lai máy phát) thiết bị phụ (nồi hơi, hâm dầu ) B: Tổng lượng nhiên liệu tiêu hao, B = B1 + B2 + B3 ηeM1, ηeM2, ηp: Hiệu suất động chính, phụ thiết bị phụ ηtđ: Hiệu suất truyền động động đến chân vịt ηđ: Hiệu suất máy phát Có thể viết : ηht = ηeM1ηtđx + ηeM2ηđy + ηpz Trên quan điểm nhiệt xác định hiệu suất hệ động lực sau: h ht = Trong đó: Qe + Q2 + QP QP H Qe: Lượng nhiệt biến thành cơng có ích truyền cho chân vịt Q2: Lượng nhiệt dùng cho động phụ Qp: Lượng nhiệt thiết bị phụ Khi thiết lập cân nhiệt hệ thống tính tốn hiệu suất phải dựa vào định luật I nhiệt động học kỹ thuật (định luật bảo tồn lượng) Hiệu suất nhiệt xác định: h ht = Trong đó: SE u SE P Eu, Ep nhiệt lượng có ích phân bố thiết bị ΣEp = B1QHP1 + B2QHP2 + B3QHP3 ΣEu = EM + EM1 + EPηP EM: nhiệt sử dụng có ích cho động chính, EM = 3600B1QHPηeM EM1: nhiệt sử dụng có ích cho động phụ, EM1 = 3600B2QHPηeM1 EP = E1 + E2 : nhiệt lượng sử dụng cho thiết bị phụ Khi sử dụng loại nhiên liệu giá trị QHP thì: h ht = 3600 N eM + 3600 N eM + EPh P BQ H P Khi xem xét đến việc sử dụng tận dụng tổn thất nhiệt khí xả nước mát hiệu suất thị Diesel tính đến tổn thất nhiệt khí xả, làm mát là: hi = M Li M QI = QI - ( Qkx + Qlm ) QI Hiệu suất thị động liên hợp sử dụng nhiệt khí xả phần chu trình (trong nồi phụ): 72 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y Li + Li M hi = Trong đó: P QI = hi + M Li w A B B Y Y.c P QI LiM, LiP nhiệt lượng sử dụng phần khí cháy, (từ NH khí xả) QI: nhiệt lượng cấp cho chu trình Diesel Hiệu suất phần sử dụng nhiệt khí xả: hi = Li P Li QH P QI Mà: P = hi P P = Li QI QI QH QH QI QH = Qkx – ΔQkx ΔQkx: Tổn thất khí xả nồi Qkx: Lượng nhiệt khí xả mà thiết bị phụ tận dụng (có ích) QH QI = Qkx - DQkx QI = Qkx Qkx - DQkx QI Qkx = qkxx kx Do hiệu suất thị động liên hợp có thiết bị tận dụng nhiệt khí xả: ηi = ηi M + ηi Pqkxξkx ηe = ηeM + ηePqkxξkx Hiệu suất có ích: Khi sử dụng lượng nước mát với hệ số tận dụng ξnc ηe = ηeM + ηeP(qkxξkx + qlmξnc) Khi xét toàn hệ thống hiệu suất chia làm phần nhiệt Khi đó: ηht = ηeM + ηeP(qkxξkxβ + qlmξncg) + (1 - β)qk.ξ + (1 - g)ξncqlm (*) Trong β, g hệ số tương ứng với việc tận dụng nhiệt lượng khí xả, nước làm mát ứng với phần chu trình thực tế ηeP < ηeM sử dụng nhiệt lần đầu hiệu cao Ví dụ: Tàu dầu trọng tải 15.500 tấn, có cơng suất định mức Nn = 5500 kw, hiệu suất ỗeM = 40,6% Tận dụng nhiệt khí xả - Thiết bị tận dụng khí xả 2700 kg/h nhiệt áp suất 9,15 kg/cm2, 850 kg/h bão hoà áp suất 1,75 kg/cm2 - Hơi nhiệt sử dụng cho tua bin – máy phát có cơng suất định mức 400 kw hiệu suất tua bin ỗtb = 18% - Tổn thất nhiệt khí xả qkx = 36,5% - Tổn thất nước mát qlm = 21,6% - Hệ số tận dụng nhiệt khí xả ξkx = 0,535 - Hệ số tận dụng nhiệt nước mát ξnc = 0,14 - Hệ số β = 0,78 - Hơi bão hoà dùng hâm nhiên liệu, sấy khơng khí - Nhiệt độ khí xả trước sau thiết bị tận dụng 360oC 160oC Tính hiệu suất hệ thống động lực: 73 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y P w A B B Y Y.c Từ công thức (*), với (1 - β)ξkxqkx phần nhiệt sử