Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc của hệ động lực tuabin hơi tàu ba vì

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo LÃNH TRUNG ĐÔNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA HỆ ĐỘNG LỰC TUABIN HƠI PHỤ TÀU “BA VÌ” LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HCM 10-2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo LÃNH TRUNG ĐÔNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA HỆ ĐỘNG LỰC TUABIN HƠI PHỤ TÀU “BA VÌ” CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS- TS LÊ HỮU SƠN Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 LUẬN VĂN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS LÊ HỮU SƠN Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS BÙI XUÂN LÂM Cán chấm nhận xét 2: TS LÊ VĂN VANG Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Giao thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh ngày 10 tháng 10 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) TS BÙI HỒNG DƯƠNG Chủ tịch Hội đồng; PGS.TS BÙI XUÂN LÂM Ủy viên, phản biện; TS LÊ VĂN VANG Ủy viên, phản biện; TS NGUYỄN SƠN TRÀ Ủy viên; TS NGÔ DUY NAM Ủy viên, thư ký; Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÁY TÀU THỦY TS BÙI HỒNG DƯƠNG TS LÊ VĂN VANG LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình khoa học thực hướng dẫn khoa học PGS TS MT Lê Hữu Sơn Ngoài nội dung tham khảo tài liệu liệt kê phần tài liệu tham khảo, luận văn không chép nội dung công trình khoa học tương tự Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật lời cam đoan Tp Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2015 Tác giả : Lãnh Trung Đông LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực đề tài luận văn thạc sĩ, cố gắng nỗ lực thân, tác giả nhận nhiều nguồn giúp đỡ quý báu Tôi xin chân thành biết ơn: PGS TS MT Lê Hữu Sơn Giảng viên đại học sau đại học thuộc trường đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh Người thầy truyền đạt cho nhiều kiến thức chuyên môn kinh nghiệm nghiên cứu quý báu suốt thời gian thực đề tài, người tận tình hướng dẫn đầy tâm huyết trình thực công trình nghiên cứu hoàn tất luận văn Tôi xin cảm ơn đến: Quý Thầy Cô công tác trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh, truyền đạt cho kiến thức chuyên môn suốt thời gian học tập trường Đồng nghiệp, bạn bè người thân gia đình giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thời gian, vật chất, tinh thần giúp cho học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tp Hồ chí Minh, tháng năm 2015 Lãnh Trung Đông MỤC LỤC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa c Nhiệt dung riêng khối lượng (kJ/kg.K) q1 Nhiệt lượng cấp vào q2 Nhiệt lượng thải q3 Nhiệt lượng tổn thất hóa học q4 Nhiệt lượng tổn thất học q5 Nhiệt lượng tổn thất bề mặt q6 Nhiệt lượng tổn thất tro xỉ nóng mang i Entanpi (J/kg) i1 Thông số trạng thái i2 Thông số trạng thái i3 Thông số trạng thái i4 Thông số trạng thái ητ Hiệu suất nhiệt lý thuyết ηc Hiệu suất giới ηe Hiệu suất có ích ηο Hiệu suất chung ηi Hiệu suất thị ηu Hiệu suất vòng ηG Hiệu suất máy phát điện d Suất tiêu hao (kg/kw.h) L0 Công chu trình (J/kg) Li Công thị (công thực tế) chu trình (J/kg) p1 Áp suất vào tuabin (bar, KG/cm2) p2 Áp suất khỏi tuabin (áp suất ngưng tụ) N Công suất (kW) Ne Công suất có ích Ni Công suất thị n Vòng quay (vòng/phút) Hlt