Nghiên cứu, cải thiện chế độ công tác tổ hợp Tuabin tăng áp khí xả bằng phương pháp thay đổi biên dạng ống phun_2

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Sử dụng cụm máy nén tăng áp Tuabin khí xả phương pháp hiệu tối ưu để cải thiện nâng cao công suất động Diesel nói chung Tuy nhiên sau thời gian làm việc, tính đồng cụm Tuabin tăng áp động giảm xuống dẫn đến giảm hiệu suất làm việc chi tiết động cơ, công suất động giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên Việc chế tạo cụm Tuabin tăng áp phù hợp với tình trạng kỹ thuật động cũ để thay khó khăn, giá thành chế tạo đắt, nhiều thời gian Chính giải pháp ưu tiên cải tiến cụm Tuabin tăng áp cũ phù hợp với tình trạng động Diesel nâng cao hiệu suất Với quy mô khoảng 70% số lượng tàu thuyền hoạt động Việt Nam sử dụng 10 năm, hoạt động đồng động Diesel cụm Tuabin tăng áp giảm xuống đáng kể, song thực tế việc sửa chữa cải tiến hoạt động Tuabin chưa thực Chính để đảm bảo nâng cao hiệu hoạt động đồng bộ, tăng công suất động cơ, giảm chi phí, nâng cao hiệu kinh tế, giảm thiểu nhiễm mơi trường vấn đề nghiên cứu cải thiện chế độ cơng tác Tuabin tăng áp khí xả động cấp thiết Đề tài “ Nghiên cứu, cải thiện chế độ công tác tổ hợp Tuabin tăng áp khí xả phương pháp thay đổi biên dạng ống phun” thực để đưa giải pháp cho vấn đề Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu q trình cơng tác động diesel tăng áp tuabin khí xả ảnh hưởng việc thay đổi biên dạng ống phun đến thơng số cơng tác; đánh giá tính ưu việt phương pháp thay đổi thơng số hình học ống phun đến cải thiện chế độ công tác tổ hợp tuabin tăng áp khí xả trang bị cho động Diesel Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 Ứng dụng phần mềm ANSYS - Fluent tính tốn, mơ hoạt động tuabin tăng áp khí xả thay đổi biên dạng ống phun nhằm khẳng định sở lý thuyết làm sở cho nghiên cứu thực nghiệm có điều kiện Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Nghiên cứu lý thuyết tính tốn tuabin tăng áp khí xả ứng dụng phần mềm ANSYS fluent để tính tốn, mơ phỏng, qua đánh giá kết luận Đối tƣợng phạm vi đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài tổ hợp Tuabin tăng áp khí xả động Diesel Phạm vi nghiên cứu đề tài cải thiện chất lượng hệ thống tăng áp, khắc phục nhược điểm vốn có tổ hợp tuabin tăng áp khí xả xác định khả cải thiện thông số công tác tổ hợp cách thay đổi biên dạng ống phun Ý nghĩa đề tài Kết đề tài áp dụng để hoán cải hệ thống tăng áp, giúp cải thiện chế độ công tác động cơ, đặc biệt chế độ thay đổi tải với động cũ Cải thiện chế độ công tác tổ hợp tuabin tăng áp góp phần tăng công suất động cơ, nâng cao hiệu kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Kết đề tài sử dụng làm tài liệu nghiên cứu hữu ích cho cán nghiên cứu tiếp cận với vấn đề nâng cao công suất động Diesel, đồng thời dùng giáo cụ điện tử phục vụ cho công tác giảng dạy học tập Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ TỔ HỢP TUABIN MÁY NÉN TĂNG ÁP KHÍ NẠP ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Các khái niệm Động Diesel nạp khí tự nhiên (khơng có tăng áp) trực tiếp hút khí từ bên ngồi thơng qua hành trình nạp (khi Piston xuống tạo độ chân không bên xilanh khơng khí bên ngồi hút vào), bị hạn chế lượng khơng khí nạp nên công suất riêng động giảm Biện pháp để làm tăng lượng khơng khí nạp vào bên xylanh động qua làm