Một ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và công suất riêng của tuabin khí là nhiệt độ sản phẩm cháy trước tuabin. Mức độ ảnh hưởng của nó hiển nhiên bị giới hạn do các tính chất bền của vật liệu giảm, khi nhiệt độ tăng. Để có thể dùng được nhiệt độ cao nhất của sản phẩm cháy ở các khả năng giới hạn của vật liệu thì cần làm mát các bộ phận bên ngoài của tuabin khí. Làm mát được thực hiện bằng các môi chất sau: không khí nén , hơi nước hoặc nước.
Về lý thuyết có thể dùng không khí hay chất lỏng phù hợp để làm mát. Chất lỏng như nước chẳng hạn có cp cao nên làm mát nhanh và hiệu quả nhưng ít được áp dụng do gặp những trở ngại lớn như: hệ thống phức tạp, vấn đề làm kín, bám cáu cặn, ứng suất nhiệt. Thực tế thường làm mát thiết bị tuabin khí tàu thủy bằng không khí sau máy nén hoặc trích từ vị trí có áp suất phù hợp của máy nén.
Hình 2.30. Sơ đồ hệ thống bôi trơn của thiết bị tuabin khí
Không khí được dẫn tới các khe ở chân cánh và các bộ phận chịu nhiệt độ cao của rôtor và stator. Không khí làm mát sau đó được nhập vào dòng chính, bằng cách này ta tận dụng được một phần năng lượng của nó để sinh công.
Những yêu cầu của hệ thống làm mát thiết bị tuabin khí tàu thủy là:
1. Giữ cho nhiệt độ kim loại luôn ở giá trị vật liệu cho phép khi thiết kế và lúc vận hành.
2. Do kể đến ảnh hưởng của lượng không khí được trích ra để làm mát nên yêu cầu làm mát không vượt quá quy định.
3. Để hạn chế sức căng kim loại do biến dạng nhiệt cần phải làm đồng đều trường nhiệt độ của kim loại ở những nơi không thể dãn nở được.
4. Hệ thống làm mát cần đơn giản, bền vững về hình dạng ở tất cả trạng thái vận hành, không cho phép biến dạng trong thời gian vận hành và phải tin cậy khi vận hành.
Hình 2.31. Sơ đồ hệ thống làm mát của thiết bị tubin khí
5. Cần phải đảm bảo được quá trình công nghệ cho phép.
2.11.4. Hệ thống điều chỉnh.
2.9.4.1. Nhiệm vụ của hệ thống điều chỉnh
Trong quá trình vận hành thiết bị tuabin khí tàu thủy, nhiều khi thiết bị tuabin khí phải làm việc ở những chế độ thay đổi khác với định mức. Vì vậy cần đảm bảo các chỉ tiêu vận hành của nó ở mọi chế độ này được tóm tắt là:
1) Hiệu quả kinh tế của thiết bị tuabin khí tàu thủy phải cao.
2) Nhiệt độ của các chất khí trước tuabin khí không được vượt quá giới hạn cho phép theo các điều kiện về chế độ tin cậy và tuổi thọ của bộ phận cánh quạt.
3) Quá trình cháy trong buồng đốt không làm tắt ngọn lửa.
4) Chế độ dòng của máy nén ổn định liên tục, không bị đứt dòng chảy.
2.9.4.2. Nguyên lý của hệ thống điều chỉnh:
Trong mọi trường hợp sự biến đổi của công suất hữu ích trong thiết bị tuabin khí tàu thủy đều bằng cách biến đổi lưu lượng nhiên liệu đốt. Để có thể thực hiện được quá trình này, trước khi vào buồng đốt, nhiên liệu đi qua cơ quan điều chỉnh cấp nhiên liệu. Cơ quan này sẽ do bộ điều chỉnh tốc độ điều khiển. Tuỳ thuộc vào vấn đề của quá trình điều chỉnh sẽ được tiến hành như thế nào mà người ta phân chia những phương pháp điều chỉnh chất lượng và điều chỉnh khối lượng.
2.9.4.3. Điều chỉnh chất lượng.