dụng bầu ngưng, hâm nhiên liệu sinh hoạt; ηe qkxξkxβ phần nhiệt tương ứng cơng suất tuabin - máy phát mục đích khác; qlmξnc phần nhiệt tận dụng thiết bị tận dụng nhiệt nước làm mát Các phần lại bỏ qua, ta có: ηht = 40,6 + 0,18.35,6.0,535.0,78 + (1 – 0,78).35,6.0,535 + 21,6.0,14 ηht = 50,48% Việc sử dụng thiết bị tận dụng nâng cao hiệu suất hệ động lực 2.6 Phương pháp cân hệ động lực tàu thủy Hệ động lực tàu thủy tổ hợp thiết bị khác dùng để biến đổi dạng lượng nhằm mục đích khác tàu Nhưng chúng nguồn cung cấp lượng từ việc đốt cháy nhiên liệu lỏng Khối lượng nhiệt tiêu thụ tàu biểu diễn qua công thức: Q = QM + QM1 + QP Trong đó: QM: lượng nhiệt động tiêu thụ QM1: lượng nhiệt động lai máy phát điện tiêu thụ QP: lượng nhiệt máy phụ tiêu thụ (nồi hơi, máy nén…) Nếu viết phương trình cho đơn vị lượng ta có: 1=x+y+z Trong đó: x, y, z số phần trăm tiêu tốn lượng động chính, động phụ thiết bị phụ Nguồn lượng cung cấp sản lượng cho đẩy tàu, phát điện năng, nhu cầu khác tàu thành phần thay đổi theo chức tàu, tức nhu cầu sử dụng lượng phần khác tàu định giá trị thành phần phương trình cân lượng Bảng 12 thể phân bố tỉ lệ tương đối thành phần phương trình cân lượng loại tàu khác Loại tàu Tàu biển Tàu sông x(%) y(%) z(%) Tàu hàng 83 - 92 - 10 4-8 Tàu dầu 60 - 82 3-8 10 - 32 Tàu lạnh 57 - 76 20 - 36 4-8 Hàng-Lai dắt 94 - 96 2-4 1-2 Tàu dầu 82 - 87 2-4 10 - 15 Bảng 12 Khi tính tốn thiết bị lượng tàu thuỷ cần xem xét đến cân lượng với cân nhiệt động Việc sử dụng lượng nhiệt khí xả, nước làm mát cho nồi kinh tế, thiết bị phụ, máy phát tua bin sử dụng nồi kinh tế, thiết bị chưng cất nước, máy làm lạnh hấp thụ…Điều cho phép nâng cao lượng có ích hệ động lực tàu thủy Khi thống kê nhiệt lượng tiêu thụ riêng biệt ta có: (qe + qkx + qlm + qcg + qcl)x + (qeM1 + qtM1)y + (qeP + qtP)z = Trong đó: qeM1: Nhiệt lượng có ích máy phát (động phụ) qtM1: Nhiệt lượng tổn thất máy phát (động phụ) qeP, qtP: Nhiệt lượng có ích, tổn thất thiết bị phụ Nếu tổng tổn thất khơng sử dụng khơng tính ểqt ta có phương trình: 74 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y M1 P (qe + qkx + qlm)x + qe y + qe z + Σqt = w A B B Y Y.c Σqt nhiệt lượng không sử dụng sơ đồ tận dụng Giá trị x, y, z thay đổi phụ thuộc vào sơ đồ tận dụng: (I) Khi thay toàn hay phần nồi phụ thiết bị tận dụng: qkxxξ ≤ qePz (II) Khi thay toàn nồi phụ thiết bị tận dụng phần máy phát máy phát tua bin hơi: qkxxξ > qePz (III) Khi thay phần hay toàn động phụ máy phát tua bin lấy từ nồi kinh tế: qkxxξηP ≤ qeM1y (IV) Khi thay toàn động phụ máy phát tua bin hơi, thay phần nồi phụ thiết bị tận dụng: qkxxξηP > qeM1y (V) Khi thay toàn động phụ máy phát tuabin nồi nồi tận dụng: qkxxξηP ≥ qeM1y + qePzηP Trong đó: ηP: Hiệu suất tua bin công tác với từ nồi kinh tế Tăng áp tua bin khí xả sử dụng làgiải pháp hữu hiệu cho việc tận dụng nhiệt khí xả, áp dụng cho hầu hết máy có tăng áp, đơi cịn sử dụng tua bin lấy từ nồi tận dụng tăng áp cho động Ngoài việc tận dụng nhiệt khí xả, lượng nước làm mát tận dụng cho nhu