Báo cáo khoa học: "Tính toán Kiểm nghiệm thông gió làm mát cho trạm phát điện dự phòng cummins 3530 KVA" docx

mai văn thắm Bộ môn Đầu máy – Toa xe Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Khi thiết kế lắp đặt, để đảm bảo cho động cơ diezel nói chung vμ tổ máy phát điện diezel lμm việc bình t

Tính toán Kiểm nghiệm thông gió làm mát

cho trạm phát điện dự phòng cummins 3530 KVA

TS Đỗ việt dũng

KS mai văn thắm

Bộ môn Đầu máy – Toa xe Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Khi thiết kế lắp đặt, để đảm bảo cho động cơ diezel nói chung vμ tổ máy phát

điện diezel lμm việc bình thường, cần tính toán, thiết kế các hệ thống phụ trợ: lμm mát, bôi trơn,

nhiên liệu… Một trong những bμi toán khi thiết kế hoặc kiểm nghiệm lại thiết kế đã có lμ tính

toán khả năng thông gió lμm mát lưu thông vμo gian động cơ để lμm mát các thiết bị động lực

Bμi báo giới thiệu phương pháp tính toán kiểm nghiệm khả năng thông gió lμm mát cho hệ

thống máy phát điện vμ đề xuất phương án cải tạo mặt bằng cho trạm phát điện dự phòng –

Trung tâm Thương mại Mê Linh Plaza

Summary: In design and installation, to ensure general diesel engines and electric

generating systems to function normally, it is necessary to design and calculate auxiliary

systems: cooling, lubricating, fuelling, etc One of the problems when designing or design

testing an available design is calculating ventilating and cooling capacity circulated in engine

space to cool down dynamic equipment This paper presents a calculating method to test

ventilating and cooling capacity for electric generating systems and proposes an alternative to

improvement of the site for the spare electric generating station at Melinh Plaza Commercial

Center

CT 2

I Đặt vấn đề

Các trạm phát điện dự phòng ngày càng được các nhà máy, trung tâm công nghiệp, thương

mại… đầu tư xây dựng với công suất ngày càng lớn để giải quyết tình trạng thiếu hụt năng lượng

điện của nước ta hiện nay Phần lớn các trạm phát điện dự phòng đều lắp đặt các tổ máy phát

diesel công suất lớn được nhập tổng thành từ nước ngoài Còn lại toàn bộ phần kết cấu xây

dựng gian đặt tổ máy hoặc vỏ cách âm do Việt Nam tự thiết kế xây lắp Vì vậy việc xây dựng

phương pháp tính toán kiểm nghiệm về cách âm, cách nhiệt và thông gió làm mát cho các tổ

máy phù hợp với điều kiện vận hành là việc làm cần thiết

Trạm phát điện dự phòng của Trung tâm thương mại Mê Linh Plaza nhằm cung cấp điện cho

toàn bộ Trung tâm khi mất điện lưới Quốc gia Với tổng công suất định mức 3530 KVA, nhà phát

điện được bố trí 4 máy phát điện Cummins, trong đó có 3 máy phát điện 760 KVA moden 672

DQCB và một máy phát điện 1250KVA moden C1250 D5A Để hệ thống máy phát điện dự phòng

của trung tâm hoạt động được tốt, hãng cung cấp máy phát Cummins khuyến cáo (bảng 1):

Bảng 1 Diện tích đường khí lμm mát theo khuyến cáo của hãng Cummins

Từ mặt bằng xây lắp trạm phát điện hiện có, khi tiến hành tính toán kiểm nghiệm theo khuyến cáo của hãng, thấy rằng, khi hệ thống máy phát điện dự phòng hoạt động với công suất

định mức, tốc độ gió lưu thông trong phòng máy lớn (20m/s) gây nguy hiểm cho máy, cho người vào vận hành máy; nhiệt độ trong phòng tăng cao do không hút hết các khí nóng trong phòng ra ngoài ảnh hưởng đến điều kiện làm việc bình thường của máy

Từ yêu cầu thực tế đặt ra nhóm tác giả đưa ra phương án cải tạo mặt bằng trạm phát điện hiện có và đi tính toán kiểm nghiệm thông gió làm mát với phương án cải tạo mới