Nhiệt giáng lý thuyết tuabin (J/kg) Hi Nhiệt giáng thị tuabin (J/kg) s Entropi t1 Nhiệt độ vào tuabin (°C) ttb Nhiệt độ trung bình (°C) ν Thể tích riêng (m3/kg) Gh Lưu lương qua tuabin X2 Độ khô ρ Khối lượng riêng (kg/m3) ∆h1 Tổn thất profin cánh ∆h2 Tổn thất mép cánh ∆h3 Tổn thất tạo thành xoáy ∆h4 Tổn thất lệch hướng dòng đến ∆hth Tổn thất thải ∆hrl Tổn thất rò lọt ∆hsc Tổn thất sức cản gây nên ∆hcb Tổn thất cấp cục gây nên ∆hha Tổn thất ẩm gây nên 10 MỤC LỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH 77 Khe hở dọc trục phụ thuộc vào khoảng cách cánh tuabin tới bệ đỡ chặn Bệ đỡ chặn thường lắp phía vào, tầng sau khe hở dọc trục lớn Ở tầng đầu sđ = 1,5÷2 mm Ở tầng sau sđ lên đến 10 mm Khe hở hướng kính phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu chi tiết tuabin sr > 0,2 mm Để giảm tổn thất khe hở hướng kính gây nên, kết cấu tuabin thường sử dụng vành làm kín chi tiết quay chi tiết tĩnh tuabin Tổn thất sức cản gây nên ∆hsc Tổn thất sức cản gây nên ∆hsc tổn thất gây cánh động quay môi trường nước có mật độ ρ Tổn thất cấp cục gây nên ∆hcb Tổn thất cấp cục gây nên ∆hcb xảy tải phận, cấp vào phần cánh động, phần cánh có xu hút vào tạo nên tổn thất cục bộ; mặt khác cánh vào khỏi vùng cấp xuất va đập thủy lực làm tăng thêm tổn thất Tổn thất ẩm gây nên ∆hha Tổn thất ẩm gây nên ∆hha hạt nước ẩm làm hãm chuyển động cánh động, làm xuất xoáy dòng thứ cấp dòng hơi, làm tăng tổn thất cánh tuabin Tổn thất thường xuất tầng tuabin thấp áp, trở thành ẩm Để giảm tổn thất ẩm gây nên phải trì độ khô tầng cuối tuabin thích hợp X > 0,88 78 hình 22 Biến đổi lượng tầng tuabin xung kích có xét đến tất tổn thất hình 23 Biến đổi lượng tầng tuabin phản kích có xét đến tất tổn thất 79 Trong tầng tuabin làm việc vùng ẩm, cánh tuabin thường bị mài mòn Sự va đập hạt nước vào mép vào cánh động, mặt làm giảm hiệu suất tầng, mặt khác phá hủy bề mặt kim loại cánh, tức cánh tuabin bị mài mòn Để đánh giá ảnh hưởng độ ẩm tới hiệu suất tuabin thường người ta áp dụng quy tắc: vùng ẩm hiệu suất tầng giảm tỷ lệ với độ khô Nếu ký hiệu η0ikhô hiệu suất tầng làm việc khô bão hoà, tầng làm việc ẩm hiệu suất là: η0ix = η0ikhôx; Như vậy: Tổn thất ẩm tìm theo công thức: hx = ξ x E0 ; đó: ξx = (1 – x)η0ikhô Đó công thức dùng để đánh giá sơ ảnh hưởng độ ẩm tới hiệu suất tuabin Trong tầng tuabin làm việc ỏ vùng ẩm cánh tuabin thường bị mài mòn Do va đập giọt nước vào bề mặt mép vào cánh động, lúc đầu bề mặt cánh bị nhám, dần bị rỗ, có lỗ thủng, bị nham nhở cưa, hình dạng profin cánh bị thay đổi Cánh bị mài mòn tới 0,2÷0,3 cung Nếu làm việc lâu dài phần cánh bị phá huỷ hoàn toàn Kết giảm độ bền cánh giảm hiệu suất tầng Sự mài mòn cánh động liền với phá huỷ kim loại cánh tuabin mỏi chịu ứng suất cao giọt nước va đập vào bề mặt cánh 80 Giọt nước tương tác với bề mặt cánh với áp suất đến 310 MPa tốc độ va chạm tới 310 m/s, tốc độ vòng u vượt 300 m/s Ngoài ứng suất cơ, han rỉ kim loại, xâm thực… ảnh hưởng đến trình mài mòn cánh tuabin Để bảo vệ cánh tuabin khỏi bị mòn người ta áp dụng biện pháp sau đây: • Giảm độ ẩm đầu tuabin cách nâng cao nhiệt độ trung gian, • Giảm độ ẩm thực tế trước dãy cánh động cách áp dụng biện pháp tách nước có hiệu phần chảy (tách nước ngoại vi tầng …); • Áp dụng xẻ rãnh dọc phần vào lưng, gần đỉnh cánh quạt, nước rãnh giảm bớt va đập giọt nước, ra, rãnh