Tính toán để thay thế turbine tăng áp cho động cơ 6UEC45LA của tàu eminece

Lắp mới lại các tổ hợp TBK – MN mới có hiệu suất cao cho các động cơ cũhơn có thể được xem xét một cách kinh tế theo một hoặc nhiều luận điểm theo nhưABB trình bày sau: - Động cơ có nhiệ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn này là công trình khoa học do tôi thực hiện dưới

sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Bùi Hồng Dương Ngoài các nội dung thamkhảo trong các tài liệu đã được liệt kê trong phần tài liệu tham khảo, luận vănnày không hề sao chép nội dung của bất kỳ một công trình khoa học nào tươngtự

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật về lời cam đoan củamình

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 12 tháng 05 năm 2015

Tác giả

Huỳnh Văn Tuấn

LỜI CẢM ƠN

“Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS.Bùi Hồng Dương và các thầy, cô Khoa Máy Tàu Thủy - Trường Đại Học GiaoThông Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh, cùng toàn thể các bạn đồng nghiệp đã nhiệttình giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này”

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG

Máy nénMáy nén khíPhần quayVòng trên phútĐường giới hạn “ho”

Tua binTua bin khí – máy nénTua bin

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG 3

MỤC LỤC 4

MỤC LỤC HÌNH VẼ 6

MỤC LỤC BẢNG 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 13

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 13

1.1.1 Những bất cập trong hệ thống tăng áp sau thời gian sử dụng 13

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tính toán lựa chọn turbine tăng áp trong nước và trên thế giới 14

1.2 Những vấn đề còn tồn tại 15

1.3 Các vấn đề cần nghiên cứu trong luận văn 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

2.1 Cơ sở lý thuyết về turbine tăng áp và khai thác động cơ 18

2.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của turbine tăng áp 18

2.1.2 Khái niệm cơ bản về turbine tăng áp tàu thủy 20

2.1.3 Ưu điểm của động cơ tăng áp 22

2.1.4 Xu hướng phát triển và hiệu suất của turbine tăng áp 25

2.2 Tăng áp 29

2.2.1 Máy nén 30

2.2.2 Turbine máy nén 33

2.2.3 Turbine 34

2.3 Giới thiệu một số loại turbine tăng áp phổ biến 35

2.3.1 Hệ thống turbine tăng áp hãng ABB 35

2.3.2 Turbine tăng áp Napier 39

2.3.3 Turbine tăng áp MAN B&W 40

2.3.4 Turbine tăng áp MITSUBISHI 41

2.3.5 Turbine tăng áp KBB 42

2.4 Các phương pháp tăng áp 43

2.4.1 Tăng áp cơ giới 44

2.4.2 Tăng áp turbine khí máy nén 45

2.5 Nghiên cứu sự phối hợp công tác cụm TBK – MN và động cơ Diesel 46 2.5.1 Đặc tính của máy nén 46

2.5.2 Đặc tính của turbine 48

2.5.3 Quan hệ công suất giữa các thông số nhiệt – khi – động trước và sau turbine 50

2.5.4 Điểm phối hợp làm việc TBK – MN với ĐCĐT 53

2.6 Phân tích ảnh hưởng của tăng áp bằng TBK – MN tới các chỉ tiêu kinh tế của động cơ 59

2.6.1 Ảnh hưởng của turbine tăng áp tới hiệu suất nhiệt chỉ thị 59

2.6.2 Ảnh hưởng của turbine tăng áp tới hiệu suất cơ giới ηm 59

2.7 Lợi ích chung của việc thay thế turbine tăng áp 61

2.8 Cơ sở lý thuyết tính toán công suất động cơ 6UEC45LA 61

2.8.1 Lưu lượng không khí cấp cho động cơ Diesel 61

2.8.2 Tỷ số tăng áp suất 63

2.8.3 Độ tăng nhiệt độ 65

2.8.4 Hiệu suất đoạn nhiệt của máy nén 65

CHƯƠNG 3 66

3.1 Giới thiệu chung 66

3.2 Tính toán thay thế turbine cho tàu EMINENCE 66

3.2.1 Giới thiệu chung về máy chính tàu EMINENCE 66

3.2.2 Thiết lập phương trình tính toán lượng khí nạp cần đốt cháy 1kg nhiên liệu 71

3.2.3 Tính toán lượng khí xả ra của máy chính 79

3.3 Chương trình tính điểm công tác của turbine máy nén và động cơ Diesel 81 3.3.1 Quan điểm chung 81

3.3.2 Kết quả tính toán 82

KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 89

MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các bước lựa chọn cụm TB – MN cho động cơ 16

Hình 2.1 Sơ đồ thay đổi áp suất trong xi lanh 19

Hình 2.2 quan hệ lưu lượng và áp suất, hiệu suất của hệ thống tăng áp

turbine khí xả 20

Hình 2.3 turbine hướng tâm 21

Hình 2.4 Turbine hướng trục 22

Hình 2.5 Đồ thị so sánh giữa động cơ tăng áp và không tăng áp ở động cơ 4 kỳ 23

Hình 2.6 Góc phân phối khí của động cơ tăng áp và không tăng áp 24

Hình 2.7 Đồ thị P – V điển hình 25

Hình 2.8 Xu hướng áp suất có ích bình quân (MEP) của động cơ phù hợp turbine tăng áp về hiệu suất và tỷ số áp suất 27

Hình 2.9 Động cơ đốt trong siêu nạp 30

Hình 2.10 Biểu đồ h – s cho máy nén 32

Hình 2.11 Turbine máy nén 33

Hình 2.12 Đồ thị h – s biểu đồ cho turbine 35

Hình 2.13 Hiệu suất toàn bộ của các thế hệ turbine tăng áp ABB dòng VTR 36

Hình 2.14Turbine tăng áp VTR của ABB loại làm mát 37

Hình 2.15Turbine tăng áp VTR của ABB loại không làm mát 38

Hình 2.16 Kết cấu turbine tăng áp ABB TPL 65-A 38

Hình 2.17 Mặt cắt ngang của turbine tăng áp Napier cho động cơ trung tốc 39

Hình 2.18Turbine tăng áp MAN - TCR 41

Hình 2.19 Turbine tăp áp MAN TCA 41

Hình 2.20 Turbine MET 53SC 42

Hình 2.21 Turbine tăng áp hướng trục seri M của KBB 43

Hình 2.22 Sơ đồ hệ thống tăng áp 43

Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí 44

Hình 2.24 Tăng áp turbine khí máy nén 45

Hình 2.25 Tam giác tốc độ bánh công tác MN ly tâm 47

Hình 2.26 Đặc tính MN ly tâm 48

Hình 2.27 Đặc tính của TB 49

Hình 2.28 Đồ thị đặc tính TBK – MN 50

Hình 2.29 Điểm phối hợp làm việc giữa TBK – MN với ĐCĐT 53

Hình 2.30 Ảnh hưởng của hiệu suấtj nhiệt của MN và làm mát khí tăng áp đến khối lượng riêng của khí nạp 54