II Nội dung

2.1 Các thông số kỹ thuật dùng trong tính toán

2.1.1 Thông số kỹ thuật của các tổ máy phát điện dự phòng

Hệ thống máy phát điện dự phòng có các thông số kỹ thuật trên bảng 2

Bảng 2 Thông số kỹ thuật của các tổ máy phát điện

10 Lưu lượng gió thổi qua két

13 Tiết diện đường khí ra

CT 2

2.1.2 Sơ đồ bố trí của các tổ máy phát điện

CT 2

Trên hình 1 là mặt bằng bố trí hiện tại của

trạm phát điện, mặt bằng gồm 2 gian, gian lắp máy

(trục B-C-D) và gian điều khiển (trục A-B) Trong

gian lắp máy lắp 04 tổ máy phát theo vị trí như trên

bản vẽ (tổ máy C1250 D5A ở bên trái)

2.2 Các mặt cắt lưu thông khí làm mát

2.2.1 Các mặt cắt theo mặt bằng hiện tại

Trên hình 2 là mặt cắt thông gió theo trục

A - A, có bố trí 2 cửa tôn kín, có kích thước mỗi

cửa (2.35 x 2.35) m làm cửa đi, phía trên lắp 4 cửa

chớp nan bê tông kết cấu như hình 3

LT2 LT2 LT2 LT2

LT1

LT1 LT1

LT1

2750 2750

2750 2750

2200 2200 2200 2200

±0.000

b c d

a

14000

5 3

1

14000

Mặt cắt B – B (hình 4), có bố trí 2 cửa vào bịt

kín với kích thước (2,35 x 2,35) m Phía trên lắp 4

ống tiêu âm kết cấu như hình 5

Hình 1 Sơ đồ bố trí các tổ máy phát điện trong

trạm phát điện dự phòng

±0.000

+4.550

-0.450

14220

220 2500 1000 2500

300

1000 2500 390

+4.550

±0.000 -0.450

m

n

400

220

6780 220 6780

220

kt-07

mặt cắt A-A

1540 2350 6000 2350 1540

2500

350 350

Hình 2 Mặt cắt A - A

650 220 760 220 650

2500

220

trụ gạch xây 220x220 nan chớp bê tông

khung bằng th?p

l 75x75

lƯới chắn côn trùng 10x10

i=5%

Hình 3 Chi tiết cửa chớp trên mặt A - A

2.2.2 Đề xuất phương án cải tạo mặt cắt lưu thông khí lμm mát

Mở mới 2 cửa

2500

9

2500

10

90 0 10

Hình 5 Cấu tạo ống tiêu âm

3

2

1

400 610 2500 1000 2500 1000 2500 1000 2500 610 400

1760 1175 1175 6000 1175 1175 1760

1660 2550 5800 2550 1660

14220

15020

MặT CắT B - B

Hình 4 Mặt cắt B - B

Căn cứ vào mặt bằng và điều kiện đầu tư,

đề xuất phương án cải tạo mặt cắt lưu thông khí

làm mát theo các trục A - A (hình 6)

Cụ thể như sau:

Cải tạo 2 cửa ra vào kín thành cửa nan chớp

cho phép gió làm mát thổi qua

Kiến nghị lắp thêm 4 quạt hút gió bố trí như

sơ đồ hình 6

Với mặt cắt B-B (hình 7):

- Cải tạo 2 cửa chính, mỗi cửa làm một nửa

cửa là ống tiêu âm

- Mở thêm 2 cửa gió ở giữa, kiểu ống tiêu

âm

CT 2

Trên cơ sở phương án cải tạo mặt bằng, sử dụng các phương trình liên tục Becnuli [1], [4] tiến hành kiểm nghiệm diện tích lưu thông và lưu lượng khí làm mát trên các mặt cắt của đường khí lưu thông A-A và B-B với điều kiện các tổ máy làm việc ở công suất định mức Kết quả kiểm nghiệm diện tích và lưu lượng khí lưu thông làm mát cần bổ sung được trình bày trên bảng 3

Bảng 3 Kết quả kiểm nghiệm diện tích vμ lưu lượng lưu thông khí lμm mát

nhà phát điện yêu cầu

nhà phát điện yêu cầu

D – D)

A - A

B – B

8 Lưu lượng khí làm mát cần bổ sung qua mặt cắt

A - A (m3/s)