Được thực hiện bằng biến đổi nhiệt độ của chất khí trước tuabin khí lưu lượng không khí cung cấp ít thay đổi. Trong trường hợp phụ tải giảm, bộ điều chỉnh tốc độ sẽ giảm lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt. Do vậy hệ số thừa không khí tăng lên còn nhiệt độ chất khí giảm xuống, kết quả làm giảm nhiệt giáng( HT) cần thiết trong tuabin. Ở phương pháp điều chỉnh chất lượng, lưu lượng không khí nén qua máy nén và chất khí qua tuabin biến đổi không nhiều, do đó hiệu suất của thiết bị tuabin khí sẽ giảm một phần ứng với độ lệch của chế độ đang làm việc so với tính toán. Điều chỉnh chất lượng là phương pháp đơn giản nhất, đảm bảo chế độ vận hành bất kỳ của thiết bị tuabin khí tàu thủy. Người ta sử dụng phương pháp này trong thiết bị
tuabin khí một trục đơn giản. Nhược điểm của phương pháp này là hiệu quả kinh tế của thiết bị tuabin khí tàu thủy bị giảm ở những chế độ non tải và đặc biệt giảm nhiều khi nhiệt độ T4 trước tuabin gỉam mạnh.
2.9.4.4. Điều chỉnh lượng( hay điều chỉnh khối lượng).
Như đã mô tả ở phần phân tích và tính toán nhiệt của thiết bị tuabin khí. Công suất của nó có thể biến đổi nhờ sự biến đổi lưu lượng (G) của môi chất công tác. Phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh khối lượng.
Trong thiết bị tuabin khí tàu thủy với chu trình hở điều chỉnh khối lượng được tiến hành từng bộ phận của thiết bị tuabin. Với bộ phận tuabin loại máy nén khí thì tần suất quay của nó phụ thuộc vào chế độ làm việc đã cho và được điều chỉnh sự thay đổi lưu lượng của môi chất tại cửa vào. Còn bộ phận tuabin khí thứ hai lai chân vịt, được điều chỉnh bằng biến đổi lưu lượng chất khí ở nhiệt độ trước tuabin hầu như không đổi. Điều này đảm bảo giữ hiệu suất của thiết bị tuabin khí cao hơn ở các chế độ non tải so với điều chỉnh chất. Như vậy điều chỉnh khối lượng thực hiện trong các thiết bị tuabin khí nhiều trục. Ở điều chỉnh chất do có biến đổi của nhiệt độ của chất khí trước tuabin trong mức nào đó theo thời gian làm tăng hiệu suất nhiệt trong cánh. Khi lặp lại nhiều lần sự thay đổi này( tức là dao động về nhiệt độ) những ứng suất này thường dẫn đến nguyên nhân xuất hiện các vết nứt, rạn do sự mỏi vật liệu trong cánh. Từ đó nhận xét rằng, điều chỉnh khối lượng không chỉ kinh tế hơn mà còn đảm bảo chế độ tin cậy lớn và tuổi thọ của thiết bị tuabin khí làm việc trong những chế độ thay đổi. Nói chung trong thực tế chỉ ra rằng trong các chu trình hở thường không sử dụng, riêng biệt điều chỉnh về luợng mà luôn dùng phối hợp cả hai.
Quá trình điều chỉnh về lượng được thông qua cơ cấu tự động điều khiển. Cơ cấu này sẽ tự động thay đổi lưu lưọng môi chất vào tuabin khi có sự thay đổi tốc độ quay của thiết bị tuabin (hay thay đổi tải).
Hình 2.32. Sơ đồ điều tốc dùng quả văng.
1- Trục quả văng. 2- Con trượt. 3- Quả văng. 4- Đòn. 5- Xupap.
Trục (1) của bộ điều tốc quả văng được nối với trục của tuabin. Khi phụ tải N tăng thì số vòng quay n giảm. Lực ly tâm tác dụng lên quả văng (3) làm cho con trượt (2) thay đổi vị trí. Con trượt này gắn với đòn 4 có điểm tựa ở giữa điểm O. Khi con trượt (2) thay đổi nó kéo theo đòn thay đổi vị trí và làm cho supap (5) mở to, cung cấp nhiều môi chất vào tuabin. Khi phụ tải giảm thì ngược lại. Loại này đơn giản nhưng ma sát lớn. Nên chỉ sử dụng cho các tuabin có công suất nhỏ không quá 50-60 KW.
Đối với các tuabin có công suất trung két và lớn người ta dùng bộ điều tốc gián tiếp như trong hình vẽ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.33. Sơ đồ bộ điều tốc gián tiếp.
1- Tay văng. 2- Con trượt. 3- Khớp. 4- Đòn. 5- Con trượt. 6- Trục vít.
7- Ngăn kéo dịch áp. 8,9- Piston; 10- Xupap. 11- Bánh răng. 12- Răng trượt.
Bộ điều tốc này cũng dùng cơ cấu quả văng nhưng có thêm các bộ phận phụ trợ khác.
- Động cơ bước (9). - Ngăn kéo dịch áp (7).
