BÀI GIẢNG TUA BIN HƠI NƯỚC CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN HƠI NƯỚC Người giảng: Nguyễn Đức Quyền NỘI DUNG GIẢNG DẠY Chương 2: Cơ sở giải tích nhiệt – khí động học tua bin 2.1 Các phương trình dịng lưu chất tải lượng Phương trình trạng thái Phương trình liên tục Phương trình động lượng Phương trình bảo tồn lượng 2.2 Chu trình nhiệt tua bin nước với thông số tiêu kinh tế 2.2.1 Chu trình nhiệt hiệu suất tuyệt đối thiết bị tua bin Chu trình nhiệt (đơn giản) Hiệu suất tuyệt đối thiết bị tua bin Ảnh hưởng số thống số đến hiệu suất chu trình: nhiệt độ, áp suất Trao đổi thảo luận CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.1 Các phương trình dịng lưu chất tải lượng Một số giả thiết: + Dòng ổn định, mt chiu Phng trỡnh trng thỏi: Phương trình trạng thái đơn giản khí lý tưởng phương trình Clapeyron: pv = RT, p - áp st tut ®èi, N/m2 hay Pa v - thĨ tÝch riêng, m3/kg; , - mật độ, kg/m3 T NhiƯt ®é tut ®èi, K, R – h»ng sè chÊt khÝ, J/kg.®é NÕu p = 1,013.105 Pa; v = 22,4 Nm3/mol ; T = 273 oK ®é pV 1,013.105.22,4 R= = = 8,314 J / kg.K Tn 273 Mäi chÊt khí tuân thủ chặt chẽ phương trình gọi khÝ lý tëng CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.1 Các phương trình dịng lưu chất tải lượng Đối với nhiệt phương trình pv = RT khơng xác, R phụ thuộc vào áp suất nhiệt độ Quan hệ phụ thuộc: k i= k −1 pv + const Khi đảm bảo tính chất gọi lý tưởng Khi đó, hiệu entanpi tính bằng: m −1 m p m i0 − i1 = p v0 1 − p0 m −1 Trong ®ã, m số mũ trình đa biến: m=k= Cp Cv Số mũ đẳng entropi k nước nhiệt thay đổi phạm vi k = 1,25 ữ 1,33, trung bình chấp nhận k = 1,3, bÃo hoà khô k = 1,135 CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.1 Các phương trình ca dũng lu cht ti nng lng Phương trỡnh liên tục Hinh ảnh biểu diễn phân bố tốc độ tiÕt diƯn ngang cđa r·nh c¸nh Ta cã lu lượng khối lượng hơI giây qua diƯn tÝch dF0 trªn diƯn tÝch 0-0 b»ng: C0 dG0 = dF0 v0 Hình II.1 Sơ đồ dòng rÃnh phân phối tốc độ tiết diƯn ngang cđa r·nh CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.1 Các phương trình dịng lưu chất tải nng lng Phương trỡnh liên tục Đem cộng lưu lượng nhỏ toàn tiết diện 0-0, ta lưu lư C0 ợng toàn phần giây G0 = ∫ dF0 v ch¶y qua tiÕt F0: F ( 0) Cũng lưu lượng khái r·nh qua tiÕt diÖn 1-1, ta cã; Với chuyển động ổn định, lưu lượng qua đoạn rÃnh xét giây không đổi, tøc lµ G0 = G Hay lµ: Khi tÝnh trung bình toàn tiết diện: C1 G1 = dF1 v F ( 1) C0 C1 dF0 = ∫ dF1 ∫ v v F ( 0) F ( 1) C1m C1 G1 = = ∫ dF1 v1m F ( 1) v1 CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.1 Các phương trình dịng lưu chất tải lng Phương trỡnh liên tục C0 C1 Nếu sau bá chØ sè “m”, F0 = F1 v0 v1 ta viết phương trình liên tục dạng: hay là: G = F C = const v Viết dạng lôgarit: lnG = lnF + lnC – lnv ViÕt díi d¹ng vi ph©n: dF + dC − dv = F C v hay lµ: dF dv dC = − F v C Hình II.1 Sơ đồ dòng rÃnh phân phối tốc độ tiết diện ngang cđa r·nh CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.1 Các phương trình dịng lưu chất tải lng Phương trỡnh động lượng Xét khối lượng điền đầy