cầu chưng cất nước từ nước biển, hâm nước sinh hoạt hay nước vào nồi tận dụng, sấy…điều giải pháp nâng cao hiệu suất hệ động lực Như lượng khí xả nước mát sử dụng với chu trình hệ động lực sử dụng rộng rãi tàu biển Khi phương trình viết lại sau: (I) qkxξkxx + qlmξncx ≤ qePz Khi hệ số dự trữ: (II) RY = (q ) xx kx + qlm xx nc - qe z h P P kx M1 qe y RY ' = (q kx xx kx + qlm xx nc ) h P M1 qe y (qkxξkxx + qlmξncx)ηP > qeM1y Hệ số dự trữ: (V) P qe z (qkxξkxx + qlmξncx)ηP ≤ qeM1y Hệ số dự trữ: (IV) qkxx kx x + qlmx nc x qkxξkxx + qlmξncx > qePz Hệ số dự trữ sơ đồ này: (III) RZ = RZ ' = (q xx kx + qlm xx nc ) h P - qe y M1 kx qe h P z M1 Với sơ đồ không cần phải sử dụng nhiệt lượng nước mát, sơ đồ toàn lượng sử dụng cho nhu cầu khác tàu lấy lượng tận dụng khí xả Thực tế khơng thực 75 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c Hiện tàu sử dụng phổ biến sơ đồ (I), (II) phần lượng nước mát sử dụng cho việc chưng cất nước từ nước mặn Để tìm phương án tốt cho việc tận dụng nhiệt tổn thất từ động cần xác định xác lượng nhiệt tận dụng chế độ khai thác khác động Ngồi cịn phải biết mức tiêu hao lượng cần thiết cho nhu cầu tàu chế độ khác nhau, hiệu suất thiết bị tận dụng…Biết hệ số dự trữ sở chọn sơ đồ phù hợp so sánh tính kỹ thuật kinh tế phương án để đưa phương án hữu hiệu 2.7 Phương pháp tận dụng nhiệt lượng tổn thất Khí xả nước làm mát mang nhiệt lượng lớn khỏi động khối lượng khí xả lớn, nhiệt độ cao tổn thất khí xả lớn, độ chênh nhiệt độ nước làm mát vào động cao, lưu lượng tuần hoàn lớn làm tăng tổn thất nhiệt nước làm mát Một cách giảm bớt tổn thất nhiệt khí xả giảm nhiệt độ khí xả khỏi động cách kéo dài hành trình dãn nở Thực phương pháp làm tăng đáng kể kích thước động mà hiệu khơng cao Trên hình 24 giới thiệu cách giảm tổn thất nhiệt khí xả cách kéo dài hành trình dãn nở động làm cho nhiệt độ khí xả khỏi động giảm: AL phần cơng tương ứng với việc kéo dài hành trình dãn nở Để làm rõ điều ta xét ví dụ sau đây: Một động Diesel có tỉ số nén ε = 10, nhiệt độ khí xả chế độ định mức 450oC, hệ số dãn nở đa biến n2 = 1,35, đường kính xilanh D = 200 mm, hành trình pistong S = 250 mm, áp suất P1 = at Xác định nhiệt độ khí xả hành trình S tăng gấp đơi Thể tích buồng hút (dung tích): Vh = 0,25πD2S = 7850 (cm3) Thể tích buồng nén: Vc = Vh/( ε - 1) = 7850/(10 - 1) ≈ 873 (cm3) Áp suất cuối thời kỳ bành trướng S tăng gấp đôi: V1 V2 ổ P2 ữ ố P1 ứ P n2 =ỗ V1 = Vh + Vc = 8723 (cm3) V2 = 2Vh + Vc = 16573 (cm3) P2 = 1,26 (at) AL Nhiệt độ cuối hành trình dãn nở: Vc V1 VL V1 V2 ỉ T2 n -1 ữ ố T1 ứ =ỗ CT T2 = 305oC Như nhiệt độ từ 450oC hạ xuống 305oC (≈ 30%) hành trình piston phải tăng gấp đơi 76 ĐCD1 Hình 24 ĐCD2 V om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y 2 3 4 3 10 11 12 10 11 12 3 4 5 7 4 13 10 1 10 12 3 3 4 Hình 25a 77 w A B B Y Y.c om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c Phương pháp thứ hai phương pháp hữu hiệu áp dụng phổ biến sử dụng nhiệt lượng thải dùng cho tuabin tăng áp, nồi kinh tế, thiết bị chưng cất