Hình 2.31 Đặc tính cung cấp khí của động cơ khi Me thay đổi và n=const 57

Hình 2.32 Đặc tính cung cấp khí của động cơ khi Me=const và n thay đổi 57

Hình 2.33 Quan hệ giữa ge, pe của động cơ Diesel với mức độ tăng áp khác nhau 60

Hình 3.1 Mặt cắt động cơ 6UEC45LA 67

Hình 3.2 Mối quan hệ giữa công suất động cơ và vòng quay 70

Hình 3.3 Lưu lượng và tỷ số tăng áp 78

Hình 3.4 Giao diện chương trình đặc tính tăng áp động cơ bằng turbine MET 53SC 82

Hình 3.5 Đặc tính tăng áp của turbine hiện có MET53SC 83

Hình 3.6 Đặc tính tăng áp dự kiến khi thay sang dùng tuabin tăng áp mới ABB TPL 73B 84

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số máy chính 6UEC45LA 68

Bảng 3.2 Các thông số hoạt động của hiện tại của động cơ 68

Bảng 3.3 Phần trăm khối lượng của dầu Mazout 71

Bảng 3.4 Yêu cầu dư lượng không khí theo nhiên liệu 74

Bảng 3.5 Thông số áp suất ở điều kiện chuẩn 75

Bảng 3.6 Thông số của động cơ khi chạy thử 77

Bảng 3.7 Bảng tính so sánh các thông số hoạt động của động cơ hiện tại với lúc thử tàu 77

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong khai thác tàu thủy thì tính kinh tế và tính an toàn của động cơ được đặtlên hàng đầu Những động cơ mới sẽ cho công suất cao, nhưng sau một thời giankhai thác công suất của động cơ sẽ bị suy giảm Việc suy giảm này do nhiều nguyênnhân gây ra, trong đó có nguyên nhân về tổ hợp TBK – MN Ở những đội tàu biểnViệt Nam hiện nay, những con tàu có tuổi thọ cao vẫn được khai thác Do vậy, động

cơ của chúng là tương đối cũ nên việc khai thác chúng gặp rất nhiều khó khăn bởitình trạng xuống cấp của động cơ cũng như hiệu quả tăng áp của tổ hợp TBK – MNngày càng trở nên kém đi Thiết bị thay thế trở nên đắt và khan hiếm hơn Mục đíchnghiên cứu của đề tài này là giúp người quản lý tàu hiểu được các yếu tố làm suygiảm công suất động cơ do tổ hợp TBK – MN để từ đó đưa ra kết hoạch bảo dưỡnghợp lý hoặc thay thế bằng một tổ hợp TBK – MN mới có hiệu suất cao hơn, đồngthời giảm đến mức tối thiểu các hỏng hóc sữa chữa liên quan đến tổ hợp TBK –

MN Mặt khác cũng giúp cho người quản lý đội tàu hiểu rõ hơn mối quan hệ giữa tổhợp TBK – MN với ĐCĐT, ảnh hưởng của chúng đến công suất động cơ để duy trìcác chế độ khai thác, bảo dưỡng hợp lý để nâng cao khả năng hoạt động của độngcơ

Lợi ích của việc lắp mới lại tổ hợp TBK – MN đã được khuyến khích từ phíacác nhà chế tạo khi cho rằng các model thế hệ mới – có hiệu suất chung cao hơnnhiều thế hệ trước đó – có thể là một vấn đề rất đáng đầu tư trong những năm gầnđây Lắp mới lại các tổ hợp TBK – MN mới có hiệu suất cao cho các động cơ cũhơn có thể được xem xét một cách kinh tế theo một hoặc nhiều luận điểm theo nhưABB trình bày sau:

- Động cơ có nhiệt độ khí xả cao; áp suất khoang quét không thể tăng

được tới mức bình thường; không còn có thể hoạt động ở chế độ toàntải nữa

- Nhu cầu cần giảm chi phí nhiên liệu hoặc ô nhiễm khí xả

- Nhu cầu cần tăng độ an toàn hoạt động của động cơ cho một giai đoạn

hoạt động kéo dài

- Đặc tính động cơ yêu cầu tối ưu đối với hoạt động chậm hoặc dạng

hoạt động mới khác

- Tuổi thọ không thoả mãn của các chi tiết chính của turbine tăng áp đã

làm việc do ăn mòn hoặc xói mòn; khó có phụ tùng của thế hệ turbinetăng áp cũ hơn ở một số nhà máy và có thì rất đắt; cần đặt hàng thaythế turbine tăng áp thì thới gian cung cấp quá lâu

Để giúp cho các đội tàu Việt Nam nâng cao được công suất của động cơ vàkhai thác động cơ đạt kinh tế cao; sau một thời gian học tập, nghiên cứu, được sựtạo điều kiện của thầy trong khoa Máy tàu thủy, đặc biệt là sự hướng dẫn của Thầy

TS Bùi Hồng Dương, tôi thực hiện đề tài " Tính toán để thay thế turbine-tăng áp cho động cơ Diesel6uec45la trên tàu eminence"

2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đề tài

Việc tính toán đánh giá cho phép đưa ra các kết luận định lượng liên quanđến công tác của tổ hợp TBK – MN với động cơ Diesel Điều đó giúp cho ngườiquản lý khai thác tàu có được các kế hoạch chính xác liên quan đến bảo dưỡng, sửachữa, thay thế và khai thác

Phân tích các bước tính toán đánh giá còn có thể chỉ ra chính xác các yếu tốlàm suy giảm tình trạng kỹ thuật của tổ hợp TBK – MN để có thể xây dựng kếhoạch bảo dưỡng thường xuyên trong vận hành khai thác hệ động lực tàubiển.Trong thời gian tới đây có thể có nhiều nghiên cứu để xây dựng phần mềmchuyên dụng giúp cho người vận hành khai thác có được sự thuận lợi hơn trong khaithác và đánh giá tình trạng kỹ thuật tổ hợp TBK – MN

3 Nội dung chính của đề tài

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

Mở đầu

Trong phần này, tác giả nêu lên tính cấp thiết của đề tài đó sự suy giảm côngsuất của động cơ do tổ hợp TBK – MN gây ra Ngoài ra, đối tượng nghiên cứu của

