CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA KHÂU CẤP NƯỚC VÀO BAO HƠI 2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống cấp nước bao hơi
2.3. Các thông số kỹ thuật và thiết bị của hệ thống cấp nước vào bao hơ
2.3.2 Thống cấp nước cho bao hơi
2.3.2.6. Các loại van trong hệ thống
Van sử dụng trong hệ thống cấp nước cho bao hơi là van cầu khí nén. Van điều khiển cho phép điều chỉnh lưu lượng của một lưu chất qua đường ống dẫn tỉ lệ vơi tín hiệu điều khiển.
Cấu trúc cơ bản của van điều khiển bao gồm thân van được ghép nối với một cơ chế chấp hành cùng với các phụ kiện liên quan. Trên hình 2.5 là hình ảnh mặt cắt của một van cầu khí nén với cơ chế truyền động màng rung lò xo. Phần thân van cùng các phụ kiện được gắn với đường ống. Độ mở van và lưu lượng qua van được xác định bởi hình dạng và vị trí chốt van. Chốt van cầu co đầu hình cầu hoặc hình nón, chuyển động lên xuống.
Cơ cấu chấp hành van có nhiệm vụ cung cấp năng lượng và tạo ra chuyển động cho chốt van thông qua cần van (đối với chuyển động trượt) hoặc trục van (chuyển động xoay). Tín hiệu điều khiển độ mở của van là dòng khí nén với áp suất thay đổi tương ứng lưu lượng ra thay đổi.
Hình 2.5. Van cầu khí nén 2.3.2.6.2. Van bảo vệ
Van bảo vệ gồm hai loại: Van một chiều và van an toàn. Các loại van bảo vệ tự động tác động nên không có tay quay.
Van một chiều: Van chỉ cho môi chất chuyển động theo một chiều nhất định, van sẽ tự động đóng lại khi dòng môi chất chuyển động ngược lại. Van một chiều gồm van lò xo, van tự trọng được biểu diễn trên hình 2.3
Van một chiều lắp trên đường cấp vào lò, phía đầu đẩy của bơm, truớc van chặn nhằm bảo vệ bơm khỏi bị dòng hơi nóng phá hoại khi đóng, cắt bơm.
Giá trị áp suất tác động:
Van an toàn cao áp 1: 22kg/cm2 Van an toàn cao áp 2: 31kg/cm2 Van ở quá nhiệt cấp 3: 142kg/cm2 Van ở bao hơi cấp 1: 156kg/cm2 Van ở bao hơi cấp 2: 159kg/cm2
Van an toàn: Van an toàn có tác động khống chế áp suất làm việc của môi chất không vượt quá trị số cho phép, nhằm bảo vệ cho thiết bị làm việc an toàn và lâu dài.
Van an toàn có 3 loại, van an toàn kiểu lò xo, kiểu đòn bẩy và kiểu xung lượng. Các loại van an toàn được biểu diễn trên hình 2.6 và 2.7
Ở loại van an toàn kiểu lò xo và kiểu đòn bẩy, áp suất tác động của van sẽ được điều chỉnh cân bằng với lực nén của lò xo hoặc sức đè của hệ thống đòn bẩy.
Van an toàn kiểu đòn bẩy có ưu điểm là làm việc ổn định, điều chỉnh đơn giản, nhưng cồng kềnh.
Hình 2.6. Van một chiều a- Van lò xo; b- Van tự trọng
Hình 2.7: Cách đấu van một chiều với van cấp nước
Van xung lượng: Van xung lượng được biểu diễn trên hình . Van xung lượng là một tổ hợp hai van, van chính và van xung lượng tín hiệu. Nguyên lý làm việc:
Bình thường đĩa van được đậy bằng áp lực hơi phía trước van chính lớn hơn lực nén của lò xo nhiều nên rất kín, khi áp suất vượt quá trị số cho phép thì van xung lượng tín hiệu sẽ mở ra đưa một phần hơi tới phía sau van chính để cân bằng với áp lực đẩy phía trước van chính, do đó áp lực trước và sau van chính cân bằng nhau, khi đó đĩa van chịu tác dụng của lực đẩy lò xo nên sẽ mở ra cho hơi thoát ra ngoài. Vì van có tiết diện lỗ thoát hơi lớn nên hơi sẽ thoát ra ngoài rất nhanh.
Vị trí đặt van an toàn: Trong lò hơi, van an toàn được đặt ở vị trí cao nhất khoang hơi của bao hơi, ở các ống góp của bộ quá nhiệt, của bộ hâm nước, ống góp hơi chung.
Trong các thiết bị khác, van an toàn được đặt ở vị trí cao nhất của thiết bị.