nước số nhu cầu khác tàu số tàu cỡ lớn với cơng suất động lớn người ta sử dụng nồi tận dụng để quay tuabin lai máy phát điện.Trên hình 25 26 giới thiệu số sơ đồ nguyên lý Nồi tận dụng Bộ phân phối 13 Bơm Sinh hàn Tua bin Thiết bị ngưng Bộ hâm nước 14 Thiết bị bốc Van điều chỉnh 10 Dàn bay 11 Bộ trao nhiệt (điện chỉnh) 12 Bầu hâm nước 13 Bơm phun Hình 25b 14 TB trao nhiệt 6 1 10 13 10 11 3 12 Hình 26 Nồi tận dụng; Bộ hâm nước tiết kiệm; Bơm; Van điều chỉnh; TB Ngưng tụ; Tuabin ; TB Bốc hơi; Thiết bị làm lạnh; TB Hâm nước ; 10 TB Quá nhiệt; 11 TB trao nhiệt; 12 Bơm phun; 13 Máy nén 78 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y Chương 3: Thiết bị tận dụng nhiệt thông dụng tàu thủy 3.1 w A B B Y Y.c Hệ thống thiết bị tận dụng tàu thủy Hệ thống tận dụng nhiệt động đặt tàu đa dạng, tận dụng nhiệt nguồn chủ yếu nhiệt khí xả nước mát mang Thông dụng dùng rộng rãi tàu thủy là: Tuabin khí xả, nồi kinh tế, thiết bị chưng cất nước ngọt, Ngoài có thiết bị sau: Thiết bị hâm nước, hâm dầu, sưởi khơng khí, máy lạnh hấp thu 3.1.1 Hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt khí xả 1) Tận dụng nhiệt khí xả tua bin tăng áp Hình 3.1 Minh hoạ hệ thống tăng áp điển hình 1- Bầu góp khí xả 2- Tua bin khí xả 3- Máy nén tua bin lai 4- Sinh hàn khí tăng áp 5- Bầu góp khí nạp DIESEL ENGINE 6- Máy nén động lai a) Động tăng áp tua bin khí xả a) b) Hệ thống tăng áp hỗn hợp mắc song song c) Hệ thông tăng áp hỗn hợp mắc nối tiếp Tua bin khí xả ứng dụng phổ biến tận dụng lượng khí xả Đây phương án vừa mang lại hiệu kinh tế vừa cải thiện chế độ làm việc động Khi động làm việc chế độ nhỏ tải tua bin hoạt động không hiệu quả, nên thường phải lắp đồng thời với quạt gió độc lập (do động điện lai) động lai Quạt gió hoạt động chế độ nhỏ tải DIESEL ENGINE b) Trong khai thác cần ý tránh thay đổi tải động đột ngột, đảm bảo động cháy tốt tránh bám muội cánh tua bin, định kì vệ sinh phin lọc gió 2) Tận dụng nhiệt khí xả nồi kinh tế Hầu hết tàu biển lắp đặt nồi kinh tế để tận dụng nguồn nhiệt từ khí xả sinh lúc tàu hành trình nhằm phục vụ mục đích hâm sấy Đặc biệt tàu có cơng suất máy lớn lượng sinh sử dụng để lai tổ hợp tua bin - máy phát điện, nhằm cung cấp phần hay toàn điện cho tàu lúc hành trình DIESEL ENGINE c) Về kết cấu thường có hai loại: Loại nồi kinh tế riêng kết nối với nồi phụ thông qua hệ thông đường ống, loại nồi liên hợp khối, có cụm ống riêng để dẫn khí xả qua cụm ống khác nồi phụ Vì nồi kinh tế nằm đường dẫn khí xả môi trường nên khai thác cần phải ý điểm sau: - Định kì vệ sinh phía khí xả để giảm đối áp đường xả giá trị giới hạn - Tránh khai thác chế độ nhỏ tải gây tượng ăn mòn điểm sương - Tránh khai thác chế độ tải tạo muội làm tắc bẩn thiết bị tận dụng nhiệt - Tránh tượng nước gây biến dạng, cháy ống động hoạt động tải cao 79 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y w A B B Y Y.c Hơi hâm sấy trở A 11 B Máy phát điện Phục vụ hâm sấy 10 12 Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống tận dụng dùng phát điện