đề tài cũng được tác giả trình bày cụ thể trong phần mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Nội dung chương này trình bày khái quát các nghiên cứu trong và ngoàinước liên quan đến đề tài Những vấn đề còn tồn tại trong đề tài từ đó đưa ra hướngphát triển cho đề tài Những nội dung được nghiên cứu trong đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương 2 nói về lịch sử ra đời và phát triển của turbine tăng ápdùng cho động cơ Diesel tàu thủy Những khái niệm cơ bản về turbine tăng áp, hiệusuất đạt được khi động cơ Diesel sử dụng turbine tăng áp Các phương pháp tăng áptrên tàu thủy hiện này Ngoài ra tác giả cũng giới thiệu những loại turbine tăng ápcủa các hãng trên thế giới Mối quan hệ giữa TBK – MN với ĐCĐT, đây chính là

cơ sở lý thuyết và tiền đề để tác giả tính toán được hiệu suất của ĐCĐT khi sử dụngTBK – MN Lợi ích của việc thay mới tổ hợp TBK – MN

Chương 3: Tính toán để thay thế turbine tăng áp cho động cơ Diesel

6UEC45LA trên tàu Eminence

Trong chương này, tác giả giới thiệu về động cơ 6UEC45LA trên tàuEminence Lập chương trình tính toán thay thế tổ hợp TBK – MN cho ĐCĐT bằngphầm mềm matlab Qua đó tác giả đã lựa chọn được TBK – MN mới phù hợp vớiđộng cơ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước

1.1.1 Những bất cập trong hệ thống tăng áp sau thời gian sử dụng

Trong quá trình khai thác động cơ diesel tàu thủy, thường xảy ra các hư hỏngcủa hệ thống tăng áp Dẫn đến các tính năng sử dụng của động cơ bị suy giảm.Trong nhiều trường hợp phải thay thế tăng áp mới Hiện nay có rất nhiều hãng sảnxuất tăng áp trên thế giới: Garrett, ABB, … Chất lượng tăng áp của các hãng nàyđều tốt, nhưng việc lựa chọn được một tăng áp phù hợp nhất cho động cơ khôngphải là một công việc dễ dàng Nhất là đối với các động cơ đã cũ, được sản xuất bởiNhật trước đây Trường hợp điển hình được xem xét trong đề tài nghiên cứu này làđộng cơ 6UEC45LA trên tàu Eminence, qua thời gian dài khai thác đã xuống cấpthường gặp hiện tượng động cơ tụt công suất, khó tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu lớn

Vì vậy nhu cầu thay thế một tăng áp mới là rất cần thiết để bảo đảm tính năng kỹchiến thuật của động cơ nói riêng và của tàu nói chung

Mặt khác các tăng áp thế hệ mới – có hiệu suất chung cao hơn nhiều thế hệtrước đó – có thể là một vấn đề rất đáng đầu tư trong những năm gần đây Lắp mớilại các tăng áp có hiệu suất cao mới cho các động cơ cũ hơn có thể được xem xétbởi các yếu tố sau:

- Áp suất khí nạp không đảm bảo, dẫn đến áp suất nén trung bình thấp

- Suất tiêu hao nhiên liệu lớn

- Mức độ ô nhiễm của khí xả tăng lên

- Nhu cầu cần tăng độ an toàn hoạt động của động cơ cho một giai đoạn

hoạt động kéo dài

- Các chi tiết hoạt động lâu ngày, độ mài mòn tăng lên, dễ xảy ra hư

hỏng Trong khi đó phụ tùng thay thế khó tìm kiếm trên thị trường

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tính toán lựa chọn turbine tăng áp trong nước và

trên thế giới

Hiện nay khi lựa chọn tăng áp thay thế cho tăng áp cũ, thường dựa trên côngthức do các hãng sản xuất tăng áp đưa ra Ví dụ hãng sản xuất tăng áp Garrett đưacông thức thực nghiệm để chọn tăng áp:

- HP: Công suất động cơ (kW)

- A/F: Tỷ số không khí/Nhiên liệu;

- BSFC: Suất tiêu hao nhiên liệu

1.2 Những vấn đề còn tồn tại

Với việc tính toán thay thế turbine tăng áp cho động cơ Diesel 6UEC45LAtrên tàu Eminence giúp hiệu suất khai thác động cơ tăng lên đáng kể Song song đóthì đề tài còn có những mặt hạn chế như chi phí thay mới turbine cao

Chỉ áp dụng phần mềm matlab để xây dựng mối quan hệ giữa áp suất và lưulượng khí nạp trong các chế độ khác nhau Các thông số của động cơ được lựa chọnban đầu là các thông số nhà sản xuất đưa ra, các đồ thị đặc tính máy nén sử dụng đểlựa chọn tăng áp là các tài liệu được phát hành rộng rãi của các hãng sản xuất tăng

áp đi kèm theo tăng áp

Các cơ cấu, hệ thống khác của động cơ tăng áp như cơ cấu phân phối khí,làm mát, bôi trơn, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống nạp xả không được đề cậpđến trong luận văn

Để áp dụng kết quả tính toán lựa chọn tăng áp vào thực tế động cơ cần một

số thay đổi như thiết kế, điều chỉnh lại đường ống nạp, thải cho phù hợp với tăng ápmới

1.3 Các vấn đề cần nghiên cứu trong luận văn

Việc lựa chọn cụm TB – MN phù hợp đạt được các tiêu chí sau:

- Tăng công suất động cơ, công suất động cơ phải được nâng cao về

hướng công suất khi động cơ mới xuất xưởng (công suất sau khi lắptăng áp lớn hơn so với khi dùng tăng áp cũ)

- Giảm suất tiêu hao nhiên liệu Cụm TB – MN mới phải mang lại tính

kinh tế cho người sử dụng Suất tiêu hao nhiên liệu phải giảm từ 5 10% so với dùng tăng áp cũ

Khả năng khởi động và tăng tốc được cải thiện

- Giảm lượng khí xả ra môi trường

Để đạt được các tiêu chí trên, đề tài dựa vào đặc tính khí động học của dòngkhí nạp, xả nghiên cứu mối quan hệ giữa động cơ và cụm turbine tăng áp Tìm ramối quan hệ cốt lõi nhất, từ đó xây dựng đặc tính áp suất nạp liên hệ với lưu lượngkhí nạp trong các trường hợp cụ thể: n = const, Me = const, … Trong quá trình tính

toán, đề tài sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để xây dựng được đồ thị quan hệgiữa áp suất và lưu lượng khí nạp

Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu mối quan hệ giữa cụm TB – MN vàđộng cơ đồng thời tính toán lựa chọn thay thế cho cụm TB – MN cũ, kết quả tínhtoán có thể vận dụng cho các động cơ diesel công suất nhỏ khác (<500kW) Trình

tự tính toán lựa chọn TB – MN như hình 1.1

CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ KHAI THÁC CỦA

Hình 1.1 Các bước lựa chọn cụm TB – MN cho động cơ

Trong các bước trên, bước xây dựng mối quan hệ giữa áp suất - lưu lượngkhí nạp là bước khó khăn đòi hỏi kiến thức và kinh nghiệm tổng hợp Để quá trìnhtính toán được chính xác cần phải áp dụng công nghệ thông tin để tính toán (Trongphạm vi đề tài này tác giả sử dụng Matlab)

Để lựa chọn loại turbine tăng áp giúp cho động cơ Diesel đạt được hiệu suấtcao nhất thì tác giả cũng giới thiệu một số loại turbine của các hãng Qua đó, tác giả

đã so sánh và tính toán lựa chọn được loại turbine thay thế cho động cơ Diesel6UEC45LA trên tàu Eminence

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết về turbine tăng áp và khai thác động cơ

2.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của turbine tăng áp

Vào đầu những năm 1896, ý tưởng cung cấp khí nạp dưới áp lực cho mộtđộng cơ Diesel được nêu bởi không ai khác mà đó là Rudolf Diesel, người đã phátminh ra động cơ Diesel

Lịch sử phát triển thiết bị turbine khí ở những thời kỳ đầu có liên quan đếnviệc tìm kiếm chu trình thích hợp và trong phạm vi giới hạn của vật liệu chế tạocũng như mức phát triển thấp của khí động học

Nếu như dự thảo thiết kế thiết bị turbine khí có từ trước thế kỷ 20 thì cáchthiết kế thích hợp với thực tế phải đến đầu thế kỷ 20 mới thực hiện được: năm 1902Moss đã chế tạo turbine khí dùng để quay quạt nạp không khí cho động cơ đốt trongkiểu piston Trong năm 1905 Armangen và Laval đưa vào vận hành thiết bị turbinekhí với công suất 400 (kW) có nhiệt độ vào 5600C làm việc theo chu trình đẳng áp

Năm 1909 Holzwarth cho vận hành thiết bị turbine khí với công suất 150(kW) với chu trình đẳng tích Những turbine đốt đẳng áp đầu tiên có hiệu suấtkhoảng 3%, do hiệu suất thấp của quá trình nén và nhiệt độ thấp của sản phẩm cháy.Những thiết bị turbine khí với quá trình cháy đẳng tích lúc đầu có hiệu suất tốt hơnnhưng không vượt 14% với điều kiện vận hành khó hơn Sự hoàn thiện turbine khí

về mặt vật liệu chế tạo cũng như mẫu thiết kế thích hợp càng rõ ràng sau nhiều nămvận hành và những lần thử có ý nghĩa

Năm 1922 Pescara phát minh tổ hợp động cơ piston đốt trong không cần cơcấu thanh truyền với turbine khí được dùng làm nguồn công suất hữu ích Bằngcách bố trí này có thể đạt được hiệu suất cao hơn trong các máy phát năng lượng vớinhiệt độ tương đối thấp và nguyên liệu lại rẻ hơn

Hình 2.2 Sơ đồ thay đổi áp suất trong xi lanh

Pcyl1: áp suất trong xy lanh; pexh: áp suất trong ống xả; pR: áp suất trong bầugió nạp; CA: góc quay trục khuỷu

Nhà phát minh nổi tiếng Whittle năm 1930 đã thiết kế một thiết bị turbinekhí cho động cơ máy bay Ưu điểm nổi bật của thiết bị này khi dùng cho máy bay sovới các động cơ đốt trong kiểu piston là hiệu suất nhiệt cao hơn Năm 1973 dưới sựlãnh đạo của nhà phát minh đã đưa vào vận hành động cơ máy bay kiểu turbine đầutiên Năm 1938 hãng BBC đưa vào vận hành thiết bị turbine khí chạy máy phát điệnvới công suất 4000 (kW), trong nhà máy điện ngầm dự trữ của Thụy Sĩ Nhịp điệuphát triển của turbine khí đặc biệt tăng nhanh trong chiến tranh thế giới thứ hai, cácnước tham chiến đều tìm kiếm những phương tiện đặc biệt mạnh và các loại động

cơ có sức kéo trội hơn để dùng cho các máy bay chiến đấu với tốc độ cao Điều nàythúc đẩy tốc độ phát triển turbine khí Sự phát triển của turbine khí sau chiến tranhcàng sâu và mạnh hơn theo những hướng chủ yếu trong chiến tranh thế giới đã tớimức chỉ trong thời gian rất ngắn, turbine khí dùng cho máy bay đã loại động cơpiston ra khỏi lĩnh vực quốc phòng và sau đó là các máy bay dân dụng, rồi tớinhững máy móc nhỏ đặc biệt có công suất thấp

Sự phát triển của turbine máy bay đặc biệt đẩy nhanh sự phát triển khí độnghọc phần truyền dòng khí (các dãy cánh) của máy nén và của turbine, của thiết bị

đốt và vật liệu chế tạo Tất cả những vấn đề trên đã thúc đẩy và tập hợp nhiềungành, khoa học kỹ thuật khác như lĩnh vực của các máy quay có cánh quạt trongcông nghiệp, giao thông vận tải ngày càng phát triển và xích lại gần nhau hơn

2.1.2 Khái niệm cơ bản về turbine tăng áp tàu thủy

Để tận dụng nguồn năng lượng khí thải nhằm tăng hiệu công suất của động

cơ, turbine khí xả được đưa vào sử dụng, đầu tiên ở 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 tănghiệu suất động cơ khi tăng áp bằng turbine khí xả phụ thuộc nhiều vào chế độ tảicủa động cơ Đối với động cơ lai chân vịt, tải động cơ cao đồng nghĩa với vòngquay động cơ tăng là điều kiện thuận lợi cho turbine khí xả tăng hiệu quả làm việc;

lý do nằm ở chỗ, không những công suất turbine lai phụ thuộc vào công đơn vị củadòng khí xả và lưu lượng dòng khí xa, mà với turbine thì khi khai thác ở khu vựcđịnh mức sẽ tạo điều kiện phát huy cao nhất hiệu suất của chúng (xem Hình 2 3quan hệ lưu lượng và áp suất, hiệu suất của hệ thống tăng áp turbine khí xả)

Hình 2.3 quan hệ lưu lượng và áp suất, hiệu suất của hệ thống tăng áp

turbine khí xả

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 lượng

khí 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 theokiểu cho dòng khí xả vào turbine theo hướng tâm (xem Hình 2 4 turbine hướngtâm) hoặc dọc trục (xem Hình 2 5 Turbine hướng trục) 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).