Hình 2.8. Van an toàn kiểu lò xo; Hình 2.9. Van an toàn kiểu xung lượng Áp suất tác động của van an toàn được điều chỉnh bằng lực ép của lò xo hoặc sức đè của đòn bẩy theo bảng sau:
Bảng 2.5. Thông số áp suất làm việc của van an toàn
Áp suất mở van an toàn Áp suất làm việc MN/m2
Van kiểm tra Van làm việc Ở bao hơi, khi p<1.28 p +0.02 p +0.03
Khi 1.28<p<3.93 1.03xp 1.05xp
Khi p>3.93 1.05xp 1.08xp
Ở bộ quá nhiệt p<1.28 p+0.02 p+0.02 Ở bộ quá nhiệt p>1.28 1.02xp 1.02xp Ở ống góp vào của bộ hâm 1.25xp 1.25xp Ở ống góp ra của bộ hâm 1.10xp 1.10xp 2.3.2.6.3. Thiết bị đo lường mức nước
Trong hệ thống bao hơi hiện đại, người ta thường sử dụng thiết bị áp kế từ tính để đo mức và hiển thị mức nước trong bao hơi. Hình vẽ 2.10 chỉ ra sơ đồ cụ thể phương pháp đo và hiển thị mức nước trong bao hơi.
Cấu tạo của thiết bị gồm:
1- Bộ phận kết nối với bao hơi: một ống nối với khoang nước, một ống nối với khoang hơi.
2- Bình chứa nước ngưng 3- Ống nước xuống
4- Khóa chặn (để thoát hết nước thừa và đặt lại bước đo)
6- Áp kế chênh áp, trong đó chứa chất lỏng nặng hơn nước. Một trong hai nhánh sẽ đầy khi phao có chứa nam châm di chuyển lên xuống phụ thuộc vào mức nước trong bao hơi.
7- Bộ chỉ thị tỉ lệ để đọc trực tiếp mức nước bên ngoài áp kế chênh áp.
8- Phần tử cảm biến vị trí mức nước
9- Bộ chuyển đổi từ tín hiệu chênh áp thành tín hiệu dòng loại 2 dây, dòng ra từ 4- 20mA, kết nối tới bộ điều khiển.
10- Thiết bị hiển thị mức nước dưới dạng số.
12- Ống áp kế, bên trong chứa phao nam châm
13- Phần tử cảm biến cho biết mức nước. Phần tử này có dạng hình trụ, sơn 2 mầu ở 2 nửa, có khả năng quay xung quanh trục ngang, có từ tính.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên nguyên tắc bình thông nhau. Mức nước trong áp kế cân bằng với mức nước trong bao hơi. Phao nam châm trong áp kế lên xuống theo mức nước thực trong bao hơi. Khi di chuyển lên xuống theo mức nước, phao nam châm tương tác với phần tử cảm biến có tính từ, nhờ lực từ mà phần tử cảm biến quay phần màu đỏ hướng ra ngoài, nhờ đó mà người vận hành quan sát được mức nước thực tế trong bao hơi.
Nguyên tắc chỉ thị mức nước được minh họa trên hình 2.10
Hình 2.10. Hiển thị mức nước dựa trên nguyên tắc bình thông nhau và từ tính Nguyên tắc đo chênh áp như sau: Cách lắp đặt áp kế như hình 2.7và hình 2.8 Người ta không đo trực tiếp mức nước trong bao hơi mà so sánh mức nước trong bao hơi với mức cố định trong bình so sánh 2. Bình so sánh 2 thông với không gian hơi ở phía trên mặt nước, nhưng nhiệt độ trong bình này thấp nên luôn có quá trình ngưng tụ hơi nước và chảy tràn nước trở lại nồi hơi. Vì vậy mức nước ở trong bình này luôn giữ cố
Hình 2.10b. Nguyên tắc đo chênh áp trong bao hơi 1- Bao hơi; 2- Bình so sánh; 3- Ống đo
định bằng H so với đáy bao hơi. Giá trị mà hiệu áp kế đo được là hiệu cột áp H-h theo công thức:
g h
H
P=( − )(ρ′−ρ′′)
∆
Trong đó:
ρ
ρ′, ′′: khối lượng riêng của nước và hơi bão hòa ở áp suất Pm
Khi mức nước trong nồi hơi đạt cực đại (h=H) thì ∆P=0, còn khi mức nước đạt cực tiểu thì
g H
P= (ρ′−ρ′′)
∆
Như vậy giá trị mức cực đại tương ứng với điểm đầu của thang chia độ trên thiết bị chỉ thị áp suất, còn khi đạt cực tiểu thì tương ứng với giới hạn trên của thang chia độ áp suất.
Hệ thống đo mức hiện đại trên hình 2.9 có sử dụng bộ chuyển đổi chênh áp sang tín hiệu dòng điện để gửi về bộ điều khiển trung tâm và bộ hiển thị số.
2.3.2.6.4. Thiết bị đo áp suất bao hơi
Để đo áp suất nước và hơi trong bao hơi người ta thường sử dụng thiết bị đo áp suất dựa trên phép đo biến dạng. Nguyên lý chung của thiết bị cảm biến loại này dựa trên cơ sở biến dạng đàn hồi của phần tử nhạy cảm với tác dụng của áp suất.
Các phần tử biến dạng thường dùng là ống trụ, lò xo ống, xinhong và màng mỏng.
a. Ống trụ: Sơ đồ cấu tạo của phần tử biến dạng hình ống trụ trình bày trên hình.