tăng công suất động gọi biện pháp tăng áp; tăng áp làm áp suất khơng khí trước xupap nạp tăng lên cao so với áp suất mơi trường, nhờ làm tăng mật độ khơng khí, tăng lượng khí nạp vào xilanh, tăng hệ số nạp, tăng áp suất có ích trung bình chu trình làm tăng cơng suất có ích động Tổ hợp Tuabin – máy nén (TBMN) tăng áp khí nạp cho động Diesel hay gọi Bộ tăng áp động (tiếng anh: Turbocharger) hệ thống tăng áp suất nạp không khí cưỡng động để động có kích thước định tạo cơng suất lớn Bộ tăng áp khác với Bơm tăng nạp hay gọi siêu nạp (tiếng anh: Supercharger) thông thường chỗ: Bơm tăng nạp truyền động lực kéo khí trích từ thân động thông qua hệ thống dây curoa (bánh răng) nối với trục khuỷu, Bộ tăng áp động chạy lượng khí xả từ động Bộ tăng áp gắn cố định hợp lý vào phía họng xả động cơ, động hoạt động, lượng từ khí xả làm quay Tuabin nó, Tuabin vận hành máy nén (lắp lọc gió họng nạp khơng khí) thơng qua trục, nạp khí cho động Khí xả từ động thổi vào cánh Tuabin làm quay Tuabin, lượng khí xả qua Tuabin nhiều Tuabin quay nhanh Để tận dụng nguồn lượng từ khí thải nhằm tăng cơng suất hiệu suất động cơ, TBMN tang áp khí nạp sử dụng động kỳ sau sử dụng cho động kỳ; đặc biệt loại động kỳ công suất lớn Mức Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 độ tăng hiệu suất động tăng áp tuabin khí xả phụ thuộc nhiều vào chế độ tải động Đối với động lai chân vịt tàu thủy, tải động cao đồng nghĩa với vòng quay động tăng điều kiện thuận lợi cho Tuabin tăng áp khí xả tăng hiệu làm việc 1.1.2 Sự cần thiết tổ hợp TBMN tăng áp động Diesel Tuabin máy nén tăng áp thiết bị dùng để nén khơng khí lên áp suất cao áp suất khí nạp vào Xylanh, với với mục đích tăng lượng khơng khí đảm bảo đốt cháy nhiên liệu, để tăng công suất động Công suất động thường xác định lượng hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu đốt cháy khoảng thời gian định lượng hỗn hợp tăng cơng suất động lớn Điều đồng nghĩa với việc để tăng cơng suất động phải tăng dung tích động (thể tích buồng đốt) tăng tốc độ (vòng quay) động Tuy nhiên tăng dung tích động thể tích tổng thể, trọng lượng động tăng lên, yếu tố tổn thất ma sát, rung động, tiếng ồn tăng lên yếu tố lại làm hạn chế khả tăng tốc độ động Tổ hợp Tuabin tăng áp đáp ứng hai yêu cầu khắc phục mâu thuẫn này: công suất động tăng lên hẳn so với động có thơng số kết cấu, cách cung cấp lượng hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu lớn mà khơng thay đổi kích thước động Sử dụng TBMN tăng áp cho phép cải thiện số tiêu sau: [1] - Giảm thể tích tồn động ứng với đơn vị công suất; - Giảm trọng lượng riêng tồn động ứng với đơn vị cơng suất; - Giảm giá thành sản xuất ứng với đơn vị công suất; - Hiệu suất động tăng suất tiêu hao nhiên liệu giảm; - Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại; - Giảm độ ồn động Chính phương pháp sử dụng rộng rãi bước nghiên cứu, cải thiện để hoàn chỉnh nâng cao công suất động Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 1.1.3 Một số loại Tuabin tăng áp khí xả thơng dụng 1.1.3.1 Hệ thống Tuabin hãng ABB Hãng tuabin ABB có trụ sở Thụy sĩ, tập đồn có bước tiên phong đời phát triển tuabin tăng áp, tiến hành Alfred Buchi áp dụng ngành máy tàu thủy Tuabin tăng áp Bắt đầu đời áp dụng từ năm 1905 trước Thế chiến I phát triển mạnh mẽ Năm 1925 lắp đặt tuabin động kỳ hãng MAN B&W đến năm 1944 ABB cho đời