50.15 3.40

9 Lưu lượng khí làm mát lưu thông mặt cắt B - B (m3/s)

40.15 5.45

Từ kết quả tính toán trên bảng 3, ta nhận thấy, về lưu lượng không khí làm mát lưu thông sau khi cải tạo các mặt cắt trên các trục A - A và B - B đã gần đáp ứng yêu cầu Do trên đường khí lưu thông có các ống tiêu âm, gây tổn thất áp suất, vì vậy cần tiến hành tính toán tổn thất áp suất trên đường khí làm mát lưu thông theo phương án cải tạo mới để kiểm nghiệm áp suất của quạt làm mát động cơ diezel theo yêu cầu làm mát cho hệ thống

2.3 Tính toán tổn thất áp suất khí làm mát lưu thông trong các đường ống tiêu âm :

Tại mặt cắt A - A, các cửa thông gió chỉ là cửa chớp, tốc độ khí lưu thông không cao, tổn thất áp suất trên đường thông gió là không đáng kể Vì vậy chỉ cần xác định tổn thất áp suất trên mặt cắt B - B và trên cửa gió ra từ két làm mát (mặt cắt D - D), chủ yếu do các ống tiêu âm

Cửa chớp ximăng Cửa chớp ximăng

Cửa chớp sắt, tôn sơn tĩnh điện 2mm

Mặt đứng trục a

15020

14220

7000 7000

1660 2550 5800

2550 1660

1760 1175 1175 6000

1175 1175 1760

400 2500 1000 2500 1000 2500 1000 2500 610

1 2 3

3 2

1

Cửa chớp sắt, tôn sơn tĩnh điện 2mm

Hình 6 Mặt cắt A – A theo phương án cải tạo

3

2

1

400 610 2500 1000 2500 1000 2500 1000 2500 610 400

1760 1175 1175 6000 1175 1175 1760

1660 2550 5800 2550 1660

14220

15020

950 950

Cửa tiêu âm đầu vào dày 300mm Cửa tiêu âm đầu vào Cửa tiêu âm đầu vào

Cửa tiêu âm đầu vào dày 3000 Cửa tiêu âm đầu vào dày 3000

Cải tạo hai cửa Mở mới 2 cửa

Mặt đứng trục b

Hình 7 Mặt cắt B – B theo thiết kế mới

(hình 5, hình 8) Tổn thất áp suất trên ống tiêu âm gồm tổn thất áp suất do ma sát và tổn thất áp

suất cục bộ

2.3.1 Tổn thất áp suất do ma sát gây ra

Để tính toán được tổn thất áp suất do ma sát, từ tiết diện hình chữ nhật của ống, ta phải

quy đổi về tiết diện ống tròn, sau đó nhân hệ số lên sẽ được tổn thất áp suất ma sát trong tiết

diện hình chữ nhật (hình 8)

Tổn thất áp suất ma sát trong ống tròn tương đương được xác định theo công thức:

g 2

V d

l P

2 tron

trong đó:

λ - hệ số ma sát; l - chiều dài ống thông gió [m]; d - đường kính ống thông gió [m]; V - vận

CT 2

Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế

độ chảy hay số Reynon Re và độ

nhám tương đối của thành ống

Từ các tham số kết cấu cụ thể của

hệ thống tiêu âm và sử dụng các biểu

thức [1], [3], [4] tính toán xác định

đường kính đường tròn tương đương, tỉ

số giữa tổn thất áp suất ma sát trong

ống tiết diện chữ nhật và ống tiết diện

tròn, hệ số Reynon, hệ số ma sát λ

Đưa vào biểu thức (1), ta xác định được

tổn thất áp suất do ma sát gây ra cho

các đường ống tiêu âm trên các mặt cắt lưu thông khí làm mát B - B và D - D

195

15 o

200

200

200

Hình 8 Kích thước một ống tiêu âm

a Cửa gió vμo; b Cửa gió ra

2.3.2 Tính toán tổn thất cục bộ

Tổn thất cục bộ được xác định theo công thức:

g 2

V P

2

Tổn thất cục bộ của ống tiêu âm bao gồm tổn thất cục bộ do đầu ống ngàm vào tường và

tổn thất cục bộ do ống ngoặt hình chữ Z (hình 8 và hình 9) [4]

- Tổn thất cục bộ do ống ngoặt hình chữ Z với góc 150, tra bảng ta được hệ số cản cục bộ