Bố trí 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 220-1000

mm, công suất turbine từ 150-100000 (kW)

Hình 2.4 turbine hướng tâm

1-Lối vào của khí xả 3-Lối vào của không khí

2-Lối ra của khí xả 4-Buồng đẩy của khí nén

Hình 2.5 Turbine hướng trục

2.1.3 Ưu điểm của động cơ tăng áp

- Tăng khối lượng riêng của không khí nạp vào xi lanh

- Tăng áp suất có ích bình quân

- Tăng công suất động cơ

- Giảm suất tiêu hao nhiên liệu

Việc tăng áp suất có ích bình quân cần được cân nhắc trong quá trình thiết kếhiệu suất động cơ Nó là một chỉ tiêu được dùng để so sánh các động cơ khác nhautrong các điều kiện hoạt động khác nhau Áp suất chỉ thị bình quân của một động cơbao giờ cũng cao hơn áp suất có ích bình quân Lượng chênh lệch nàylà do áp suất

có ích bình quân đã tính đến hiệu suất truyền động cơ khí từ công suất tới trục động

cơ Tăng áp bằng turbine có thể làm tăng công suất có ích của động cơ lên từ 50 đến70%, nhiều loại có mức tăng công suất cao hơn 2 – 3 lần công suất khi tăng áp sovới động cơ không tăng áp cùng loại Ví dụ một động cơ không tăng áp có thể sinh

ra 1000 (HP), khi được tăng áp nó có thể sinh ra từ 1500 đến 1700 (HP)

Tăng áp mang lại hai hiệu quả: nhiệt độ khí xả không tăng quá cao và suấttiêu hao nhiên liệu của động cơ giảm xuống, tức là lượng nhiên liệu cần để sinh một

mã lực ít hơn so với ở các động cơ không tăng áp Tuy nhiên, do công suất ra tăng,nên tổng lượng nhiên liệu cần cho động cơ vẫn tăng Hệ thống làm mát trên các

động cơ không tăng áp không cần phải thay đổi để phù hợp với việc tăng áp Ápsuất cháy cực đại trong động cơ được tăng áp cũng không tăng quá cao.

Hình 2.6 Đồ thị so sánh giữa động cơ tăng áp và không tăng áp ở động cơ 4 kỳ

Chú thích:

- With turbocharging: có tăng áp

- Without turbocharging: không tăng áp

Trên (Hình 2 6 Đồ thị so sánh giữa động cơ tăng áp và không tăng áp ởđộng cơ 4 kỳ) là đồ thị thể hiện mới quan hệ giữa áp suất và thể tích khí nạp của

động cơ được tăng áp Nếu áp suất cháy cực đại cao hơn, thì không được khai thác,

mà phải được khắc phục bằng cách sử dụng một động cơ được tăng áp như trên đồthị p-V Nếu không có các biện pháp kèm theo, khi một động cơ bình thường đượctăng áp thì nó sẽ bị quá tải Áp suất cháy cực đại và nhiệt độ có thể rất cao làm hỏngcác ổ đỡ và piston Thông thường có một giải pháp là giảm tỉ số nén Đối với động

cơ không tăng áp tỷ số nén là 15:1, còn tỷ số nén trong động cơ tăng áp có thể đượcgiảm xuống chỉ còn 13:1

Trên (Hình 2 7 Góc phân phối khí của động cơ tăng áp và không tăng áp) là

đồ thị hình tròn phân phối khí của động cơ không tăng áp, vùng chấm trên đó làvùng ứng với thời điểm mà xuppap hút đóng và xuppap xả mở trong động cơ cótăng áp Chú ý rằng góc trùng khớp ở động cơ có tăng áp là 1200 lớn hơn nhiều sovới ở động cơ không tăng áp từ 10÷400 Góc trùng khớp lớn hơn sẽ làm tăng thờigian để không khí vào làm mát xuppap xả, đỉnh piston, và vách xilanh; nhờ vậy,một phần “trách nhiệm” không hoàn thành của hệ thống nước làm mát sẽ được khínạp “san sẻ” Rất có thể chúng ta sẽ cần phải có một bơm làm mát mới và/hoặctăng thêm lượng nước làm mát sơmi Nếu muốn chuyển đổi một động cơ khôngtăng áp thành có tăng áp ta cần có một trục cam mới để các xuppap mở thật chínhxác

Hình 2.7 Góc phân phối khí của động cơ tăng áp và không tăng áp

2.1.4 Xu hướng phát triển và hiệu suất của turbine tăng áp

Sự phát triển của hệ thống tăng áp cải thiện độ tin cậy và hoạt động linh hoạtcủa động cơ Việc tăng áp suất có ích bình quân của động cơ còn gọi là gia tăng ápsuất khí nạp

Đồ thị P-V điển hình cho tổ hợp TBK – MN tăng áp được thể hiện trong xemhình 2.9, với các đặc tính khai thác của động cơ Diesel 2 kỳ Các đường cong khaithác chạy gần như song song với đường dao động (đường làm việc mất ổn định).Mỗi giá trị của công suất động cơ tương ứng với một điểm trên đường cong, vàđiểm này lần lượt tương ứngvới một tốc độ TBK - MN tăng áp được suy ra

Đường cong khai thác và chế độ làm việc của turbine tăng áp có thể khácnhau, tùy thuộc vào tăng áp đẳng áp hoặc tăng áp xung được dùng và cũng có thểvào bất kỳ dung tích (ví dụ như lai cơ khí) máy nén và turbine tăng áp được kết nốivới nhau Bằng cách quan sát những thay đổi trong chế độ làm việc, nó thường cóthể suy ra nguyên nhân và các biện pháp cần thiết để khắc phục vấn đề

Hình 2.8 Đồ thị P – V điển hình

Thiết kế tổ hợp TBK – MN tăng áp và cải tiến hệ thống nạp tiếp tục đượcnghiên cứu để nâng cao lượng tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất cụ thể của động cơDiesel Phát triển hệ thống tăng áp cũng đóng góp để cải thiện độ tin cậy động cơ(nhiệt độ thành phần và khí thấp hơn) và hoạt động linh hoạt (ví dụ như chế độ nhỏtải tốt hơn)

Tăng áp suất có ích bình quân của động cơ còn gọi là gia tăng áp suất khínạp, với hiệu suất turbine-máy nén tăng áp còn ít nhất ở mức tương tự

