Đặc tính của tuabin-máy nén

3. LÝ THUYẾT TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ

3.6. Đặc tính của tuabin-máy nén

Ngoài các ưu điểm nổi trội kích thước nhỏ và giá thành thấp, MN ly tâm còn cho phép tạo ra áp suất đủ cao mà rất ít nhạy cảm khi hình dáng của nó không đạt sự hoàn hảo như yêu cầu, nên nó là loại MN luôn được ưu tiên sử dụng trong tăng áp cho ĐCĐT.

Cơ sở để thành lập đặc tính cung cấp khí cho MN ly tâm là phương trình Euler. Phương trình này cho phép thiết lập mối quan hệ giữa công cung cấp của MN cho 1 kg khí đi qua bánh công tác như sau:

kg Nm C

U C m U

h L u u

lt   2 2  1 1 , /

Trong đó:

L:Công cung cấp tương ứng với lượng khí mk (kg);

U1, U2: Tốc độ vòng ở cửa vào và cửa ra (m/s);

C1u, C2u: Tốc độ tuyệt đối theo phương tiếp tuyến(m/s);

ht :Công lý thuyết cần thiết cấp cho 1 kg chất khí hay còn gọi là độ cao cung cấp lý thuyết (bỏ qua ma sát, không có sự va đập và tách dòng giữa dòng chảy với cánh).(J/kg).

Công thức trên có dấu trừ khi  <900 và có dấu cộng khi >900.

2



W

C

U

W1 C

U

Hình 3- 13 Tam giác tốc độ của bánh công tác máy nén ly tâm.

Chất khí có các tính chất :

- Khi nhiệt độ không đổi, thể tích riêng tỷ lệ nghịch với áp suất;

- Nhiệt độ của chất khí thay đổi rất nhiều khi đi qua máy nén nên khối lượng riêng của nó cũng thay đổi theo.

Do những đặc điểm trên của chất khí mà chúng ta cần phải để ý đến việc sử dụng lưu lượng thể tích hay lưu lượng khối lượng, lưu lượng đầu vào hay lưu lượng

đầu ra của MN khi xây dựng đặc tính lưu lượng - áp suất, sao cho sự ảnh hưởng của các tính chất trên là nhỏ nhất.

MN dùng để tăng áp cho ĐCĐT nên khối lượng khí nạp vào động cơ (hay lưu lượng đầu ra của MN) là đáng quan tâm nhất. Đặc tính này biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng và tỉ số tăng áp suất ở cửa ra với cửa vào của MN P1/P0 khi tốc độ vòng quay của rôto không đổi.

Thực tế MN ly tâm luôn có các tổn thất sau:

- Rò rỉ qua khe hở giữa rôto với vỏ;

- Tổn thất do ma sát giữa khí với cánh, vỏ với khí;

- Tổn thất do va đập giữa góc vào của dòng khí với góc vào của cánh.

Do đó đường biểu diễn đặc tính thực tế của MN là một đường cong. Dựa vào đường cong này có thể dễ dàng nhận thấy rằng khi độ chênh áp suất trước và sau MN bằng không, tức là P1/P0 = 1 thì lưu lượng qua MN lớn nhất.

Trong thực tế, vùng làm việc của MN nằm trong giới hạn ổn định là vùng ứng với lưu lượng nhỏ, vùng còn lại (phía lưu lượng lớn) không được sử dung trong thực tế.

mk, Kg/s

P0 P1

1

0

2

3

4

5

Vuỡng bồm

1,0 1,5 2,0

1,0 1,5

1,0 2,0 3,0

0,5

P0 10-3

 



Hình 3- 14 Đặc tính làm việc của MN.

Hiệu suất MN cũng chính là tỉ số của độ chênh nhiệt độ khi nén đoạn nhiệt ( T

 đoạn nhiệt) với độ chênh nhiệt độ khi nén thực tế (T thực tế). Để giảm sự nóng lên của khí tăng áp nhằm tăng khối lượng khí sau MN, cần phải bảo đảm cho MN làm việc ở khu vực hiệu suất nhiệt cao.

Từ các đường đặc tính, ứng với tốc độ vòng quay khác nhau, còn cho thấy khi số vòng quay càng lớn, tốc độ giảm áp suất càng nhanh khi lưu lượng tăng, hay nói cách khác khi ở số vòng quay càng nhỏ đặc tính càng phẳng.

Từ các nhận xét trên cho thấy rằng, khi cần có tỉ số tăng áp cao, người ta cần sử dụng hai MN ghép nối tiếp với nhau.

3.6.2. Đặc tính của tuabin

Đường đặc tính của TB biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng của khí xả với tỉ số giãn nở của nó ở các số vòng quay khác nhau của rôto TB.Dòng chảy qua TB tuân theo các quy luật sau:

- Nếu áp suất đầu vào không đổi, lưu lượng khối lượng tăng khi nhiệt độ

giảm;

- Năng lượng chứa trong một đơn vị khối lượng khí là hàm số của nhiệt độ

và áp suất;

- Tốc độ của TB là hàm số của tốc độ chuyển động theo (tốc độ tiếp tuyến của dòng khí).

Nếu lưu lượng khối lượng mg của khí xả là không đổi mà nhiệt độ giảm thì lưu lượng thể tích giảm và do đó áp suất của khí xả giảm làm cho tỉ số giãn nở cũng giảm theo. Trong trường hợp đó, các điểm làm việc của TB sẽ là A,B,C,D

Khác với MN, đối với TB không tồn tại vùng làm việc không ổn định, vì trong tuabin áp suất giảm dần theo phương chuyển động của dòng khí nên sự tách dòng không thể xuất hiện.

1 2 1,5

T

2,5 A B

C D

Tg Const nT=Const

Pg mg.nT 2

1,5

Tg giaím

Hình 3-15 Đặc tính của Tuabin.

Đặc tính của TB còn cho thấy mg là hàm số của độ giãn nở nên tốc độ của TB nT sẽ tăng khi áp suất đầu ra giảm, tức là nếu tăng độ cao làm việc của thiết bị (cột áp làm việc) thì mật độ không khí giảm (khối lượng riêng của không khí giảm) nên mg cũng giảm theo.

3.6.3. Đặc tính của cụm tuabin-máy nén

Trong tăng áp cho ĐCĐT bằng TB-MN thì TB và MN đựơc lắp trên cùng một trục, nên chúng có cùng tốc độ với nhau, mặc dù tính chất của dòng chảy trong

tuabin và máy nén khác nhau. Vì vậy để thiết lập đặc tính chung cần chú trọng đến các thông số để thiết lập đặc tính là:

- Lưu lượng khối lượng của khí tăng áp mK; - Tỉ số tăng áp của MN, K;

- Nhiệt độ khí xã đi qua TB, Tg; - Tỉ số giãn nở của TB, δT;

- Số vòng quay của TB và MN, nT.

Trong các đại lượng trên, đại lượng quan trọng nhất là lưu lượng khối lượng của khí tăng áp mk. Đây là đại lượng phản ánh đầy đủ mục đích của việc tăng áp cho ĐCĐT.

P0 10

0 -3

1,5

1,0 1,0

T=1,2

T=1,3

T=1,4

T=1,5

T=1,6

nt=9000 vg/ph

12000

15000

17500 19000 A4 A3

A2 A1

Hình 3- 16 Đặc tính của cụm TB-MN.

Hệ thống điều khiển điện tử

Biện pháp tăng áp nhờ máy nén