Seri VTR…O từ sẵn sàng cung cấp lắp đặt Tuabin tăng áp cho động Diesel có dải cơng suất từ 370 kW đến 12700 kW Tuabin tăng áp loại VTR sử dụng động Diesel kỳ kỳ tăng lên nhanh từ năm 1950 Năm 1952 động kỳ lắp đặt tuabin tăng áp seri VTR…0 Bên cạnh việc cải thiện đặc tính Tuabin tăng áp, nghiên cứu phát triển hãng tăng cường khả tạo điều kiện phục vụ cho việc sử dụng nhiều loại nhiên liệu có mác thấp động làm việc chế độ tải nặng nề đảm bảo đủ tin cậy bảo dưỡng cực Hiện ABB có seri Tuabin tăng áp sau:[2] - Seri VTR: Được thiết kế lắp đặt cho động tạo nên công suất khoảng 700 kW đến 18500 kW ứng với Tuabin tăng áp - Seri VTC: Thiết kế lắp đặt cho động cung cấp công suất từ 100 kW đến 3200 kW Tuabin - Seri RR: Thiết kế lắp đặt cho động cao trung tốc có cơng suất nằm khoảng từ 500 kW đến 1800 kW ứng với Tuabin - Seri TPS: Thế hệ thuộc dòng Tuabin tăng áp nhỏ - Seri TPL: Thế hệ thuộc dòng Tuabin tăng áp lớn - Tuabin động lực NTC: Sử dụng lượng khí xả lớn trích từ đường góp để tăng hiệu suất động Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 a) Tuabin tăng áp seri VTR…4 Đây loại Tuabin lắp đặt dạng Tuabin hướng trục máy nén hướng kính Kết hợp với chiều cao cánh Tuabin khác nhau, số lớn cánh hướng khác biệt bề rộng máy nén khác thay đổi tương ứng rãnh khuếch tán tạo điều kiện phù hợp tối ưu động đặc tính hoạt động Tuabin tăng áp.[2] Seri tăng áp VTR có loại khơng có nước làm mát có nước làm mát VTR chủ yếu lắp đặt cho động chậm tốc cơng suất lớn Hình 1.1: Tổ hợpTuabin tăng áp Seri VTR hãng ABB, loại có làm mát không làm mát Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 b) Tuabin tăng áp seri TPS Công nghệ chế tạo động Diesel cao tốc trung tốc đại yêu cầu Tuabin tăng áp lắp đặt phải có cấu trúc tổ hợp hơn, với tỉ số tăng áp tăng cao hiệu suất chung lớn, gọn nhẹ Hệ thống Tuabin tăng áp hãng ABB chế tạo cho thị trường vào năm 1990 loại seri TPS Đây seri thiết kế lắp ráp cho động kỳ có công suất từ 500kW đến 3200 kW ứng với Tuabin Để đảm bảo khoảng tỉ số áp suất toàn yêu cầu thay đổi rộng động vậy, Tubin tăng áp TPS D/S xuất với tầng máy nén hoàn toàn khác nhau, tầng thiết kế cho tỉ số áp suất tới 4.2 (TPS D) loại dành cho tỉ số áp suất tới 4.7 (TPS E) Nhờ thiết kế đơn tối ưu khí kết hợp với bánh cánh máy nén không khoan lỗ, tỉ số áp suất tăng lên đạt 4.5 cho khoảng áp dụng rộng, vật liệu để chế tạo bánh cánh máy nén hợp kim nhôm Cả hai loại máy nén có đặc tính chế tạo bánh cánh hợp kim nhơm liền khối đơn có cánh phụ cánh hướng cong ngược lại phía sau để tạo hiệu suất cao đặc tính máy nén rộng Hiệu suất cực đại đạt cao 84%.[2] Hình 1.2: Tổ hợpTuabin tăng áp Seri TPS hãng ABB dành cho động tốc độ cao tốc độ trung bình Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 Tuabin seri TPS thiết kế đơn giản, tinh giảm chi tiết vụn vặt, thuận lợi cho việc lắp đặt lên động cách nhanh chóng trình bảo quản dễ dàng c) Tuabin tăng áp seri TPL Một hệ Tuabin tăng áp hoàn toàn hệ thống tuabin ABB seri TPL, đời năm 1996 để đảm bảo yêu cầu động trung thấp tốc công suất lớn nhất, nhà thiết kế đặt mục tiêu phát triển sau:[2] - Tỉ số áp suất máy nén cao để tăng công suất động cơ; - Hiệu suất tuabin tăng áp cao để giảm tiêu thụ nhiên liệu giảm nhiệt độ khí xả xuống thấp hơn; - Độ tin cậy, tuổi thọ cao giai đoạn lần tháo, bảo dưỡng kéo dài hơn; - Bảo dưỡng dễ dàng chí máy hoạt