có tác dụng tách nước nữa; • Sử dụng kim loại chịu mòn để làm cánh (thép không rỉ, hợp kim…), tăng bền bề mặt (ví dụ, cách tôi), dùng kim loại bảo vệ 3.2.2.Các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác hệ động lực tuabin phụ tàu “Ba Vì” Vận hành tuabin nhằm mục đích đảm bảo chất lượng, an toàn, với độ tin cậy cao hiệu kinh tế tối đa Trình tự thao tác vận hành cụ thể ghi quy trình vận hành lập riêng cho loại tuabin cụ thể Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả đề xuất nội dung quy trình vận hành Vận hành tuabin thực công việc sau: • Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện vận hành • Chuẩn bị khởi động • Khởi động 81 • Kiểm soát thiết bị làm việc bình thường • Ngừng thiết bị Trong phần xem xét số vấn đề cần lưu ý chuẩn bị khởi động ngừng thiết bị Đây hai giai đoạn quan trọng vận hành tuabin lúc trạng thái học nhiệt phận, chi tiết tuabin đường ống dẫn thay đổi lớn 3.2.2.1.Chuẩn bị đưa tuabin vào hoạt động  Chuẩn bị đưa tuabin vào làm việc bao gồm bước sau: Kiểm tra bên tuabin Ta phải tiến hành kiểm tra thiết bị tuabin trước sau đưa tuabin vào làm việc như: Kiểm tra trực quan thiết bị đo lường nhiệt kế, áp kế, tốc độ kế, mức dầu bôi trơn Chân không kế thông với khí phải giá trị ‘0’ Mở van xả để xả nước ngưng tụ đường ống, sau sấy đường ống dẫn cách từ từ mở van cấp Nếu mở van nhanh làm kim loại ống chuyển đột ngột từ lạnh sang nóng tạo ứng suất giãn nở nhiệt, nước ngưng tụ bị dòng với vận tốc lớn gây tượng thuỷ kích làm ống dao động mạnh dẫn tới hậu nghiêm trọng nứt mối hàn, bật bích nối Ngoài ống xả làm nhiệm vụ lưu thông sấy Xả nước thân tuabin Khởi động bơm dầu bôi trơn cho tuabin Khởi động bơm làm mát bình ngưng Khởi động bơm nước ngưng mở van cấp nước làm đầy bình ngưng Khởi động bơm Ejector tạo chân không bình ngưng Sau hoàn tất việc xả nước, tiến hành sấy nóng tuabin  Sấy nóng tuabin 82 Đóng van xả nước đường ống tuabin lại Mở nhỏ van cấp (khoảng vòng) Xoay núm điều khiển từ vị trí “OFF” sang vị trí ”standby” bảng điều khiển Lúc tuabin quay với tốc độ khoảng 50- 70 v/p Nếu thực trình sấy không tốt xảy hậu như: xuất ứng suất nhiệt thân tuabin van điều chỉnh, cong vênh giãn nở thân thân không đều, rotor bị rung ứng suất nhiệt, thay đổi kích thước dài rotor stator không tương ứng dẫn đến va chạm, đọng nước tuabin gây thủy kích Thời gian sấy tuabin từ 15-30 phút, thời gian sấy không cần thiết phải mở van cấp nước làm mát cho sinh hàn dầu bôi trơn tuabin Sau kết thúc trình sấy tuabin, thông báo cho phòng CCR (central control room) xoay núm điều khiển sang vị trí “remote” để CCR điều khiển tốc độ tuabin, mở van cấp nước làm mát cho sinh hàn dầu bôi trơn tuabin 3.2.2.2.Dừng tuabin Khi có lệnh dừng tuabin từ CCR, đóng van cấp chính, xoay núm điều khiển vị trí “OFF” Lúc tuabin quay theo quán tính, tuabin dừng hẳn, mở van xả nước từ thân tuabin Trong thời gian tuabin nguội thường xuất ứng xuất nhiệt, thời gian sấy nóng tuabin Thời gian làm nguội tuabin phụ thuộc vào loại tuabin, phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt Nhiệt độ nhiệt lớn, thời gian làm nguội tuabin dài Trong thời gian làm nguội tuabin, trục tuabin không quay trình làm nguội tuabin diễn không đều, phần tuabin nhiệt độ thấp phần tuabin (do không khí nóng đẩy lên phía trên), chênh lệch nhiệt độ phần phần tuabin lên đến 60°C