Động cơ 2 kỳ thường hoạt động ở áp suất có ích bình quân (bmep) trên 19,5bar, hiệu suất tăng áp trên 68% và tỷ số áp suất lên đến 4 Nâng bmep lên đến 21bar thì hiệu suất tăng áp gia tăng lên điểm 70% và tỷ số áp suất tăng lên đến 4,2.Một bmep cao hơn yêu cầu phải có một tỷ số áp suất cao hơn để giữ tỉ số khí thừacung cấp, đồng thời, hiệu suất tổ hợp TBK – MN tăng áp cũng phải được tăng lên

để duy trì lượng khí và độ tinh khiết lượng khí trong xy lanh ở giá trị mong muốn

Hình 2.9 Xu hướng áp suất có ích bình quân (MEP) của động cơ phù hợp turbine

tăng áp về hiệu suất và tỷ số áp suất

Trong đó: Tỉ số tăng áp suất π c chính là tỉ số giữa áp suất không khí ra p c 2

với áp suất vào p c 1 của máy nén:

π c=p c 2

p c1

Một phát triển có giá trị trong những năm gần đây trong phối hợp điểm làmviệc động cơ và tổ hợp turbine tăng áp là khái niệm “cửa thấp” Nó đã lợi dụng sựsẵn có hệ thống tăng áp mới với hiệu suất cao hơn (khoảng 68% thay vì trước đây65%) Lưu lượng không khí quét sạch yêu cầu có thể được tạo ra bởi việc phân phối

sử dụng năng lượng khí xả ít, chiều cao của các cửa khí quét có thể được giảm và

mở xupap xả muộn hơn, kéo dài kỳ giãn nở làm việc sinh công có ích và do đógiảm lượng nhiên liệu tiêu thụ đặc trưng Một xem xét quan trọng là lợi ích này cóthể đạt được mà không làm tăng các nhiệt độ thành phần quan trọng Đồng thời,nhiệt độ khí xả không giảm quá thấp, do đó duy trì khả năng cho tận dụng nhiệt thảicủa khí xả

Bố trí tăng áp phù hợp đạt được thông qua một quy trình thiết lập tốt Mộtđặc điểm kỹ thuật turbine-máy nén tăng áp thích hợp đặt ra trong quá trình thiết kếđộng cơ được dựa trên việc tính toán các thông số nhất định, đặc biệt là áp suất khíquét và hiệu suất turbine tăng áp các chế độ làm việc của động cơ Biên độ an toànmong muốn chống lại sự mất ổn định thường là 15% đã rõ Trong các thử nghiệmđộng cơ sau đó, áp suất khí quét được điều chỉnh trên cơ sở kiểm tra phù hợp vớiyêu cầu quy định như mức hiệu suất TBK – MN tăng áp cho phép, dạng đườngcong hiệu suất và sự cho phép liên quan Nếu cần thiết ống phun turbine được thayđổi

Các thử nghiệm cũng được thực hiện để kiểm tra sự ổn định của động cơchống lại sự mất ổn định của hệ thống tăng áp, mà có thể đạt được một trong bacách: áp suất khí xả quay về có thể tăng tại công suất động cơ định mức, nhiên liệu

có thể được cắt ra một trong các xy lanh động cơ gần turbine tăng áp, trong khiđộng cơ đang chạy ở tải bộ phận và bộ tiêu công suất có thể đột ngột giảm khoảng25% từ đầy tải

Trong khi đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với hiệu suất và áp suất khínạp cao hơn, các nhà thiết kế TBK – MN tăng áp cũng phải giải quyết các yêu cầunhư cấu hình gọn, tin cậy và bảo dưỡng tối thiểu Tất cả các dịch vụ và công việcsửa chữa lớn phải phù hợp với khoảng thời gian cho phép cho các thành phần chínhđộng cơ Ngoài ra, khai thác động cơ an toàn đưa ra một chiều rộng tối đa của bản

đồ máy nén để tránh rơi vào vùng mất ổn định máy nén (có khả năng xảy ra donhững thay đổi trong điều kiện ảnh hưởng trong khai thác bởi ô nhiễm, trong đó cócác tác động tương tự như tốc độ giảm tại mô-men xoắn không đổi)

Nhu cầu áp suất khí nạp cao hơn đòi hỏi tốc độ cao hơn của máy nén và làmtăng mức độ âm thanh này sẽ thúc đẩy sự phát triển của bộ phận giảm âm hiệu quảhơn cho tăng áp Phát triển TBK – MN cũng tìm cách nâng cao tốc độ dòng cụ thểcho một kích thước khung nhất định để đạt được như một đơn vị nhỏ gọn nhất cóthể cho hiệu quả chi phí, tiết kiệm không gian và dễ dàng lắp đặt

Các thiết kế TBK – MN tăng áp đã theo hướng dùng tỷ số áp suất cao hơn,hiệu suất nhiệt động học và tỷ lệ lưu lượng thể tích riêng cao hơn, cũng như giảmtiếng ồn Kết cấu đơn giản và nhỏ gọn hơn các cấu hình mô-đun với vỏ bọc khôngđược làm mát, các ổ đỡ trượt bên trong bôi trơn trực tiếp từ dầu bôi trơn động cơtuần hoàn và giảm đáng kể chi tiết hơn so với các thế hệ trước đó Việc sửa chữa sẽ

dễ dàng hơn nâng cao độ tin cậy và độ bền

Các xu hướng nhất định trong các thông số động cơ có thể được xác định chỉ

ra phù hợp với sự phát triển của công nghệ TBK – MN tăng áp, nổi bật Wärtsilä làmcông suất ra cao hơn và có lượng tiêu thụ nhiên liệu trên mỗi (kW/h) thấp hơn, hiệusuất động cơ cao hơn, nhiệt độ khí xả thấp hơn, độ tin cậy động cơ cải tiến và thờigian lâu hơn giữa sửa chữa lớn và chi phí sản xuất thấp hơn Đây sẽ là sự phát triểnhơn TBK – MN tăng áp có ápsuất khí nén cao hơn, hiệu suất turbine tăng áp caohơn, kích thước nhỏ gọn hơn và giá cả cạnh tranh

Trị số Bmep đã tăng từ khoảng 17 bar cho động cơ 2 kỳ được sử dụng trongnhững năm 1990 và 19 bar vào năm 2000 Một mức độ như vậy đưa ra một tỷ số ápsuất và hiệu suất tăng lên từ tăng áp bởi vì nó quan trọng là điều kiện ranh giới nhất