động điều kiện khắc nghiệt (như động sử dụng nhiên liệu nặng, chất lượng thấp) Thiết kế không làm mát cho phép giảm số lượng thành phần so với seri VTR, tham gia vào việc giãn thời gian lần tháo bảo dưỡng tồn Hình 1.3: Tổ hợpTuabin tăng áp Seri TPL65 hãng ABB dành cho động tốc độ thấp tốc độ trung bình Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van of 95 Seri TPL hãng ABB có tính chất linh hoạt đáp ứng yêu cầu động kỳ kỳ Động kỳ với công suất từ 5000 kW tới 25000kW tuabin sử dụng phương án TPL – B giới thiệu vào năm 1999 model ban đầu TPL – A đáp ứng yêu cầu cho động kỳ cung cấp công suất từ 1250 kW đến 18000 kW Tuabin 1.1.3.2 Tuabin tăng áp Napier Napier tuabin tăng áp có gốc Anh, thành phần nhóm Siemens, Các seri seri tuabin tăng áp Napier lắp đặt động Diesel kỳ kỳ cao tới 11000 kW tuabin Tuabin tăng áp seri phù hợp với động lắp tuabin tăng áp công suất từ 1500 kW tới 6500 kW Các model 297 357 phát triển tiếp từ hệ trước Cơng ty đạt tỉ số tăng áp lên đến 5.0, hiệu suất chung vượt 70% Seri bắt đầu phát triển yêu cầu cung cấp tuabin tăng áp cho động có cơng suất tới 11000 kW Seri tuabin hướng trục dẫn đầu qua model NA298 NA358 với hiệu suất vượt 70% tỉ số tăng áp đạt 5.5 giúp giảm thấp suất tiêu hao nhiên liệu tải trọng nhiệt Các chi tiết tuabin loại thiết kế tăng độ bền khơng cần phải làm mát nên giảm trọng lượng tồn Hình 1.4: Mặt cắt ngang Tuabin tăng áp Napier cho động trung tốc Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95 Đối với động cơng suất nhỏ sử dụng Tuabin tăng áp hướng kính, làm mát khí như: Napier 047, 057 067 phù hợp với động công suất từ 500 kW đến 1700 kW đạt tỉ số nén áp suất cao 5.1 Tuabin tăng áp hướng trục kết hợp máy nén ly tâm model Napier 457, 557 lắp đặt động có cơng suất từ 4000 kW đến 10000 kW 1.1.3.3 Tuabin tăng áp MAN B&W Hãng động MAN B&W Cộng hòa liên bang Đức cung cấp số lượng lớn tuabin tăng áp sử dụng cho loại động kỳ kỳ, bao gồm seri hệ cũ NR/R, NR/S, NA/S/T9 seri hệ TCR TCA Ngoài MAN B&W phát triển thêm seri tuabin động lực PT/PTG sử dụng cho hệ thống liên hợp động lực a) Tuabin tăng áp loại NR/S Seri tuabin tăng áp hướng kính NR/S thiết kế cho phép điều khiển an tồn tỉ số áp suất khí tăng áp tới 4.5, mở rộng khoảng áp dụng, khả sử dụng nhiên liệu nặng không hạn chế yêu cầu bảo dưỡng giảm xuống Sáu model NR12/S, NR14/S, NR17/S, NR24/S, NR29/S, 2NR34/S tuabin tăng áp hướng trục nhỏ sử dụng rộng rãi Loại tuabin áp dụng cho động có công suất khoảng 400 kW đến 4400 kW ứng với tuabin.[2] Hình 1.5: Mặt cắt ngang Tuabin tăng áp hướng kính MAN B&W NR/S 10 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 83 of 95 Kết hợp phương trình trên, với phương trình phương trình liên tục phương trình động lượng, ta hệ phương trình khép kín đủ để giải trường phân bố vận tốc Mơ hình k-ε mơ hình đơn giản áp dụng với hầu hết tốn thơng thường với độ xác tốt Tuy nhiên, trường hợp đặc biệt, tính chất dịng bị thay đổi mạnh xuất sóng va việc áp dụng mơ hình cho kết khơng tốt 3.3 Tính tốn mơ phần mềm Fluent-Ansys Sự lựa chọn 3.3.1 Một số giao diện triển khai tính tốn Hình 3.4: Cửa sổ lựa chọn phương pháp tính tốn Sự lựa chọn kỹ thuật tính tốn mơ phỏng, giá trị hệ số thể rõ hình 3.4 Ta ý kích hoạt phương trình lượng dịng khí để thực tính tốn mơ theo u cầu 83 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 84 of 95 Hình 3.5: Cửa sổ kích hoạt phương trình lượng Các điều kiện biên thể qua số cửa sổ sau: Đầu vào: Được lựa chọn giá trị trường vận tốc, giá trị Nạp giá trị vận tốc đầu vào tính tốn trước, dựa theo số liệu động lựa chọn Cụ thể mơ tả theo hình 3.6 Hình 3.6: Cửa sổ nạp giá trị vận tốc đầu vào 84 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 85 of 95 Nạp giá trị áp suất đầu Đầu ra: giá trị áp suất, thể hình 3.7 Hình 3.7: Cửa sổ nạp giá trị áp suất đầu Số vòng quay tốc độ: Số vòng quay tua bin, tốc độ nạp vào qua cửa sổ theo hình 3.8, cần ý tới chiều quay, đơn vị đo, hệ tọa độ sử Nạp tốc độ vòng quay tuabin dụng để vẽ mơ hình, đưa giá trị số vịng quay tốc độ Hình 3.8: Cửa sổ nạp giá trị số vòng quay tua bin 85 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 86 of 95 Hình 3.9: Cửa sổ mơ tả đặc tính trục, cánh tua bin Hình 3.9 cho biết cánh trục tuan bin tường quay quanh trục y, phần cánh hướng tường tĩnh Điều kiện hội tụ cho biến tính tốn: Được đặt 10-5 ghi lại diễn biến sai số suốt q trình tính tốn, theo hình 3.10 Hình 3.10: Đặt điều kiện hội tụ cho biến tính tốn 86 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 87 of 95 Số vòng lặp: Fluent giải vịng lặp tốn hội tụ, sai số tất biến đạt 10-5, thơng thường cho số vịng lặp đủ lớn, theo hình Nạp số vịng lặp cần thiết 3.11 Hình 3.11: Đặt số vịng lặp cho giai đoạn tính tốn Các hình vẽ từ 3.4 đến 3.11 thể số giao diện phần mềm ANSYS - Fluent để người sử dụng mô tả đặc tính mơ hình nghiên cứu nạp giá trị đầu vào cho trường hợp tính tốn 3.3.2 Phân tích kết Mơ hình nghiên cứu xây dựng lại với kích thước thật phần mềm Solid Work chia lưới phần mềm Workbench (khoảng 1,8 triệu lưới) Hình 3.12: Mơ hình toán 3D 87 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 88 of 95 Hình ảnh lưới chia cánh tua bin: Hình 3.13: Mơ hình lưới 3D Với mục tiêu xây dựng qui trình nghiên cứu tốn động lực học dịng khí xả qua tuabin tăng áp nhằm đánh giá hiệu chuyển đổi lượng dịng khí xả thành cơng suất trục tuabin Áp dụng tính tốn, mơ đánh giá hiệu chuyển đổi lượng dịng khí xả qua tuabin VTR160PN lắp động SULZER 3AL25/30 có thơng số đầu vào khí xả cho theo Bảng 2.3, ta có trường phân bố áp suất, vận tốc dịng khí nhiệt độ điểm khơng gian tính tốn, từ ta xác định mô men công suất trục tuabin ứng với trường hợp theo giá trị % cơng suất Kết tính tốn, mơ thể cụ thể số hình ảnh mô sau: 88 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 89 of 95 Hình 3.14: Phân bố áp suất tuabin Ta thấy dần phía cánh hướng dịng, tiết diện thu hẹp lại (ống phun ống tăng tốc nhỏ dần) tốc độ dịng khí tăng nhanh áp suất giảm (màu đỏ phía đầu vào ống phun màu xanh phía ống phun) Nhiệt độ ấn định theo số liệu đầu vào, cần phải tính tốn sơ có số liệu thực nghiệm tương ứng với điểm làm việc tua bin tăng áp Dưới phân bố nhiệt độ tua bin dịng khí xả: 89 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 90 of 95 Hình 3.15: Phân bố nhiệt độ tua bin Trường phân bố vận tốc dịng khí xả qua tua bin cho phép ta đánh giá tổn thất lượng: Hình 3.16: Phân bố vận tốc tua bin Khi vận tốc dịng khí xả qua cánh hướng tăng làm tăng hiệu chuyển đổi lượng đồng thời làm tăng tổn thất lượng (tổn thất tỷ lệ 90 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 91 of 95 thuận với bình phương tốc độ dịng), cần tính tốn góc đặt cánh hướng cho phù hợp Sau tính tốn cho trường hợp