ξ2

d

b

V

Vậy tổng hệ số cản cục bộ trong cả đoạn ống là: ξ = ξ1 + ξ2

Tổng tổn thất áp suất toàn phần trên cả

đoạn ống là:

ΔPtp = ΔPmsCN + ΔPcb [KG/m2] (3)

2.3.3 Tổn thất áp suất toμn phần ở mặt cắt

B - B vμ D - D Hình 9 Kết cấu ngμm ống tiêu âm vμo tường

Theo cách tính toán tổn thất trên, với các số liệu theo thiết kế cải tạo, tính được tổn thất áp suất khí làm mát trong các đoạn ống tiêu âm và tổng tổn thất áp suất toàn phần của khí làm mát lưu thông qua các loại ống tiêu âm trên các mặt cắt theo bảng 4:

Bảng 4 Tổn thất áp suất trong các ống ở mặt cắt B - B vμ D - D

mặt cắt B – B)

B - B)

0,472 [KG/m2]

Từ bảng 4, chọn tổn thất áp suất khí làm mát trong các đoạn ống tiêu âm trên mặt cắt B-B bằng tổn thất áp suất trên đường ống có tổn thất lớn nhất, hay:

CT 2

2.4 Tính toán tổn thất áp suất khí làm mát lưu thông qua két làm mát động cơ diezel

Tổn thất áp suất qua két làm mát được xác định bằng công thức sau: [2]

trong đó: E - hệ số đặc trưng ngăn làm mát, khi các cánh tản nhiệt trong két có dập gân, lấy

E = 0,456

2.5 Tính toán kiểm nghiệm quạt làm mát và chọn quạt hút tại mặt cắt A - A

2.5.1 Điều kiện quạt lμm mát của động cơ diesel lμm việc có hiệu quả:

Pquạt ≥ ΣΔPP

ΔPP

ΣΔPP

Vào = ΔPB - B

P + ΔPVào (6)

trạm, giữa các trục A – B - D ( dòng khí va đập với các tủ điện, tủ cắt và các thiết bị khác) Lấy

Nếu điều kiện (5) được đảm bảo thì quạt làm mát động cơ hoạt động mới có hiệu quả,

nếu không đảm bảo điều kiện trên thì phải bù một lượng áp suất cho quạt làm mát Từ bảng 2,

định công suất quạt hút:

η

=

102

P Q

η - Hiệu suất của quạt, với quạt cánh phẳng η = 65%

2.5.2 Chọn quạt cho gian máy

cửa chớp nan bê tông (hình 6) với thông số kỹ thuật của mỗi quạt như sau :

CT 2

III Kết luận

Từ yêu cầu về thông gió làm mát cho các tổ máy phát điện của hãng Cummins cùng với

điều kiện thực tế của mặt bằng trạm phát điện dự phòng tại Trung tâm thương mại Mê Linh

Plaza đã xây dựng được phương án thiết kế cải tạo với chi phí sửa chữa hợp lý và đã kiểm

nghiệm điều kiện về lưu lượng thông gió làm mát cho các tổ máy, kiểm nghiệm tổn thất áp suất

quạt làm mát động cơ Từ đó đã chọn quạt bù lưu lượng và áp suất không khí làm mát cho trạm

Trên cơ sở thiết kế cải tạo và tính toán kiểm nghiệm, trạm phát điện dự phòng đã đảm bảo cung

cấp đủ lưu lượng, áp suất, tốc độ của dòng không khí làm mát cho các tổ máy hoạt động, duy trì

nhiệt độ làm việc cho hệ thống máy phát điện dự phòng hoạt động có hiệu quả

Tài liệu tham khảo

[1] Trần Ngọc Chấn (1998) Kỹ thuật thông gió Nhà xuất bản xây dựng

[2] Nguyễn Hữu Dũng (2005) Kết cấu tính toán đầu máy diesel Nhà xuất bản Giao thông Vận tải

[3] Hoμng Thị Hiền, Bùi Sỹ Lý (2004) Thông gió Nhà xuất bản Xây dựng

[4] Đỗ Việt Dũng, Mai Văn Thắm (2006) Báo cáo tính toán kiểm nghiệm năng lực thông gió làm mát cho

Trạm phát điện dự phòng Trung tâm thương mại Mê Linh Plaza Báo cáo đề tài NCKH chuyển giao công

nghệĂ