Đường dầu có áp suất 4 ÷ 8 bar được bơm dầu chính đưa vào cửa A. Bộ điều tốc quả văng 1 bây giờ chỉ có tác dụng làm xê dịch (lên hoặc xuống), ngăn kéo dịch áp (7) để đưa dầu lên phía trên piston (9) của động cơ môtơ bước C. Lực đóng, mở van hơi 10 ở đây là do áp lực dầu tác dụng lên piston (9).
NT=N1 với n=ndm thì bộ điều tốc ở vị trí 3-4-5 ngăn kéo dịch áp 7 đóng các cửa đầu b1 và b2.
N1 giảm đến N2 thì n1 tăng đến n2 đòn sẽ ở vị trí: 3’-4’-5’ ngăn kéo dịch áp (7) lại về vị trí trung két của mình. Lúc này NT giảm, nhưng n2>ndm.
Nếu N1 tăng thì N1 giảm và quá trình này xảy ra ngược lại.
Giữa số vòng quay n. Vị trí con trượt và công suất của tuabin có sự liên hệ theo qui luật nhất định theo đường đặc tính của bộ điều chỉnh.
Chương 3:
MÔ PHỎNG ĐẶC ĐIỂM
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ
3.1. Khái niệm mô phỏng.
Mô phỏng là quá trình “bắt chước” một hiện tượng có thực với một tập các công thức toán học. Các chương trình máy tính có thể mô phỏng các điều kiện thời tiết, các phản ứng hoá học, thậm chí các quá trình sinh học, môi trường Windows cũng có thể mô phỏng được. Gần với mô phỏng là hoạt hình, một hoạt hình là mô phỏng sự chuyển động bằnh cách thể hiện một tập các ảnh, hoạt các frame. Với các hoạt hình chỉ là ghi lại các sự kiện một cách thụ động, tức là chúng ta chỉ xem được những hành động diễn ra mà không tương tác với các hành động đó. Với công cụ mô phỏng ta có thể tương tác với các hành động đó.
3.2. Mục tiêu và phương pháp thiết kế mô phỏng.
3.2.1. Mục tiêu.
Mục tiêu của đề tài là: “Phân tích cơ sở lý thuyết và mô phỏng đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc của thiết bị năng lượng tuabin khí tàu thủy”. Trong đó có ứng dụng những thành tựu của công nghệ tin học hỗ trợ, nhằm nâng cao chất lượng đào tạo trong điều kiện cơ sở vật chất còn hạn chế.
Đối với bản thân khi thực hiện đề tài này với mong muốn nâng cao kiến thức về chuyên ngành, đồ họa vi tính, biết ứng dung chuyên môn với tin học.
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu.
3.2.3. Lựa chọn phần mềm mô phỏng.
3.2.3.1. Chọn phần mềm vẽ hình.
Hiện nay có rất nhiều phần mềm để vẽ rất tốt cho các nghành kỹ thuật đặc biệt là ngành cơ khí như Autocad, Solidworks…Qua một thời gian tiếp xúc với một số chương trình này tôi chọn Autocad để vẽ vì:
- Đây là phần mềm phổ biến và được giảng dạy cho các nghành kỹ thuật.
- Vẽ tương đối nhanh và vẽ được nhiều chi tiết phức tạp.
- Hình ảnh rõ nét và rất đẹp.
Mục tiêu nghiên cứu
Yêu cầu Tìm hiểu cơ sở lý thuyết
Lựa chọn các hệ thống điển hình Chọn phần mềm mô phỏng Tạo dự liệu Kiểm tra Thiết kế mô phỏng Hoàn thành
- Phần mềm này dễ sử dụng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.3.2. Chọn phần mềm mô phỏng chuyển động.
Phần mềm làm chuyển động: Gis Animation, Corel, Paínthop Program…Sau một thời gian học tập và tìm hiểu tôi đã chọn làm chuyển động trên Macroflash để mô phỏng nguyên lý làm việc và mô phỏng cấu tạo 3D một số chi tiết trên phần mềm Guled GIF Animator vì đây là các phần mềm:
* Phần mềm Macroflash:
- Đây là một phần mềm dễ sử dụng.
- Làm được những chuyển động phức tạp.
- Có thể điều khiển chuyển động của từng đối tượng riêng biệt.
- Hình ảnh rõ nét.
- Có thể xuất thành các tập tin dạng *.swf khá nhẹ nên rất phù hợp việc dùng trên internet.
- Có thể mở trên tất cả các máy tính khi chúng ta chuyển qua file .exe mà không cần cài đặt Macroflash.
* Phần mềm Guled GIF Animator:
- Dễ dàng sử dụng.
- Hình ảnh rõ nét.
- Màu sắc đẹp.
- Mô phỏng rõ ràng.
- Có thể xuất thành nhiều dạng file khác nhau như: AVI file, video file, UAG file, GIF file….