động hoạt động ứng với 100% công suất, tiến hành tính tốn cho 85%, 75% 65% cơng suất động cơ, ta có giá trị kết mơ men quay trục cơng suất tuabin khí xả bảng sau (ứng với trường hợp thiết kế góc α1 = 250 αy = 390): Bảng 3.1: Kết mô thay đổi công suất động Thông số n Mq Nt (vg/ph) (N.m) (kW) 100% 20000 30 63 85% 16500 27 47 75% 11000 24 28 65% 9600 20 20 % Ne 3.3.3 Tính tốn mơ thay đổi góc đặt αy Tiến hành thay đổi giảm góc α1 giá trị: α1 = 240; 230; 220 210 Như theo sơ đồ khối Hình 3.3 lần thay đổi góc đặt cánh hướng ta phải tiến hành vẽ lại mô hình chia lại lưới phân tử (do việc phải vẽ lại mơ hình chia lại lưới nhiều thời gian nên tác giả đưa góc thay đổi có giá trị nguyên, khoảng cách thay đổi tương đối rộng) Trong giới hạn luận văn ta tính tốn, mơ cho trường hợp công suất động đạt 65% công suất định mức Ta có bảng kết sau: 91 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 92 of 95 Bảng 3.2: Kết mô thay đổi góc α1 Thơng số n Mq Nt (vg/ph) (N.m) (kW) 250 9600 20 20 240 10500 22 24 230 11500 25 30 220 11700 25,5 31 210 11000 24 28 Góc α1 Từ kết ta thấy: Mô men trục công suất tăng dần giảm góc α1 từ 250 xuống 220 sau mơ men có xu hướng giảm tiếp tục giảm góc α1 xuống 210 Như góc α1 tối ưu nằm khoảng từ 210 đến 220 3.4 Đánh giá sai số kết Qua trình phân tích, tính tốn phương pháp giải tích q trình tính tốn mơ phương pháp số ứng dụng CFD cho ta thơng số kết tính tốn khơng trùng Sai số xẩy số nguyên nhân sau: - Sai số từ việc mơ tả, diễn giải, mơ hình hóa tốn; - Sai số ảnh hưởng kích thước lưới; - Sai số mơ hình giải tốn (k-ε moving frame) CFD; - Sai số tính tốn sơ thơng số đầu vào từ giả thiết giải tích Kết việc tính tốn cho phép chấp nhận sai số địi hỏi nghiên cứu phải có q trình thực nghiệm để hiệu chỉnh kết toán Tuy nhiên từ kết cho phép tìm kiếm trường hợp tối ưu trường hợp giả định góc đặt cánh hướng khác Từ thấy rằng: quy trình đưa để tính tốn, xác định góc đặt cánh hướng tối ưu, thực mục đích đặt tốn cải thiện chế độ cơng tác tổ hợp tuabin tăng áp khí xả cách thay đổi góc đặt cánh hướng hồn tồn đắn 92 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 93 of 95 Kết luận Đưa quy trình ứng dụng CFD để nghiên cứu động lực học dịng khí xả qua tuabin nghiên cứu tốn động học dịng chảy Qua nhằm nghiên cứu ảnh hưởng thông số vận hành, thơng số hình học tới hiệu suất chuyển đổi lượng tuabin Đã tính tốn cụ thể cho động SULZER 3AL25/30 lắp tuabin tăng áp VTR160PN trường hợp công suất định mức 100% 65% với giả định góc α1 =250, 240, 230, 220, 210.Từ đưa nhận xét góc đặt cánh hướng tối ưu nhằm cải thiện hiệu hoạt động cụm tuabin khí xả 93 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 94 of 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ sở lý thuyết tính tốn luận văn ta đến kết luận sau: - Vấn đề sử dụng tổ hợp tuabin – máy nén tăng áp khí nạp cho động Diesel với mục đích tăng công suất động vấn đề quan tâm giới - Cải thiện chế độ công tác, nâng cao hiệu suất chuyển đổi lượng cụm tuabin khí xả động Diesel phương pháp thay đổi biên dạng ống phun mở hướng việc cải tiến, nâng cao hiệu hoạt động tổ hợp TBMN tăng áp phù hợp với chế độ công tác động Diesel qua sử dụng với mục đích tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường vấn đề cấp thiết cần nghiên cứu ứng dụng rộng rãi - Luận văn ngiên cứu giải tích tốn động học tuabin khí xả đưa