đoạn ống dòng dm viết phương trình lực tác dụng lên khối lượng Ký hiệu: p0 - áp suất tiết diện f0; dx- khoảng cách f0 f1; Tại tiết diện f1 ¸p suÊt b»ng ∂p p0 + dx ∂x H×nh II.2 Phần tử đoạn rÃnh với tiết diện thay đổi ®Ỉn CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.1 Các phương trình dịng lưu chất tải lượng Ph¬ng trình động lượng Những lực áp suất tác dụng lên bề mặt ống dòng tự cân Và ký hiệu dS1 phần tử lực ma sát (trở lực) Thế theo phương trình Dalămbe có thÓ viÕt: ∂p dC f p0 − f1 p0 + dx − dS = dm ∂x dτ Trong ®ã, dC/dτ - gia tốc khối lượng dm Vì tiết diện ống dòng thay đổi, dx bé f0 f1 f đẳng thức là: ∂p dC −f dx − dS1 = dm ∂x dτ CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.1 Các phương trình ca dũng lu cht ti nng lng Phương trỡnh động lượng Đem chia hai số cho dm ∂p dC − −S = ρ ∂x dτ ®Ĩ ý dm =fdx, ta có - mật độ ds1 Lực cản 1kg trọng khối dòng chất lỏng (hơi) S = dm Đạo hàm toàn phần áp suất theo thời gian tiết diện dòng thẳng diễn đạt dp ∂p ∂p dx = + dτ ∂τ ∂x d Trong chuyển động ổn định thay đổi áp ∂p =0 st cơc bé theo thêi gian lµ b»ng không, tức là: p dp dp p dx dp dx = Do ®ã dτ = ∂x dτ tøc lµ ∂x dx viÕt gän p.tr − ρ − Sdx = dτ dC CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiệt tua bin nước tiêu kinh tế 2.2.1 Chu trifnh nhiệt hiệu Lượng nhiệt tiêu hao để nâng entanpi 1kg là: q1 = i0 − ia , kJ / kg ®ã i0 – entanpi cđa h¬i khái bé nhiệt, kJ/kg ia entanpi nước cấp Hình II.6 Chu trình Rankin giản đồ T-S vào lò hơi, kJ/kg Lượng nhiệt truyền cho lò nhiệt biểu thị diện tích 1abcd21 CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiƯt tua bin nước tiêu kinh tế 2.2.1 Chu trifnh nhiệt hiệu Lượng nhiệt rút từ 1kg áp suất binh ngưng giu không đổi bành trướng đẳng entropi TB b»ng: q2 = ikt – i’k ikt – entanpi thoát khỏi tuốc bin có trinh bành trướng đẳng entropi, kJ/kg ik entanpi nước ngng CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiƯt cđa tua bin nước tiêu kinh tế 2.2.1 Chu trifnh nhiệt hiệu Công lý thuyết 1kg h¬i b»ng; L = q1- q2 = (i0-ia) - (ikt-i’k) = (i0-ikt) - (ia-i’k) = LT - LB ë đây: LT = i0-ikt công 1kg tuốc bin lý tưởng, công lý thuyết; LB = ia-ik công tiêu hao để bơm 1kg nước vào lò CHNG C S GII TCH NHIT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiệt tua bin nước tiêu kinh tÕ 2.2.1.2 HiƯu st nhiƯt hay lµ hiƯu st tut ®èi Tû sè cđa c«ng st tc bin lý tëng lượng nhiệt cấp vào lò gọi hiệu suất tuyệt đối hiệu suất nhiệt; L ( i ' −ikt ) − ( i ' a −i ' k ) ηt = = q1 i0 − i a Trong thực tế trinh bành trướng tuốc bin trinh không thuận nghịch Cho nên đường trinh bành trướng giản đồ i-S lệch khỏi đư ờng đẳng entrôpi Hiệu suất tương đối tuốc bin tỷ số nhiệt giáng sử dụng Hi Li Hi nhiệt giáng lý thuyÕt Ho: η oi = H = L ; 0 η oi = Li G N i = L0 G N CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiệt tua bin nước tiêu kinh tÕ 2.2.1.2 HiƯu st nhiƯt hay lµ hiƯu st tut ®èi HiÖu suÊt tuyÖt ®èi : Tû sè nhiÖt giáng sử dụng lượng nhiệt cấp cho 1kg môi chất lò q1 gọi hiệu suất tuyệt đối thiết bị: Li Hi Hi H0 i = = = = η 0i