Do phần 83 tuabin nguội nhanh hơn, nên phần trục tuabin nguội nhanh hơn, làm cho phần trục tuabin bị co lại nhiều so với phần trên, trục tuabin bị võng lên Vì vậy, ta quay trục 180 Dừng tuabin khoảng 30 phút sau, tắt: bơm dầu bôi trơn cho tuabin, bơm làm mát bình ngưng, đóng van cấp nước làm đầy bình ngưng, bơm nước ngưng, bơm Ejector tạo chân không bình ngưng 3.2.3.Giải pháp cải tiến kết cấu hệ động lực tuabin phụ tàu “Ba Vì”  Để nâng cao hiệu suất nhiệt chu trình, áp dụng giải pháp cải tiến kết cấu ta có: Các giải pháp để tăng hiệu số nhiệt độ nguồn nóng nguồn lạnh như: • Tăng áp suất hơi, nhiệt độ vào tuabin, giải pháp không khả thi, bị hạn chế độ bền vật liệu, kết cấu hệ động lực hơi, phải hoán cải nồi hơi, Đây khoản đầu tư tốn • Giảm áp suất cuối (tăng chân không bình ngưng) Áp dụng chu trình gia nhiệt nước cấp; chu trình nhiệt trung gian… Nhìn chung giải pháp phải đầu tư lớn, tốn không đáp ứng với đặc điểm kết cấu tuabin tàu “Ba Vì” Do có giải pháp giảm áp suất bình ngưng thực  Xét toán sau: tính hiệu suất nhiệt công suất hệ động lực tuabin phụ tàu “Ba Vì”, giảm áp suất p (áp suất bình ngưng) Chu trình Rankine thiết bị động lực nước (hệ tuabin tàu “Ba Vì”) có nhiệt độ áp suất vào tuabin t = 220°C, p1 = 14 bar, áp suất bình ngưng p2 = 0,8 bar Công suất sinh tuabin (danh nghĩa) N = 1690 kw Xác định hiệu suất nhiệt công chu trình Giải 84 hình 24 Chu trình động lực nước tàu Ba Vì Từ bảng thông số nhiệt động nước bão hòa ứng với áp suất p = 14 bar tìm nhiệt độ sôi tương ứng t s = 195,04° C < t1 = 220° C, sử dụng cho tuabin nhiệt Tra bảng thông số nhiệt động nhiệt với p1 = 14 bar, t1 = 220° C ta có: v1 = 0,1515 m3/kg; i1 = 2855 kJ/kg; s1 = 6,602 kJ/kg.K Hơi ngưng tụ áp suất p2 = 0,8 bar, với áp suất từ bảng nước bão hòa, ta tra được: i'2= 391,8 kJ/kg, i''2 =2665 kJ/kg, s'2 = 1,2330 kJ/kg.K, s''2 = 7,434 kJ/kg.°K Vì trình giãn nở tuabin (1 – 2) trình đoạn nhiệt (s = s2) s1 = s2 = 6,602 kJ/kg.K Vì s'2 [...]... cả hệ động lực tuabin hơi nước Chương 3: Các giải pháp tăng hiệu suất và công suất của hệ động lực tuabin hơi phụ tàu Ba Vì 3.1 Giới thiệu hệ động lực tuabin hơi phụ tàu Ba Vì 3.2 Các giải pháp tăng hiệu suất và công suất của hệ động lực Tuabin hơi phụ tàu Ba Vì 3.2.1 Các giải pháp về nâng cao quá trình làm việc của hệ động lực Tuabin hơi phụ tàu Ba Vì 3.2.1.1 Nâng cao quá trình làm việc của. .. đã nghiên cứu và xây dựng đề tài Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc của hệ động lực tuabin hơi phụ tàu Ba Vì ” qua đó, nhằm nâng cao nâng cao hiệu suất, công suất, nâng cao tính kinh tế của hệ động lực tàu Ba Vì , giảm chi phí nhiên liệu của hệ động lực tàu Ba Vì 2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 13 Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc của. .. của hệ động lực tuabin hơi phụ tàu Ba Vì để giảm thiểu chi phí nhiên liệu của hệ động lực, góp phần tiết kiệm nhiên liệu Ý nghĩa thực tiễn: Nâng cao hiệu quả khai thác con tàu và hệ động lực nói chung của tàu Ba Vì 3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu, xác định các thông số hoạt động nhằm nâng cao hiệu suất, công suất của hệ động lực tuabin hơi phụ tàu Ba Vì 4 Phạm vi và giới hạn của đề... về việc chế tạo tuabin hơi tại Việt Nam Ở trên các tàu Việt Nam hệ động lực tuabin hơi nước được sử dụng rất ít, thường là các động cơ tuabin hơi nước