cơng thức thể mối liên hệ hiệu suất tuabin góc đặt cánh hướng tuabin xung lực (2.55) tuabin phản lực (2.59) - Đưa quy trình ứng dụng CFD để nghiên cứu động lực học dịng khí xả qua tuabin thể theo sơ đồ khối hình 3.3 - Đã tính tốn cụ thể cho tuabin tăng áp VTR160PN lắp động SULZER 3AL 25/30 để minh chứng cho phần lý luận giải tích đưa - Với phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mơ hình tính tốn, mơ luận văn đưa chương trình tính tốn, xác định biên dạng ống phun phù hợp tuabin khí xả mang lại hiệu suất làm việc tối ưu cho tổ hợp TBMN tăng áp cho động Diesel, từ phát huy tối đa cơng suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu ô nhiễm môi trường - Do hạn chế thời gian nên nội dung luận văn chưa đề cập nhiều đến vấn đề tổn thất lượng tuabin khí xả vấn đề phối hợp hoạt động tuabin khí xả - máy nén tăng áp khí nạp cho động 94 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 95 of 95 Kiến nghị Qua trình tìm hiểu, nghiên cứu thực luận văn, xin đề xuất số kiến nghị cụ thể sau: - Nghiên cứu tiến hành thực nghiệm tổ hợp tuabin máy nén tăng áp có khả thay đổi biên dạng ống phun để ứng dụng trước hết cho đội tàu khai thác ngành hàng hải, vận tải biển Việt Nam - Nghiên cứu ảnh hưởng biên dạng cánh hướng đến hiệu hoạt động cụm tuabin máy nén tăng áp phương pháp số 95 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 96 of 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt PGS.TS Nguyễn Hồng Phúc (2015) Giáo trình Bài giảng tăng áp động Diesel tàu thủy Đại học hàng hải Việt Nam Nguyễn Văn Sơn Tài liệu tuabin tăng áp động Diesel http://www.biosys.com.vn GS.TS Nguyễn Tất Tiến (2000) Lý thuyết động đốt Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Trung Kiên (2016) Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ tăng áp đến phụ tải nhiệt động Diesel Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội GS.TS Lê Viết Lượng (2000) Lý thuyết động Diesel Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Hồng Đức Tuấn (2007) Giáo trình tuabin Đại học Hàng hải Việt Nam PGS.TS Bùi Hải, PGS.TS Trần Thế Sơn (2008) Nhiệt kỹ thuật Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng anh www.UCSHIP.com Kazimierz Witkowski (2013) Research on influence of condition elements the supercharger system on the parameters of the marine diesel engine Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol 20 10 Jan Rosáanowski, Adam Charchalis (2013) Diagnostic symptoms of piston combustion enghines of ship main propulsion received fromits developed indicator diagrams Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol 20 11 www.ANSYS.com 96 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 97 of 95 Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - ... đề tài áp dụng để hoán cải hệ thống tăng áp, giúp cải thiện chế độ công tác động cơ, đặc biệt chế độ thay đổi tải với động cũ Cải thiện chế độ công tác tổ hợp tuabin tăng áp góp phần tăng công. .. vi nghiên cứu đề tài cải thiện chất lượng hệ thống tăng áp, khắc phục nhược điểm vốn có tổ hợp tuabin tăng áp khí xả xác định khả cải thiện thông số công tác tổ hợp cách thay đổi biên dạng ống. .. xuống Sự phối hợp hoạt động động tổ hợp tuabin máy nén tăng áp giảm xuống, thông số đầu vào dịng khí xả trước vào tuabin thay đổi cụ thể là, lượng khí xả giảm xuống, nhiệt độ khí xả tăng cao, áp