định để duy trì độ tin cậy của động cơ, hạn chế mức độ khói khi chạy một phần tải

và giữ lại mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể hiện nay Việc sử dụng rộng lớn hơn củaturbine biến thiên hình học (VTG), tăng áp 2 cấp và TBK – MN tăng áp với dẫnđộng từ thiết bị phụ trợ cũng có thể thấy trước cho mấy năm tới đây

2.2 Tăng áp

Hình 2.9 chỉ ra là một động cơ tăng áp và sự sắp xếp của nó với động cơ.Trong hình máy nén nhận không khí Gió được nén thì tỉ trọng tăng Gió sau khiđược nén vào động cơ, gió nén này trộn với nhiên liệu trong buồng đốt (Heywood,

p 248) trong sự trở lại này được giới hạn bởi số lượng không khí được giới thiệuvào mỗi xy lanh trong mỗi kỳ khác nhau (Heywood, p.248) cũng bằng sự giớithiệu một số lượng lớn của không khí đi vào xy lanh là cơ hội tăng buồng đốt, do đóviệc tăng công suất của động cơ Động cơ sau khi cháy trộn được thảy ra thông quaống góp khí xả vào không khí

Hình 2.10 Động cơ đốt trong có tăng áp

2.2.1 Máy nén

Máy nén được dùng trong thiết bị tăng áp dùng năng lượng để sinh công Khimáy nén nhận năng lượng cơ bản trong việc xác định tổng hiệu suất của động cơ.Bởi vì công suất ra của động cơ tăng lên khi sử dụng một tăng áp của công suất nàyđược sử dụng để dẫn động máy nén Số lượng công được sinh ra bởi piston đượcchia vào việc chạy máy nén và chạy động cơ Trong tổ hợp TBMN khí xả được

dùng để dẫn động máy nén, Bởi vậy tất cả các công sinh ra từ xy lanh được dùngtrong việc chạy động cơ Công sinh ra truyền đến máy nén có thể được tính từphương trình nhiệt động 1 Phương trình (2-1), đại diện cho phương trình nhiệtđộng 1 khi được áp dụng để điều khiển dung tích xung quanh hợp thành thiết bịturbine.

sự thay đổi en- tan- pi của hệ thống

Trong phương trình (2-2) giới hạn en- tan- pi được rạch rõ trong giới hạn trìtrệ của các en- tan- pi Sự trì trệ đẳng en- tan- pi được rạch rõ như cộng phần tĩnh vàphần động của en- tan- pi Phần động en- tan- pi được liên kết đến tốc độ liên quanvới chất lỏng Sự đình trễ en- tan- pi được rạch rõ thông qua phương trình (2-3):

P0=P(T0

Trong đó:

- T0 là bằng nhiệt độ trễ, được chỉ ra như sau:

T0=T + C

2

Hình 2.11 Biểu đồ h – s cho máy nén

Máy nén hiệu suất đẳng en-tro-pi tương ứng để biểu đồ h-s được chỉ ra bằngphương trình:

ống xả đến turbine theo yêu cầu để duy trì năng lượng động học Một vấn đề vớiturbine loại xung là turbine không nhận dòng khí trực tiếp để bù cho sự khác nhaucủa các ống nối từ turbine với hệ thống mà “phần xung khí xả được nối tiếp vàchồng lên nhau ít nhất” (Heywood, p263) Sự cung cấp này là dòng trực tiếp đếnturbine.

2.2.3 Turbine

Turbine là một thiết bị nạp hoạt động như là một trợ lực trong tổng hiệu suấtcủa mục đích nạp Bởi có năng lượng khí xả đi vào turbine sẽ tái sử dụng để laymáy nén Lý do để turbine có thể làm việc là bởi vì khí xả đủ nóng để có hiệu suấtcao Trong turbine khí xả đi qua cánh của turbine, nhưng hiệu suất cuối cùng là hiệusuất của trục Từ lúc turbine bắt đầu làm việc trên trục làm cho máy nén chạy nóđược gọi là turbine sinh công Giới hạn làm việc trong giới hạn của en-tan-pi chomột turbine được chỉ ra trong phương trình:

´

Giới hạn en-tan-pi trong phương trình trên là sự chống lại sự trì trệ en-tan-pi.Biểu đò h-s miêu tả quá trình một turbine được chỉ ra ở hình 2.12 từ biểu đồ hiệusuất của turbine có thể có thể giả quyết cho việc sử dụng giới hạn những en-tan-pi.Hiệu suất của turbine có thể được đánh giá bằng sự dẫn động của công suất thực tế

ra bởi công suất lý thuyết Từ hiệu suất của một turbine được chỉ ra ở phương trình:

ɳ T=h03−h04

Từ khí xả của động cơ thì rất là khó để phân tích, nó trợ giúp cho phân tíchkhí xả như là một khí lý tưởng với sự đốt nóng liên tục Phương trình dưới đại diệncho hiệu suất khi sử dụng khí lý tưởng Từ những phân tích được sử dụng dể dàngrút ra hiệu suấ là:

Hình 2.13 Đồ thị h – s biểu đồ cho turbine

Và từ quá trình 03 đến 04 là đẳng in tro pi:

T 04 s=T03(p04

P03)

γ γ−1

(2-14)Tốc độ sinh công, hoặc công suất là:

´

W = ´m e(h03−h04)= ´m e C p , e ɳ T T03¿ (2-15)

2.3 Giới thiệu một số loại turbine tăng áp phổ biến

2.3.1 Hệ thống turbine tăng áp hãng ABB

Hệ thống turbine ABB cơ sở chính tại Thụy sĩ qua BBC (Brown Boveri), cómối liên quan chặt với bước đi tiên phong của sự phát triển turbine tăng áp tiếnhành bởi Alfred Buchi và các áp dụng trong ngành máy tàu thủy của turbine tăng

áp Alfred Buchi đã ứng dụng tăng áp 1905 nhưng thực sự tăng áp mới trở nênmạnh mẽ từ sau đại chiến thế giới lần I (trong những ngày đầu tiên, turbine tăng áp

áp dụng cho hàng không), từ đó turbine tăng áp thực sự dùng cho tàu thủy Năm

1925 con tàu đầu tiên Preussend and Hansestadt Danzig có sử dụng turbine tăng ápkhí xả với động cơ 4 kỳ, hãng MAN, 10 xilanh đã tăng công suất từ 1250 (kW) (nạpkhí tự nhiên) lên 1840 (kW) khi sử dụng turbine tăng áp của BBC

Năm 1944 BBC đã cho ra đời turbine seri VTR…0 và từ đó đã sẵn sàng cungcấp turbine tăng áp lắp đặt cho các động cơ có khoảng công suất 370 (kW) tới