ống có dạng hình trụ, thành mỏng, một đầu bịt kín, được chế tạo bằng kim loại.
Hình 2.11. Phần tử biến dạng kiểu ống hình trụ a) Sơđồ cấu tạo ; b) Vị trí gắn cảm biến
Để chuyển tín hiệu cơ (biến dạng) thành tín hiệu điện người ta dùng bộ chuyển đổi điện (cảm biến lực)
b. Lò xo ống: Cấu tạo của các lò xo ống dùng trong cảm biến áp suất trình bày trên hình 2.12
Lò xo là một ống kim loại uốn cong, một đầu giữ cố định còn một đầu để tự do. Khi đưa chất lưu vào trong ống, áp suất tác dụng lên thành ống làm cho ống bị biến dạng và đầu tự do dịch chuyển.
Trên hình 2.12 là sơ đồ lò xo ống một vòng, tiết diện ngang của ống hình trái xoan. Dưới tác dụng của áp suất dư trong ống, lò xo sẽ giãn ra, còn dưới tác dụng của áp suất nó sẽ co lại.
Hình 2.12. Lò xo ống c. Xiphong: Cấu tạo của xiphong trình bày trên hình 2.13
Hình 2.13. Sơ đồ cấu tạo xiphong
Ống xiphong là một ống hình trụ xếp nếp có khả năng biến dạng đáng kể dưới tác dụng của áp suất. Trong giới hạn tuyến tính, tỉ số giữa lực tác dụng và biến dạng của xiphong là không đổi và được gọi là độ cứng của xiphong. Để tăng độ cứng thường người ta đặt thêm vào trong ống một lò xo.
Độ dịch chuyển δ của đáy dưới tác dụng của lực chiều trục N xác định theo công thức:
2 0 2 2 1 0 0
2
/ .1
Rb
h B A A A
n Yh
N v
+ +
− −
= −
α δ α
Trong đó:
h0: chiều dày thành ống xiphong n: số nếp làm việc
α : góc bịt kín V: hệ số poison
A0, A1, B0 : các hệ số phụ thuộc
Rng, Rtr : bán kính ngoài và trong của xiphong r : bán kính trong của nếp uốn.
Lực chiều trục tác dụng lên đáy xác định theo công thức:
N= (Rng +Rtr)2∆p 5
π
d. Màng
Màng dùng để đo áp suất được chia thành màng đàn hồi và màng dẻo.
Màng đàn hồi có dạng tròn phẳng hoặc có uốn nếp được chế tạo bằng thép.
Hình 2.14. Sơ đồ màng đo áp suất
Khi áp suất tác dụng lên hai mặt của màng khác nhau gây ra áp lực tác động lên màng làm cho nó biến dạng. Biến dạng của màng là hàm phi tuyến của áp suất và khác nhau tùy vào điểm khảo sát. Với màng phẳng, độ phi tuyến khá lớn khi độ võng lớn, do đó thường chỉ sử dụng trong một phạm vi hẹp của độ dịch chuyển của màng.
Độ võng của tâm màng phẳng dưới tác dụng của áp suất tác dụng lên màng xác định theo công thức:
3 4 2) 1 16(
3
Yh ν pR
δ = −
Màng uốn nếp có đặc tính phi tuyến nhỏ hơn màng phẳng nên có thể sử dụng với độ võng lớn hơn màng phẳng. Độ võng của tâm màng uốn nếp xác định theo công thức:
4 4 3
3
Yh pR h
b a=δh+ δ =
Với a, b là các hệ số phụ thuộc hình dạng và bề dày của màng.
Khi đo áp suất nhỏ, người ta dùng màng dẻo hình tròn phẳng hoặc uốn nếp, chế tạo từ vải cao su. Trong một số trường hợp người ta dùng màng dẻo có tâm cứng, khi đó ở tâm màng được kẹp cứng giữa hai tấm kim loại.
Hình 3.15. Sơ đồ cấu tạo màng dẻo có tâm cứng
Đối với màng dẻo thường, lực di chuyển tạo nên ở tâm màng xác định bởi biểu thức:
D p N 12 π 2
=
Với D là đường kính ổ đỡ màng.
Đối với màng dẻo tâm cứng, lực di chuyển tạo nên ở tâm màng xác định bởi biểu thức:
d p Dd
N D .
12
)
( 2 + + 2
=π
Vơi D là đường kính màng, d là đường kính đĩa cứng.
e. Các bộ chuyển đổi điện: Khi sử dụng cảm biến đo áp suất bằng phần tử biến dạng, để chuyển đổi tín hiệu cơ trung gian thành tín hiệu điện, người ta dùng các loại bộ chuyển đổi. Theo cách chuyển đổi người ta chia các bộ chuyển đổi thành hai loại:
- Biến đổi sự dịch chuyển của phần tử biến dạng thành tín hiệu đo. Các chuyển đổi loại này thường dùng là: cuộn cảm, biến áp vi sai, điện dung, điện trở…
- Biến đổi ứng suất thành thiết bị đo. Các bộ chuyển đỏi là các phần tử điện áp hoặc điện trở.