tàu thủy Trống phân li Bầu hâm nước Nồi kinh tế 10 Hộp van phân phối Bơn tuần hoàn 11 Hộp van hồi Tua bin 12 Van tự động điều chỉnh cấp nước nồi Bầu ngưng tua bin A Bộ hâm nước tiết kiệm Bầu ngưng hâm sấy B Bộ sinh Két cascade C Bộ sấy Bơm cấp nước nồi Nước trống phân li bơm tuần hoàn đưa lên hâm nước tiết kiệm A, sau vào sinh B Tại nước đun sôi quay trở lại trống phân li Trong trống phân li nước nhiệt độ cao sơi sinh hơi, phần phân tách phía trống qua van Tại số nhánh đưa phục vụ hâm sấy, nhánh khác vao bbộ sấy C Hơi sấy trở thành q nhiệt có thơng số áp suất, nhiệt độ cao đưa đến tua bin để lai máy phát điện cung cấp phần toàn điện cho tàu Hơi hồi sau hâm sấy sau sinh công tua bin ngưng tụ bình ngưng & Nước ngưng tụ đưa két cascade sau cấp trở lại nồi bơn cấp nước nồi sau qua bầu hâm nước Việc điều chỉnh lưu lượng nước cấp cho nồi thực van tự động 12 Khi động ngừng hoạt động nồi phụ đảm nhận việc cấp cho tua bin phục vụ hâm sấy Hoặc tạm ngừng hoạt động tua bin thời gian đậu biển 80 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y 3.1.2 Hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt nước làm mát 1) Tận dụng nhiệt nước làm mát cho hệ thống chưng cất nước w A B B Y Y.c Nước sau làm mát động khỏi máy mang lượng nhiệt lớn (chỉ sau nhiệt lượng khí xả mang ngồi mơi trường), nên cần có biện pháp tận dụng Hiện tàu lớn, chạy biển dài ngày thường lắp đặt hệ thống chưng cất nước Bằng việc sản xuất nước hàng ngày chạy biển cho phép tiết kiệm không gian tải trọng chứa nước phục vụ chuyến hành trình Hệ thống chưng cất chế tạo dựa nguyên lý: Cho nước biển sôi nhiệt độ thấp khoảng 47 –53oC (hay bầu cất áp suất thấp) Sau ngưng tụ hạt kích thước nhỏ có nồng độ muối thấp thành nước chưng cất phục vụ sinh hoạt thuyền viên máy móc tàu Chất lượng nước chưng cất phụ thuộc vào nhiều yếu tố chẳng hạn: - Tình trạng kỹ thuật máy chưng cất (áp suất bơm chưng cất, tình trạng kỹ thuật bơm ejeter, độ kín thiết bị, bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị có đảm bảo không ) - Vùng nước sử dụng máy chưng cất Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống chưng cất nước hãng SASAKURA C 11 10 B A 12 134 Đường nước làm mát động vào đun sôi nước biển Cảm ứng nồng độ muối Bơm cấp nước cho ejector Bộ điều khiển Van chiều 10 Lưu lượng kế ejector 11 Đường nước biển từ bơm làm mát động Đường thông mạn 12 Van điều chỉnh lưu lượng nước cấp vào đun sôi Bơm nước chưng cất 13 Đường cấp hoá chất Van điện từ A Khoang đun sôi, B: Khoang phân tách, C: khoang ngưng tụ 81 om A B B Y Y.c Y rm lic k he re to bu y ABB F T n sf o C to re he k w om w w w w PD Khai thác hệ động lực tàu thủy Hoàng Anh Dũng C lic Y 2.0 2.0 bu y rm er Y F T n sf o ABB PD er Y Nhiệt kế Kính nhìn Chân khơng kế Áp kế Giỏ lọc Cảm biến nồng độ muối Van chặn Van chiều Van lò xo Van an toàn Van điện từ Mặt thay đổi tiết diện (Orifice) Lưu lượng kế Ống thay đổi tiết diện Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống chưng cất nớc hãng ALFA LAVAL 82 w A B B Y Y.c om