12700 (kW) Cho tới lúc đó cũng chỉ áp dụng turbine tăng áp cho động cơ 4 kỳ Đểthay thế bơm quét gió tăng áp động cơ 2 kỳ, lúc này người ta phải ứng dụng turbinetăng áp xung lực Năm 1952 hệ thống tăng áp này đã ứng dụng thành công trên tàuĐan mạch Dorthe Maesk sử dụng động cơ 2 kỳ hãng B&W nâng công suất động cơlên 5520 (kW) nhờ turbine VTR 630

Việc sử dụng turbine tăng áp loại VTR trên động cơ Diesel 4 kỳ và 2 kỳ tănglên rất nhanh từ những năm 1950, một loạt seri (hình 2.12) đã kế thừa và phát huythiết kế kiểu loại này trên cả mặt hiệu suất và tỉ số tăng áp Hiệu suất 74,7 % đãgiành được bởi turbine VTR 714E năm 1989 (tương phản với hiệu suất 50-55% củacác turbine tăng áp của những năm 1950); và model VTR 304P đã đạt được tỉ số ápsuất 5:1 vào 1991 Bên cạnh cải thiện đặc tính turbine tăng áp các nghiên cứu pháttriển của hãng đã tăng cường khả năng tạo điều kiện phục vụ cho việc đốt nhiên liệumác thấp của động cơ và sự làm việc tại chế độ tải nặng nề vẫn đảm bảo đủ tin cậy

và bảo dưỡng cực ít Các seri hiện nay của hệ thống turbine tăng áp ABB như sau:

1994 1990

VTR.0

50

65 70

1985 1980

1975 1970

55 60

75

VTR.1 VTR.4 VTR.4E

ŋ 𝑛

Hình 2.14 Hiệu suất toàn bộ của các thế hệ turbine tăng áp ABB dòng VTR

- Seri VTR: được thiết kế hoạt động với các động cơ tạo nên công suất

khoảng 700 (kW) tới 18500 (kW) ứng với mỗi turbine tăng áp

- Seri VTC: đặc biệt được ưa chuộng tại nơi việc liên hợp thành khối

yêu cầu, phục vụ các động cơ cung cấp công suất 100 (kW) tới 3200(kW) mỗi turbine

- Seri RR: chủ yếu áp dụng cho các động cơ cao tốc và trung tốc có

công suất nằm trong khoảng 500 (kW) và 1800 (kW) ứng với mỗiturbine

- Seri TPS: Thế hệ mới thuộc dòng turbine tăng áp nhỏ, chi tiết xem

Hình 2.16Turbine tăng áp VTR của ABB loại không làm mát

Hình 2.17 Kết cấu turbine tăng áp ABB TPL 65-A

5: Bạc trục phía turbine 6: Cửa thoát khí xả

11: Ống xoắn tăng áp 12: Bánh cánh máy nén13: Cửa gió tăng áp ra

2.3.2 Turbine tăng áp Napier

Turbine tăng áp Napier gốc của Anh, hiện nay là một thành phần của nhómSiemens, cho ra các seri 7 và seri 8 của turbine tăng áp Napier dành cho các áp dụngtrên các động cơ Diesel hai và bốn kỳ cao nhất tới 11000 (kW) trên một turbine

Turbine tăng áp seri 7 phù hợp với các động cơ lắp một turbine tăng áp côngsuất từ 1500 (kW) tới 6500 (kW) Model 297 và 357 được phát triển từ các thế hệtrước đó của công ty đạt tỉ số tăng áp là 5:1, hiệu suất chung vượt quá 70%

Sự phát triển của seri 8 đã được kích thích bởi nhu cầu cung cấp turbine tăng

áp có công suất ra tới 11 000 (kW) Seri turbine hướng trục (hình 2.17) đã dẫn đầuqua các model NA298 và NA358 với hiệu suất vượt quá 70% và tỉ số tăng áp 5.5giúp giảm thấp hơn suất tiêu hao nhiên liệu và tải trọng nhiệt Các chi tiết được tăngcường của độ bền trong khi các thiết kế không làm mát tham gia vào việc giảmtrọng lượng toàn bộ Các ổ đỡ bên trong được sử dụng lần đầu tiên ở turbine Napier

có kích thước này, các cơ cấu thủy động lực học bảo đảm đặc tính động học rô to ổnđịnh và đặc biệt lâu bền Việc bố trí ổ đỡ mới tạo điều kiện cho việc sử dụng dòngkhí xả vào turbine tăng áp theo hướng kính và dọc trục đã mở rộng các lựa chọn lắpđặt cho nhà chế tạo máy

Hình 2.18 Mặt cắt ngang của turbine tăng áp Napier cho động cơ trung tốc

2.3.3 Turbine tăng áp MAN B&W

Hãng động cơ MAN B&W của Đức cung cấp một lượng lớn turbine tăng ápdùng cho động cơ 4 kỳ và 2 kỳ, hiện bao gồm các seri NR/R, NR/S, NA/S/T9 vàseri thế hệ mới TCR và TCA Thêm vào đó, seri turbine động lực PT/PTG hiệnđang hiện diện dành cho các hệ thống liên hợp động lực.Các seri NA/S và NR/Sđược giới thiệu kế tiếp trên thị trường Vào những năm 1990, các đặc điểm các vỏkhông làm mát của các turbine tăng áp và ổ đỡ bặc trượt của chúng đặt phía trongtheo đó đã được thừa nhận bởi nhiều nhà máy chế tạo turbine tăng áp khác

Seri turbine tăng áp hướng kính seri NR/S được thiết kế cho phép điều khiển

an toàn tỉ số áp suất khí tăng áp tới 4,5; mở rộng khoảng áp dụng đầy đủ; khả năng

sử dụng nhiên liệu nặng không hạn chế; và các yêu cầu bảo dưỡng được giảmxuống Sáu model-NR12/S, NR14/S, NR17/S, NR24/S, NR29/S va 2NR34/S – tạolên một chương trình bao phủ cả seri turbine tăng áp hướng trục nhỏ nhất được chếtạo NA/S Các seri hoàn toàn không dùng nước làm mát (hình 2.18) là sự phát triểntiếp theo của turbine tăng áp NR/R, có các đặc tính bánh cánh máy nén và turbineđược sửa đổi lại Hệ thống ổ đỡ bạc trượt đặt bên trong của MAN B&W được sửdụng, lực chiều trục hiện giờ được hấp thu bởi ổ đỡ chặn riêng Năm model trongcác seri turbine tăng áp hướng kính áp dụng cho các động cơ có công suất nằmtrong khoảng 400 (kW) tới 4400 (kW) ứng với mỗi turbine