phục vụ cung cấp năng lượng cho máy phát điện, cho máy phụ như bơm, máy nén Tuabin hơi nước trên tàu Ba Vì cũng là hệ động lực tuabin hơi phụ Việc tìm kiếm các giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc của hệ động lực tuabin hơi phụ tàu Ba Vì chưa có nghiên. .. thuật của hệ động lực tuabin hơi 1.2 Ứng dụng của tuabin hơi 1.3 Tống quan về tình hình nghiên cứu đề tài trên thế giới và trong nước Chương 2: Cơ sở lý thuyết của đề tài 2.1 Cơ sở lý thuyết về hệ động lực tuabin hơi nước 2.2 Các biện pháp nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình 2.3 Tính hiệu suất của tuabin hơi nước và của cả hệ động lực tuabin hơi nước 2.3 Tính công suất của tuabin hơi nước và của cả hệ. .. làm việc của nồi hơi phụ tàu Ba Vì 3.2.1.2 Nâng cao quá trình làm việc của động cơ tuabin hơi nước 3.2.2 Các giải pháp về nâng cao chất lượng khai thác hệ động lực tuabin hơi phụ tàu Ba Vì 3.2.3 Một số cải tiến về kết cấu nhằm tăng hiệu suất và công suất của hệ động lực tuabin hơi phụ tàu Ba Vì Chương 4 Kết luận và hướng phát triển của luận văn 15 4.1 Kết luận 4.2 Hướng phát triển của luận văn CHƯƠNG... tổn thất của hệ động lực, vì phải lai cả các bộ phận không làm việc trong chu trình của tuabin Vòng quay của tuabin quá lớn, lớn hơn nhiều vòng quay thích hợp của chân vịt, vì vậy phải sử dụng bộ giảm tốc (hộp số) nối động cơ với chân vịt, làm tăng kích thước và trọng lượng của hệ động lực tuabin, giảm hiệu suất của hệ thống Hiệu suất chung của hệ động lực tuabin nhỏ Hệ động lực diesel có hiệu suất... tài Chỉ nghiên cứu áp dụng cho hệ động lực tuabin hơi phụ gồm: hai nồi hơi cấp hơi cho hai tuabin hơi lai hai bơm dầu hàng của tàu Ba Vì 5 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tham khảo các tài liệu có liên quan để phục vụ cho đề tài như: sách chuyên ngành, báo, tạp chí và các nguồn thông tin trên internet Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế trên tàu Ba Vì Qua... có hệ động lực tuabin hơi phụ Với tàu lớn hơn nữa (trong tương lai), khi công nghệ hạt nhân dần phổ biến thì việc thay thế nồi hơi chạy bằng năng lượng hóa thạch bởi nồi hơi chạy bằng năng lượng hạt nhân sẽ dễ dàng hơn và khi đó, toàn bộ hệ động lực trên tàu sẽ là hệ tuabin hơi (điển hình là tàu sân bay) 1.3.2.Ưu, nhược điểm của hệ động lực tuabin hơi tàu thuỷ  Ưu điểm Ít hỏng hóc, ít ồn, ít dao động. .. nhiệt Nồi hơi và tuabin hơi là hai thiết bị chính trong hệ động lực hơi nước Nếu nồi hơi là thiết bị sinh hơi thì tuabin hơi là thiết bị tiêu thụ hơi để sinh công Với hệ động lực hơi nước ở trên bờ, tuabin hơi được sử dụng để lai máy phát điện Với hệ động lực hơi nước dưới tàu biển, tuabin hơi được sử dụng để lai chân vịt tàu thủy, bơm dầu hàng và máy phát 12 Một cách tổng quát thì nồi hơi (boiler) là ... động lực tuabin phụ tàu Ba Vì 3.1 Giới thiệu hệ động lực tuabin phụ tàu Ba Vì 3.2 Các giải pháp tăng hiệu suất cơng suất hệ động lực Tuabin phụ tàu Ba Vì 3.2.1 Các giải pháp nâng cao q... cao hiệu làm việc hệ động lực tuabin phụ tàu Ba Vì ” qua đó, nhằm nâng cao nâng cao hiệu suất, cơng suất, nâng cao tính kinh tế hệ động lực tàu Ba Vì , giảm chi phí nhiên liệu hệ động lực tàu. .. q trình làm việc hệ động lực Tuabin phụ tàu Ba Vì 3.2.1.1 Nâng cao q trình làm việc nồi phụ tàu Ba Vì 3.2.1.2 Nâng cao q trình làm việc động tuabin nước 3.2.2 Các giải pháp nâng cao chất