- Nội dung chứa đựng phải chính xác, phong phú và khoa học.
- Có khả năng cập nhập dễ dàng nhằm thích ứng kịp thời sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật.
- Dễ thao tác, sử dụng, không đòi hỏi người dùng phải am hiểu nhiều về tin học, tạo cảm giác thoải mái khi sử dụng.
- Cài đặt đơn giản.
3.2.3.4. Phân tích lựa chọn các thiết bị mô phỏng.
Để trình bày một cách đầy đủ nội dung của đồ án trong một quyển báo cáo với số trang hạn chế, để số trang không quá dầy, nhưng lại không muốn bớt đi những nội dung cần thiết là một công việc rất khó. Vì vậy, lựa chọn thiết bị, các hệ thống điển hình để mô phỏng là nhằm giải quyết được những mâu thuẫn nói trên.
Nội dung mô phỏng bao gồm:
1. Mô phỏng 3D một số kết cấu chính của thiết bị tuabin khí tàu thủy.
Trong thiết bị tuabin khí tàu thủy thì những bộ phận quan trọng và điển hình của thiết bị tuabin khí như: Rôto, stator, cánh… Chính vì thế chúng cần được mô phỏng.
a) Mô phỏng 3D cấu tạo của thiết bị tuabin khí tàu thủy.
b) Mô phỏng 3D cấu tạo của rôto của tuabin.
- Rôto.
- Rôto hình tang trống.
- Rôto hình cây thông.
c) Mô phỏng 3D cấu tạo của cánh tuabin khí. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cánh tuabin.
- Cánh tuabin gắn trên đĩa.
e) Mô Phỏng 3D cấu tạo vòi phun.
2. Mô phỏng nguyên lý làm việc.
a. Nguyên lý làm việc của thiết bị tuabin khí tàu thủy.
Trong thiết bị tuabin khí tàu thủy được sử dụng phổ biến hai loại thiết bị tuabin khí: thiết bị tuabin khí tàu thủy có 2 trục, 1 máy nén (hình 2.10) và thiết bị tuabin khí tàu thủy có 3 trục, 2 máy nén (hình 2.11). Với mục đích của đề tài là giúp cho các học viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động của thiết bị, hơn nữa thời gian thực hiện đề tài có hạn. Tôi chọn mô phỏng thiết bị tuabin khí tàu thủy gồm 2 trục, 1 máy nén.
b. Mô phỏng nguyên lý làm việc của vòi phun trong thiết bị tuabin khí tàu thủy.
Trong thiết bị tuabin khí tàu thủy, người ta thường sử dụng vòi phun kiểu ly tâm. Với kiểu vòi phun này có những ưu điểm: đơn giản, độ tin cậy khi làm việc cao.
c. Mô phỏng quá trình sinh công trên cánh công tác của tuabin khí.
Để cho học viên hiểu rõ hơn về quá trình sinh công của môi chất trên cánh công tác tuabin. Vì đây là một quá trình chủ yếu của loại hình thiết bị này. Chính vì thế, tôi thực hiện mô phỏng cả quá trình này.
d. Mô phỏng quá trình chuyển động của các cánh trong thiết bị tuabin khí tàu.
Để thấy rõ quá trình chuyển động của các cánh: Cánh tuabin và cánh máy nén trong các dạng thiết bị tuabin khí tàu thủy. Tôi thực hiện tách cụm máy nén – buồng đốt – tuabin và mô phỏng chuyển động chúng.
- Chuyển động của các cánh trong thiết bị tuabin khí tàu thủy một máy nén – một tuabin.
- Chuyển động của các cánh trong thiết bị tuabin khí tàu thủy hai máy nén – hai tuabin.
- Chuyển động cánh tuabin.
- Lắp ghép cụm máy nén – buồng đốt – tuabin.
e. Mô phỏng quá trình biến đổi áp suất và nhiệt độ trong thiết bị tuabin khí tàu thủy.
Trong quá trình làm việc của thiết bị tuabin khí tàu thủy, môi chất làm việc luôn có sự biến đổi áp suất và nhiệt độ. Để học viên có thể thấy rõ quá trình biến đổi đó, tôi thực hiện mô phỏng hai quá trình này.
f. Mô phỏng các hệ thống phục vụ cho thiết bị năng lượng tuabin khí tàu thủy.
- Hệ thống nhiên liệu.
Trong thiết bị năng lượng tuabin khí tàu thủy tùy theo yêu cầu của tàu mà có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như: Nhiên liệu khí, nhiên liệu dầu nhẹ, nhiên liệu dầu nặng, nhiên liệu rắn…song phần lớn trên các tàu trang bị thiết bị