η t q1 i0 − i ' k H ( i0 − i ' k ) Có thể diễn đạt theo tỷ số công suất tuốc bin lượng nhiệt cấp vào lò giây Q: LG N N ηi = i = i = i q1G q1G Q Hiệu suất cơ: Một phần công suất sinh phí để thắng trở lực khí, công suất hiệu dụng Ne khớp trục nối tuốc bin với máy phát bé công suất tuốc bin Ni đại lượng giá trị tổn thất mn: Ne = Ni - NM Tỷ số công suất hiệu dụng c«ng suÊt η M = N e Ni gäi hiệu suất cơ: CHNG C S GII TCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiệt tua bin nước tiêu kinh tÕ 2.2.1.2 HiƯu st nhiƯt hay lµ hiƯu st tuyệt đối Hiệu suất hiệu dụng tương đối: Công suất lý thuyết tuốc bin lý tư ởng xác định theo phương trinh: No = G.Ho đó, Ho nhiệt giáng lý thuyết Tỷ số công suất hiệu dụng công suất lý thuyết gọi hiệu suất hiệu dụng tương đối oe Ne Ni Ne = = = η oi η M No No Ni Hiệu suất hiệu dụng tuyệt đối: Tỷ số công suất hiệu dụng tuốc bin lượng nhiệt cấp vào lò gọi hiệu suất hiệu dụng tuyệt đối cđa thiÕt bÞ tc bin Ne Ni Ne ηe = = = η i η M = η t η 0i η M = η t η oe Q Q Ni CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiƯt tua bin nước tiêu kinh tế 2.2.1.2 Hiệu suất nhiệt hiệu suất tuyệt đối Hiệu suất máy phát điện Tua bin dùng để truyền động máy phát điện thi công suất Ni phát đầu cực máy phát bé công suất hiệu dụng đại lượng giá trị tổn thất ∆NG cđa m¸y ph¸t NE = Ne ∆NG Tû sè công suất điện đầu cực máy phát công suất hiệu dụng gọi hiệu suất máy phát điện: = N E G Ne Hình II.9 Sơ đồ phân loại hiệu suất công suất CHNG C SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiƯt cđa tua bin h¬i níc tiêu kinh tế 2.2.1.2 Hiệu suất nhiệt hiệu suất tuyệt đối Hiệu suất điện tương đối : Tỷ số công suất điện máy phát công st lý thut cđa tc bin lý tëng gäi lµ hiệu suất điện tương đối N E N E Ne η oE = = = η G η oe N0 Ne N0 Hiệu suất tuyệt đối: Tỷ số công suất điện (tính đơn vị nhiệt) nhiệt lượng cung cấp vào lò gọi hiệu suất tuyệt ®èi N N N η E = E = e E = ηt η oi η M ηG Q Q Ne CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2.2 Chu trifnh nhiƯt tua bin nước tiêu kinh tế 2.2.1.2 Hiệu suất nhiệt hiệu suất tuyệt đối Sự liên hệ giua lưu lượng G, kg/s, công 1kg công suất (kW) sau (kW): N i = GLi = GH i [ J / s ] = 10 GH i Lưu lượng mét giê: D = 3600.G ®èi víi tc bin ngưng thường hay dùng đại lượng suất tiêu hao hơi, tức lượng cần thiết để sản xuất 1kWh điện đầu cực máy phát [kg/kwh]: 3600G 3600 dE = = GH 0η E H 0η 0i η M η G ... tuốc bin - bơm nước; 2- lò hơI; 3- nhiệt; 4- tuốc bin hơI; 5- bình ngưng; 6- máy phát điện CHNG C S GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2. 2 Chu trifnh nhiệt tua bin nước tiêu kinh tế 2. 2.1... ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2. 2 Chu trifnh nhiệt tua bin nước tiêu kinh tế 2. 2.1 Chu trifnh nhiệt hiệu Công lý thut cđa 1kg h¬i b»ng; L = q 1- q2 = (i0-ia) - (ikt-i’k) = (i0-ikt) - (ia-i’k) = LT - LB... bảo toàn nawng lượng C o2 C 12 i0 + + q = i1 + + L1 CHƯƠNG CƠ SỞ GIẢI TÍCH NHIỆT – KHÍ ĐỘNG HỌC TRONG TUA BIN 2. 2 Chu trifnh nhiƯt cđa tua bin h¬i nước tiêu kinh tế 2. 2.1 Chu trifnh nhiệt hiệu